变电站一体化预警防护系统的研究与应用
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【摘要】对变电站一体化预警防护系统进行分析，总结当前监控系统中存在的问题，并提出预警防护系统中的关键技术及其各项功能。可提高本系统的监控防护功能，具有一定的实用性及效率性。
【关键词】一体化防护预警；信息集成；匹配算法
【中图分类号】TM63 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0069-01
引言
变电站是我国智能电网发展的重要组成部分，变电站中各类系统繁多，所含数据类型和实时性也各不相同，另外不同系统所处的安全分区一定程度上也制约了全景数据的构建。变电站一体化预警防护系统包括一体化信息平台和各种高级功能的应用。一体化信息平台的目标是实现全站信息的有效融合，避免同一数据的重复采集，建立站内稳态、暂态、动态和状态信息全景数据的统一建模、统一接入、统一存储、统一处理、统一展示，建立变电站的统一数据平台，供系统层各高级应用子系统进行统一、标准、规范化的数据存取访问。一体化信息平台和高级应用功能在已实现的变电站中的实现方式上各不相同，但都需要解决信息集成过程中二次系统的安全防护问题。
监控系统存在的问题
随着我国智能电网的迅速发展，作为电网的重要组成部分，变电站的数字化、智能化势在必行。目前，国内外对于变电站数字化、智能化的研究已经取得了一定进展，尤其是一次设备和二次设备的智能化技术、数字化智能化变电站的网络可靠性分析等尤为突出。但是目前所有监控变电站监控和处理信息系统都是各自分散独立运行的，还存在一定的问题：
（1）系统中被控站的接入调试不方便，当建立一个新集控站时，需要把已经存在的变电站作为被控站加入集控系统中。但多数变电站的线路都正在运行，无法在集控系统中对该线路进行调试，只有等该线路停电时或者专门做停电计划，才能对其进行调试。这给集控系统初期的调试工作带来了很大的不便。
（2）系统日常维护不方便。例如，每次变电站增加间隔，需要在后台增加间隔信息，在上传机增加部分间隔信息，然后集控站维护人员在集控系统中增加相应信息。这种方式修改环节过多，增加了维护人员工作量和出错的几率。
（3）信息集成面临的问题
信息集成的目标是建立全景数据平台，所有数据统一建模、统一采集。但由于安全分区的限制，例如：位于安全I区的一体化信息平台无法直接获取位于安全Ⅲ区的在线监测、辅助系统数据。现在智能站的普遍做法是将在线监测等系统提升到安全Ⅱ区，但位于安全Ⅲ区的主站在线监测系统如何访问子站数据就成为新的问题。
预警防护系统关键技术
1.多路VGA信号告警区捕获技术
在不改变目前电网系统运行的前提下，多路VGA信号告警捕获技术将所有需要统一管理的VGA视频信号，采用视频转换器设备将其转换成标准的监控模拟视频信号输入到视频服务器。
多路VGA信号告警捕获技术可以实现视频远程传播的目的，在总控机房值班室内对远程传输而来的集中监控阵列中的VGA信号（含变电站监控对象自动化系统、五遥系统、火灾报警系统等）进行分析。
多路VGA信号告警捕获技术中的异常特征分析识别采用了模板匹配算法，该匹配算法以最高的图像块作为一帧监控图像的异常目标识别分析的匹配模板，将异常目标有效地分割出来，捕获变电站自动化系统视频图像的异常目标（含集中采集、画面比对分析与识别技术）。匹配算法可以设置算法的一系列识别阀值，通过这些值判断系统是否异常。例如，目标异常发生多长时间之后才认为是一个有效的异常报警，可以设置检测目标的最大尺寸和最小尺寸。多路VGA信号告警捕获技术可以单独设置检测区域，该区域可以由用户在监控屏幕内任意的设置形状。
2.一路视频显示多路VGA画面技术与回放拼接技术
在多个前端变电站VGA监控视频传输到中心控制机房时，对于如何显示这些视频图像数据，使得工作人员不至于遗漏某一监控点，本项目采用了视频拼接处理技术。通过视频拼接处理模块对视频流进行解码、合成、再编码等操作，达到一路视频显示多个画面的目的，满足系统实时性的要求。
该拼接模块最多可以将八路变电站视频图像序列进行空间匹配对准，经采样编码合成后形成一幅包含八个图像序列信息的多路、完整的、高清晰的拼接图像。合成之后的一路拼接图像信息可以只用一个显示器即可显示，当工作人员需要重点观测某一个拼接之前画面的时候，只需在屏幕内选择该画面既能按全屏或画面方式显示出来，同时整个系统还能以电网监控报警信息为条件实现多画面的回放拼接。
3.网络型KVM集成矩阵显示控制技术
本项目的一个基本要求是通过KVM实现本地和远程的多个被监控点的显示器与鼠标及键盘的切换控制，这样才能做到集显示控制为一体。基于多路视频压缩技术的变电站矩阵显示控制技术，能将多个远程变电站的监控视频画面接入到显示控制器矩阵（多路输入、多路输出、多路终端共享一套键盘、鼠标）。该技术结合矩阵和多路视频压缩的特点，在编码和解码端均能完成编码和解码，充分地利用了视频图像在帧内和帧问的相关性，可实时实现视频图像的压缩，并具有高压缩比、高信噪比的特点，还可以通过C/S方式远程浏览（控制）视频信息技术（各路输入或输出）。网络型KVM集成矩阵显示控制技术能同时做到多路输入、多路输出、多路终端共享一套键盘、鼠标，并且能深度的结合多路VGA信号告警区捕获技术，在有报警的时候可以自动或者手动的将发生异常情况的被监控点VGA显示和鼠标、键盘控制切换到中心值班人员的操作台机器上。
4.数字化视频显示矩阵的远程控制技术
以上述第几条研究结论为指导，如果被监控的远程变电站监控画面中有报警，网络虚拟键盘矩阵自动将有报警的监控画面切换到主要显示设备上。通过TCP/IP网络通信协议，网络虚拟键盘矩阵发送网络指令指到视频显示矩阵，利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断，并可通过电平进行控制完成信号的选择，以实现对数字矩阵的远程切换控制（选择性输出、切换屏幕或推出画面等）。该技术弥补了模拟矩阵下需要通过接线板由人工参与的方式才能完成视频切换的不足，提高了系统的自动化程度。
小结
该系统在实际工程实验中得到了良好的监控效果，达到了预期的目的。运行中发现系统中的监控系统结构的优点有：首先，监控节点相互独立，可以编制独立的数据列表和预测算法，有利于工作人员的数据检索与阀值修改；其次，监控节点相互互补，多次的数据分析与判定会给出更准确的结果；最后，开环的监控系结构提高了数据库的运行和利用效率，为真正的闭环无人变电站值守工作目标做出良好的基础。