（电气工程专业论文）多媒体技术在调度自动化系统的应用研究.pdf

重庆大学：l ：程硕士学位论文 中文摘要 摘要 变电站综合自动化和无人值班是当今电网调度自动化发展的必然趋势，作为 调度自动化系统的重要组成部分，无人值班变电所一般都实现了“四遥”功能。 然而若要实现变电所综合全面的自动化管理，如涉及远方变电站现场环境的实时 监视、防盗、防火的及时发现和报警等方面，目前的常规自动化系统还不能实现。 基于以上原因，目前大量无人值班站的运行模式还是采用“无人值班、有人值守”。 变电站远程视频监控系统( r v m s ) 具有多媒体的直观性，它将多媒体技术、基 于t c p i p 的网络技术与变电站自动化技术相结合，完善“遥视”、“遥听”功能， 把变电站现场的监视图像、声音、报警信号和各种设备的数据进行采集处理，采 用先进的图像编解码压缩技术和传输技术，集设备监控、图像采集、闭路监视、 图像监视预报联动等功能于一体，使调度员在远离现场的调度室，有身临其境之 感，可及时、准确、可靠地分析、判断故障和进行监控操作，达到远方巡视的预 期目的，并可以提供分析事故的相关图像资料。其强有力的防盗防灾报警功能提 高了变电站的安全监控及事故分析能力，有助于提高电力系统自动化的安全性和 可靠性。变电站远程视频监控系统已成为电力企业提高经济效益和社会效益的一 个有力工具。为实现”无人值班，无人值守”提供了可靠的保证。 对于远程视频监控系统，最关键的技术一个是视频数据的压缩和解压缩，另 一个是视频数据的实时传输。随着计算机、多媒体技术及通信技术的发展，已经 很成熟的实现了图像、声音信号的数字化，以及对视音频信号的处理和远距离传 送，这为实现远程视频监控系统提供了全面的技术支持 本文以变电站远程视频监控系统作为研究目标，对其总体结构、单元组成进 行设计。站端监控装置的设置、图象声音信息的压缩编码、主站系统与e m s 、m i s 的协同性研究是本文的重点内容。涉及红外微波探测器、摄像机、拾音器、报警 控制主机、图像编码器、视频切换控制器等设备的配置和工程安装。采用基于 m p e g 4 标准进行图象、声音的压缩编码，以i p 组播方式进行图象信息的传送，利 用“黑板模型”的设计方案，能解决图象监控系统与其他系统之间的协同性问题。 对系统的构成图及主要部分作了设计说明，给出了详细的设备配置。 关键词：调度自动化无人值班图象监控 m i s 重庆大学r = 程硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t h ea u t o m a t i o no fs u b s t a t i o na n du n a t t e n d e d o p e r a t i o n ，t h a ti s ai n e v i t a b l e t e n d e n c yo fd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o ns y s t e m a sai m p o r t a n tc o m p o s i t i o no fs y s t e m ， u n a t t e n d e ds u b s t a t i o n sa r eg e n e r a l l yi m p l e m e n t “f o u rr e m o t e n e s s ”h o w e v e r , w a n tt o r e a l i z ec o m p r e h e n s i v ea u t o m a t i cr e g u l a t i o no fu n a t t e n d e ds u b s t a t i o n s ，f o re x a m p l e ， d i s c o v e ri nt i m ea n dw a r m i n gf o rt h er e a l t i m em o n i t o ro fs u b s t a t i o n se n v i r o n m e n t 、 g u a r da g a i n s tt h e f t 、f i r e - p r o t e c t i o ne t c t h ec o n v e n t i o n a la u t o m a t i o ns y s t e mc a nn o t r e a l i z ea tp r e s e n t s oag r e a td e a lo f u n a t t e n d e ds u b s t a t i o n sa r e “u n a t t e n d e do p e r a t i o n ， a t t e n d e dv i g i l ” s u b s t a t i o nr e m o t ev i s a lm o n i t o rs y s t e m ( r v m s ) h a st h ek e e po fm u l t i m e d i av i e w i n t e g r a t et h em u l t i m e d i a 、n e t w o r kb a s eo nt c p i pa n ds u b s t a t i o na u t o m a t i o n ，p e r f e c t “r e m o t e w a t c h ”a n d “r e m o t ea u d i t i o n ”c o l l e c t t h es u b s t a t i o ns i g n a l ss u c h a s w a t c h i n g i m a g e 、s o u n d 、a l a r ma n da l le q n i p m e n t ss i g n a l s ，n s ea d v a n c e dc o m p r e s s - d e c o d ea n d t r a n s f e r s k i l l ，p r o v i d e dw i t hf a c i l i t y - s u p e r v i s e 、i m a g e - c o l l e c t 、c l o s e dc i r c u i t s u r v e i l l a n c e 、p i c t u r em o n i t o r i n gw i t hf o r e c a s tb l o c k i n g 。l e td i s p a t c h e r sb ep e r s o n a l l y o nt h es c e n et h o u g hf a rf r o ms u b s t a t i o n s ，t h a tc a nt i m e l y 、a c c u r a t e l ya n dc r e d i b l y a n a l y s e 、j u d g ea c c i d e n t 。m o n i t o r i n go p e r a t i o nt o o ，a c h i e v et h ea n t i c i p a t o r yg o a lt h a t d i s t a n tr o u n d s , p r o v i d et h er e l a t e dp i c t u r ed a t ao ft h ea n a l y t i c a lt r o u b l et o o t h e p o w e r f u lg u a r da g a i n s tt h e f ta n dd i s a s t e rp r e v e n t i o n sr a i s et h e s a f es u p e r v i s i o na n d t r o u b l ea n a l y t i c a ls k i l lf o rt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n , c o n t r i b u t et or a i s es a f e t ya n d e r e d i b i l i t yf o rt h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e ma u t o m a t i o n r v m sh a sb e c o m ea ne m o l l i e n t t o o lt h a tt h ee l e c t r i cp o w e rb u s i n e s se n t e r p r i s er a i s e se c o n o m i cp e r f o r m a n c ea n ds o c i a l p e r f o r m a n c e i ti sac r e d i b l eg u a r a n t yf o r “u n a t t e n d e do p e r a t i o n ，u n a t t e n d e dv i g i l ” f o rt h es u b s t a t i o nr e m o t ev i s a lm o n i t o rs y s t e m t h em o s td e c i s i v et e c h n i q u ea tf i r s t i sc o m p r e s s i o na n ds o l u t i o nc o m p r e s sf o rt h ev i d e of r e q u e n c yd a t a ，t h es e c o n di ss o l i d h o u rd e l i v e rf o rt h ev i d e of r e q u e n c yd a t a a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n ti na l c u l a t o r m u l t i m e d i at e c h n i q u ea n dt h ec o r r e s p o n d e n c et e c h n i c a l ，t h en u m e r a lt u r nt h a th a v e a k e a d yc a r r i e do u tf o rp i c t u r ea n do r o t u n ds i g n a lv e r ym a t u r e l y , a n dt h ep r o c e s s i n gf o r v i s a l ( a u d i o ) f r e q u e n c ys i g n a lw i t hl o n g - d i s t a n c el e a v et r a n s m i s s i o n , t h i sp r o v i d ea n o v e r a l lt e c h n i q u es u p p o r tf o rr e m o t ev i s a lm o n i t o r s y s t e m t h es t u d y i n go b j e c ti sr v m s ，d e s i g nt h eg e n e r a la r c h i t e c t u r ea n dc o m p o s i t i o n m a i np r o j e c ti n v o l v ei nt h ec o m p r e s s e de n c o d i n go f i m a g ea n ds o u n d 、s e ts u p e r v i s o r y u 重庆大学工程硕士学位论文 英文摘要 a n dc o n t r o la r r a n g e m e n ti ns u b s t a t i o n 、h o wt oi n t e r w o r k i n gb e t w e e n k e ys t a t i o nw i t h e m sa n dm i s ，i ti n c l u d e sd i s p o s ea n da s s e m b l ei n f r a r e d m i c r o w a v ed e t e c t o r 、p i c k u p c a m e r a 、m i c r o p h o n e 、a l a r m c o n t r o lh o s t 、i m a g ec o d i n ge n g i n e 、v i d e os w i t hc o n t r o l l e r a d o p tm p e g 4t e c h n i c ，i m p l e m e n tc o m p r e s s e de n c o d i n gf o ri m a g ea n ds o u n d ， t r a n s m i s s i o no ft h ep o r t r a i ti n f o r m a t i o nw i t hi pm u l t i c a s t r e s o l v et h e i m a g e r ym o n i t o rc o n t r o ls y s t e mi n t e “v o r k i n gw i t ho t h e rs y s t e m sb y b l a c k b o a r d m o d e r h a v ead e s c r i p t i o no f d e s i g nf o rc o m p o s i t i o na n dm a j o rs e g m e n t ，g i v ed e t m l e d d e v i c ec o n f i g u r a t i o n ， k e y w o r d s ：d i s p a t c h i n ga u t o m a t i o n u n a t t e n d e do p e r a t i o n i m a g e r ym o n i t o r m i s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名夕氰确菇轧 签字日期： 覆，| 7 年，月衫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密() 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位敝储签碉韵敢导师虢 签字魄谚哆年，月够日签字眺节r 月夕日 重庆大学工程硕十学位论文1 诸论 1 绪论 1 1 多媒体调度自动化监控系统应用研究的意义 1 1 1 调度自动化在电力行业的作用 调度自动化系统是在远动装置的基础上发展而来的，远动系统由多个远方终 端、通道和主站设备构成。厂、站端设备称为远方终端( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) ， 缩写为r t u ：调度端装置( 主站) 分为前置处理机和主机。计算机的应用和发展大 大改变和提高了远动装置的自动化程度，远动系统的计算机化我们称之为调度自 动化系统。目前电网调度自动化系统，多数为监视控制和数掘采集系统 ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ) ，简称e m s 系统。对扩 展了自动发电控制( a g c ) 和经济调度控制( e d c ) 等功能的系统，则称为能量管 理系统( e m s e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) ，主要用于大区级电网和省、市级电网 调度中心，为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息( 包括频率、发电机功 率、线路功率、母线电压等) ，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安 全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。 我国基于“统一调度、分级管理”的原则，形成了国调、网调、省调、地调、 县调五级电力调度组织。随着电力系统的结构日趋复杂以及电网互联的加强，为 保证电力系统运行的安全性和经济性，要求调度运行人员能够迅速、准确、全面 地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统的运行趋势，对电力系统 运行中发生的各种问题作出正确的处理。 1 1 2 研究工作的提出 近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的自动化技术也不断进 步。目前很多变电站，特别是i i o k v 及以下交电站己逐步实现无入值班，部分电 力公司正朝着2 2 0 k v 变电站无人值班目标迈进，深圳供电局就早已实现了2 2 0 k v 无人值班。全国约有2 2 0 k v 变电站1 8 0 0 多个，实现无人值班的已超过2 6 0 个；有 l l o k v 变电站5 9 0 0 个，实现无人值班的已超过3 4 0 0 个；6 6 k v 3 5 k v 变电站有5 7 0 0 多个，其中开展无人值班工作的约为3 3 0 0 个。另有数据显示，全国1 i o k v 以下、 3 5 k v 以上的终端变电站有1 8 0 0 0 余座，其中近一半实现自动化。 多媒体技术是8 0 年代在国外兴起的一门新兴技术，它的关键特性是信息媒体 的多样性、交互性和集成性，从而使机器处理的信息多维化，使用户能够更有效 重庆大学工程硕士学位论文1 诸论 地控制和使用信息，为应用开辟了更加自由和广阔的空间。多媒体技术作为多种 媒体的综合集成、处理技术，将使得信息处理智能化、综合化、拟人化，这将大 大提高生产的自动化水平。随着多媒体技术的逐渐成熟，它在电力实时生产监控 中的应用引起了越来越多的关注。多媒体技术可大大扩充调度自动化的现有技术 手段，在传统“四遥”( 遥测、遥信、遥控、遥调) 的基础上增加“遥视”、“遥听” 功能，能切实提高实行无人值守之后的变电站的安全水平。以视频监控为核心的 环境监控系统，它将站内实时图象传送至调度人员，另包含各类报警信号( 如红 外、运动、门磁、声音、震动、微波、湿度、湿度等) ，经中央单元的处理，进行 视频录像，并联动各类行动输出( 如警号、锁具、消防设备等) ，真正实现“无人 值班、无人值守”【1 】。 变电站遥视系统是安防技术、多媒体技术与电力调度自动化相结合的产物， 能够真正实现无人值班，它能将变电站一、二次设备可靠性问题造成的事故影响 降低到最低限度。应用遥视系统，可以使上级调度或集控站( 以下简称主站) 的 运行人员直接“巡视”变电站的各种设备和各个角落；可以使主管领导加强安全 生产监督和管理，及时了解现场实况，实施更加科学的生产调度和决策；可以使 主站的运行人员“听见”变电站各种设备的声音，从另一个角度对设备或系统的 运行工况进行判断；可以取代调度电话：可以通过语音及时反映当前系统的运行 异常。 当前遥视系统功能主要包括遥视功能，音频信息的采集、传输与演示功能， 变电站环境和安防监控功能等。遥视功能包括以下几个方面的含义： 1 ) 、在主站可以观测变电站装设的多个摄像机拍摄的视频信息，视频信息可 以录像和回放； 2 ) 、在主站可对视频采集设备进行远方的控制和调整，包括云台的上下左右 旋转、镜头的变倍变焦调光、灯光雨刷加热控制，视频矩阵的轮巡和设置、快球 预置位的设定等。 3 ) 、音频信息采集运用包括现场设备运行声音、调度电话等。音频信息 应该能够双向传输、演示、录音和回放。 4 ) 、满足变电站防盗、防火、防爆、防渍、防泄露的要求。环境和安防监控 主要采用多种传感器和安防产品来实现，当探测出变电站发生的某种变化，给出 报警，并启动相关的防治设备。变电站环境和安防监控应与遥视功能配合，当环 境和安防发生报警时，遥视功能自动切换摄像机，使主站的工作人员能了解报警 点的现场情况，及时采取处理措施。 对隔离开关的遥控要麻烦些，由于隔离开关的分合不到位是目前普遍存在的 问题，很多电力公司不敢在大型变电站实现无人值班，因为在这些变电站中经常 重庆大学工程硕士学位论文 1 诸论 需要利用隔离开关切换运行方式。遥视系统的发展提供了一条很好的解决这一问 题的技术思路，如图1 1 。如果隔离开关的不到位状态是具有一个可见的断口，可 以直接利用图像识别技术识别进行判断；如果隔离开关的不到位状态不具有可见 断口，即动静触头的距离很近但不为零或接触不紧密，此时，如果带电运行，表 现为动静触头接触处出现明显的高温。利用红外热成像技术可以探测到该处的高 温。将红外热像仪装在一个带有预置位的云台上，拍摄预置点的红外图像，并将 该图像传送到主站进行识别处理，可以判断出隔离开关的动静触头接触情况。 图1 1 刀闸监控图象 f i g1 1p i c t u r em o n i t o ro f d i s c o r m e c ts w i t c h 1 2 国内外相关技术的发展历程 早期电力部门应用的传统图象监控系统是工业电视系统，它将安装在厂站现 场的摄象机通过视频电缆将视频信号经视频切换器传送到监视器。由于视频电缆 会使模拟视频信号产生损耗，传送图象局限在5 0 0 m 范围内，只能用于本地监视。 遥视和工业电视是两个完全不同的概念，工业电视是视觉器官的短距离延伸，而 “遥视”则可理解为无限距离的延伸。多媒体图像监控作为一种新型的科技手段， 在2 0 世纪9 0 年代中期开始应用于电力系统中，该技术的应用为电力安全生产提 供了较为有效的辅助作用，它的出现从某种意义上推动了电力系统新管理模式的 改革进度j 。 我国在9 0 年代才大规模推广交电站自动化和无人值班这项工作，对于多媒体 调度自动化系统，尚处于初期和推广阶段，国内相关企业在1 9 9 3 年左右开发出了 第一代遥视警戒系统。变电站远程图象监控系统经历了两个发展阶段：一是早期 重庆大学j = 稃硕士学位论文 l 诸论 传输模拟信号的监控系统，这种设计成本高，传输图像质量差，且实际传输距离 有限，因而从严格意义上来说，这还不是成熟的遥视系统，只能称为监控系统。 其二就是目前得到广泛重视、并且日益普及的基于数字记录、压缩、传输的 多媒体数字遥视系统。目前多媒体监控系统的发展具有以下特点： 编码技术成熟：适用于远程视频监控的图像压缩标准有h 2 6 1 ，h 2 6 3 ，m p e g - - i ，m p e g 一2 ，m p e g 一4 等，在画质清晰度、画面流畅等方面能满足工程实际需要。 传输通道丰富：数字视频可以利用现有丰富的网络资源( 包括l a n w a n 、 i s d n 、a t m 、d d n 、p s d n 、x 2 5 、e l 通信网) ，网络带宽可复用，无需重复布线。 庞大的电力通信网( 光纤、载波、微波) 可以节省大量的投资费用。 功能日趋完善：除基本的监视监听功能外，还有警视联动、多路分屏实时 监视、画面分割、记录检索回放、可视电话、网络组播等功能，对调度自动化系 统是极大的补充和完善。 i t 技术广泛应用：在监控领域中，数字化和网络化是一种趋势，利用各种 数据通信网络如d d n 、i s d n 、e l 、x d s l ，把经过数字化压缩、编码的视频、音频、 报警感应数据传输至监控中心，中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码， 同时回放视频、音频，对报警事件进行告警处理。t c p i p 、v o i p 等技术的应用， 使遥视监控系统朝着多媒体网络化方向发展，能实现数据实时性、媒体间同步、 高数据传送速率和大存储空间、i p 组播等功能。 1 3 几种典型的多媒体远程监控系统 1 3 1 变电站巡视警戒系统 如图1 2 所示，遥视警戒系统主要依据图像信号的处理实现报警功能，即将 所监视的区域划定一个防区，其图像信号通过多媒体处理为计算机文件。在场景 无异常时，文件内容基本不变( 或没有突变) ；当场景有异常时，图像内容发生变 化( 或突变) ，因而图像信号形成的计算机文件会立即反映出来。 无人值班变电站内没有可动物体，在无操作、无异常情况和突发事件时的场 景可以看成是静态场景。因此摄像机在任何时候获取的图像数据都是相同的，如 果在某个时刻发现前后两帧图像数据不相同，唯一的解释就是现场发生了变化， 这就为实现自动报警提供了可能。变电站的监测图像是准动态画面，在无图像突 变时基本上与静止画面相同。在监测到变电站内被监测画面产生突变时自动保存 画面突变前后的图像，并通过m o d e m 向预先设定的电话号码自动拨号送出图像。 4 重庆大学工程硕士学位论文1 诸论 视 频 切 换 善 i - 艏脑 j j * 婆! 颦三些二 图1 2 变电站遥视警戒系统 f i g1 2r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mf o rd e c a i cs u b s t a t i o n 1 3 2 扩频v i d e 0 监控系统 如图1 3 所示。扩频通信系统主要由话音数据复读器和扩频主机组成，扩频 主机实际上起到m o d e m 的作用，它负责将要发送的数据进行扩频调制，并经无线 发送出去，或将接收信号经相关解调恢复出原始数据流。语音数据复读器的作用 是将语音信号数字接收信号经相关解调恢复出原始数据流，与数据信号经时分复 用形式和扩频主机匹配的高速率数据流，或从扩频主机解调的数据流中解析出调 度自动化系统数据和语音数据。 图1 3 扩频远程监控系统 f i g1 3r e m o tm o n i t o r i n gs y s t e mw i t hs p r e a d i n gs e q u e n c e s 1 3 3 多媒体变电站自动化系统 变电站多媒体自动化系统如图1 4 所示，采用光纤作为传输媒质，并以多媒体 函 重庆大学工程硕士学位论文1 诸论 技术和网络通信技术为核心，组成工业控制网络系统( f i b e r o p t i c si n d u s t r i a l n e t w o r ks y s t e m ，缩写为f i n s ) ，多媒体中心主站和监控中心主站是f i n s 的中心。 监控中心主站负责上行数据的显示，接受并解释站内本地单元中保护、测量 等装置发送的上行报文信息，实现下行数据的传输，接受并解释运行人员下达的 控制命令，并通过通信通道传达到保护及控制装置。 多媒体中心主站( m u l t i m e d i ac e n t e rm a i ns t a t i o n ，缩写为m c m s ) 负责接收 和解压视频信号、图象储存、发生报警或得到监控中心主站的命令后播放现场图 象。 图1 4 多媒体变电站自动化系统 f 噜1 4m u l t i m e d i aa u t o m a t i o ns y s t e mf o rs u b s t a t i o n 1 3 4 采用多媒体r t u 的图象监控系统 多媒体r t u ( 简称为肼r t u ) ，是在传统“四遥”基础上，增加了“遥视”、“遥听” 功能f 3 1 。m n r t u 由双机网络组成，如图1 5 所示。上位机完成多媒体监控、实时数 据库、网络通信、网络电话( 未来扩展) 等功能，将先进的多媒体和通信技术引入到 r t u 中，使视频监控、安全防卫等新技术与基本r t u 功能融合在一起，成为传统r t u 不具备的特色功能；而下位机主要完成传统的“四遥”监控功能以及远程抄表、 f t u 监控和公用变压器监测( 扩展功能) 等，是对原有r t u 系统的继承和提高。 m n r t u 的上位机本身就是一套完整的数字化本地监控系统，结构如图1 6 所示。 m n r t u 下位机原理示意图如图1 7 所示。 6 重庆大学工程硕士学位论文i 诸论 广 l 1 6 路 1 6 路 1 6 路 l b 豁 图1 5m n p t u 结构图 f i g1 5s t u c t u r eo f t h em u l t i m e d i ar t u 1 l l i j 图1 6m n r t u 的上位机结构图 f i g1 6s t u c t u r eo f t h e 彬c o m p u t e r i nm n r t u 图1 7m n r t u 的下位机结构图 f i g1 7s t r u c t u r eo f t h es u b s y s t e mi nm n r t u 7 重庆大学工程硕士学位论文l 诸论 1 4 本文的研究目的和主要内容 本论文将针对目前重庆电网调度自动化系统存在的不足，研究利用多媒体信 息技术，以无人变电站为研究对象，通过网络远程视频监控手段，建立一个统一 信息平台的集中式管理多媒体调度自动化监控系统。主要内容有： 1 ) 、分析重庆电网调度自动化系统在监控方面存在的不足。 2 ) 、在国家电网公司调度机构“十一五”规划要求加强调度网络信息化建设 的条件下，解决重庆电网调度自动化系统监控多媒体化的基本思路和主要对策。 3 ) 、研究基于多媒体技术的图象监控系统组网、编码、传送的实用化设计方 案。 4 ) 、解决多媒体监控图象与e m s 、m i s 系统的协同性问题，做到实时信息联 动，数据共享，满足多媒体调度自动化系统的要求。 重庆大学工程硕士学位论文 2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 2 1 重庆电网调度自动化系统现状 2 1 1 电网调度自动化系统当前状态 调度自动化系统的基本结构如图2 1 所示，系统组成s y s 可表示为： s y s = ( s p ( i ) ，i ) 其中，系统单元：s p ( i ) ，i ( 1 ，2 ，3 ，4 ) 厂站端( r 刊) 主立占系统 电力通信网前置机+ 主机调度中心 图2 1 调度自动化系统基本结构 f i g2 1b a s i cs t r u c t u r eo f d i s p a t c h i n ga u t o m a t i o ns y s t e m 厂站端s p ( 1 ) ： 完成信息采集和执行调度中心控制命令任务，采集电力系统运行状态信息参 数，执行调度控制中心的操作、调节、控制命令。 信息传输子系统s p ( 2 ) ： 利用电力专用通信网，为信息采集执行子系统和调度控制中心提供信息传输 的桥梁；将s p ( 1 ) 与主站端s p ( 3 ) 的前置机相连。 信息处理子系统s p ( 3 ) ： 完成对采集信息的各种处理及分析计算，乃至实现对电力设备的自动控制与 操作，它是整个调度自动化系统的核心。以计算机为主要组成部分，包含大量的 直接面向电网调度、运行人员的计算机应用软件。 人机联系子系统s p ( 4 ) ： 将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理，通过各种显示设备、打印 设备和其他输出设备，为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息，调度人员 发出的遥控、遥调指令也通过它输入，传送给执行机构。 当前调度系统的特点是：信息媒体单一，只有远动数据：功能只能实现实时 数据的监视，没有现场视频、音频信息的监视和监听，系统的自动化程度较低。 重庆大学工挥硕士学位论文 2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 2 1 2 无人值班站的自动化系统简介 无人值班站自动化系统按其构成形式来分，常见的有远动系统、计算机监控 系统、综合自动化系绀“。 a 、远动系统 无人值班站远动系统是在保留变电站的常规二次设备( 鬻规电磁式保护、指 示仪表、控制回路及中央信号回路等) 的基础上，通过远动装置的“三遥”或“四 遥”功能实现变电站的无人值班。其结构如图2 2 所示。 a i 一模拟量输入d i 一数字鼍输入r i 一脉冲量输入d 0 一数字蕈输出 图2 2 远动系统框图 f i 9 2 2t e l e c o n t r o ls y s t e md i a g r a m 这是一种典型的点对点通道方式的远动系统，其核心是远动终端装置r t o 。随 着微处理器技术的发展，r t u 的结构也发生了很大的变化，由原来的单c p u 发展成 现在按功能分布和物理分散的多c p u 构成的分布式r t u ，其结构如图2 3 所示。 b 、计算机监控系统 无人值班站的计算机监控系统是在变电站取消了常规的控制、信号、测量 手段后，采用微机监控系统来实现远方监控操作的一种技术装备。其系统构成有 两种形式，一是r t u 带当地e m s 功能，二是监控系统兼远方通信功能。 1 ) 、r t u 带当地e m s 功能结构形式 图2 4 为r t u 带当地e m s 功能的典型配置。其特点是以r t u 的i o 模块兼做 监控设备的数据采集和控制单元，将r t u 的上行信息一方面接入监控系统的前置 1 0 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 机，经前置机预处理后送给当地e m s 系统主机，实现人机对话；同时还传送至远 方调度中心。调度中心的控制、调节命令通过r t u 直接送给当地e m s 系统主机， 由输出执行部件分完成命令。当地e m s 系统也可以直接下控制、调节命令给输出 执行部件，完成操作。 电蛩s t a g ；他i 舞i 输入 i m 。【) e mi 1霉 一 震是il 鬻卜圜。 i 霉加l c 船4 晒 。 一jl p o w e rr v s 第 第 通 诊 藿营 著孽。 信 断 ，口 十， ， 口 个 r 模块h 攀模块粒h 梗块悟l 一9 一 8 位 il8 位li8 位i l _ 幽2 3分布式结构的r t e 框图 f i g2 3 r t ud i a g r a m 埘吐ld i s t r i b u t e ds t n l c t u r e l p ji ! 立n 蚺现场设备 j o _ - _ j 圈2 4r t u 带当地翻s 功能的配置框图 f i g2 4 c o n f i g u r a t i o nd i a g r a mo f r t uw i t hl o c a le m s 2 ) 、监控系统兼远方通信功能的结构形式 图2 5 所示为监控系统兼远方通信功能结构形式的典型配置。这种结构形式的 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 特点是以监控系统的i 0 模块完成数据采集和控制输出，不设置单独的r t u 。监控 系统与控制中心的通信，由监控系统的通信模块完成。其信息采集数量可不受限 制，但系统的结构较复杂，较难满足远动系统实时性和可靠性要求，需丌发监控 系统与远方调度( 控制) 中心的通信规程。 图2 5监控系统兼远方通信功能配置圈 f i g2 5c o n f i g u r a t i o no f m o n i t o r i n gs y s t e mw i t l ld i s t a n tc o m m u n i c a t i o n c 、自动化系统 变电站自动化系统将变电站的监视控制、继电保护和远动等所要完成的功能 组合在一起，通过计算机硬件、模块化软件和数据通信网构成一个完整的系统。 按构成的形式可将变电站自动化系统分为集中式、分布式结构集中式组屏和分散 分布式三种类型。 1 ) 、集中式自动化系统 集中式自动化系统是变电站自动化系统的一种早期结构形式，如图2 6 示。 该系统一般采用一台功能较强的计算机扩展其i 0 及外部接口，实行集中采集信 息、处理与控制输出，类似于变电站的监控系统，只是在功能上比一般的监控系 统要强。 2 ) 、分布式结构集中式组屏自动化系统 分御式结构集中式组屏是在集中式系统基础上发展起来的一种自动化系统。 它是将信息采样、数据处理和控制输出等按功能分布于多个c p u ，再按功能分类集 合于各功能柜( 屏) 中。各功能柜( 屏) 与主控机之间采用网络连接，如图2 7 所示。 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 图2 6集中式臼动化系统 f i g2 6c e n t r a la u t o m a t i cs y s t e m 远方控制中心 图2 7 分布式结构集中式组屏自动化系统 f i g2 7c e n t r a la u t o m a t i cs y s t e mw i t hd i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r e 3 ) 、分布分散自动化系统 如图2 8 所示，这是目前国内外最为流行受到广大用户欢迎的一种自动化系 统。将测控单元和保护单元就地安装在丌关柜上或其他一次设备附近，帽互阃用 网络电缆或光纤连接起来构成一个分布分散式自动化系统。它具有占地少，节省 大量的二次电缆，较高的抗电磁干扰能力，单元故障不影响系统等优点。 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 调度 间隔 层测 量控 钒信 号等 主变 间隔 间隔 层主 保护 主变 间隔 间隔 层后 备保 护 主变 间隔 间隔 层测 量控 钒信 号及 舻 出线 间隔 间隔 层测 量控 钒信 号及 ；i 护 出线 间隔 变电 站直 流系 统测 控单 兀 变电 站交 流系 统测 控单 兀 电 能 计 量 电 压 无 功 综 a 控 制 装 置 小 电 流 接 地 选 线 系 统 图2 8 分布分散式臼动化系统 f i g2 8d i s t r i b u t e ds u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m 2 1 3 重庆电网调度自动化系统现状 目前重庆电网1 i o k v 及以下变电站均实现了无人值班，各供电局也先后建立 了调度自动化系统，成立了操作队，进行无人值班站的日常维护及监控操作。各 地调进行1 i o k v 及以下变电站的监控调度，市调主要对2 2 0 k v 站及l i o k v 、3 5 k v 局间联络线进行监视、调度，5 0 0 k v 站由网调进行统一管理。 自1 9 9 5 年重庆电力系统开始进行1 l o k v 无人值班变电站建设以来，公司已有 l l o k v 无人值班变电站8 8 个，占l l o k v 变电站总数的7 5 8 6 ，1 2 个供电局均有 无人值班变电站运行，多年来，积累了大量的1 l o k v 无人值班变电站建设、改造 和运行管理经验。对3 个2 2 0 k v 终端变电站也进行了无人值班改造和运行，对 2 2 0 k y 变电站无人值班变电站建设具有一定的基础，从技术上的角度讲，实现2 2 0 k v 变电站无入值班与l l o k v 并无实质性的差别。最近几年公司新建的2 2 0 k v 站全按 照无人值班的规化进行施工建设，0 6 年下半年市公司已开始进行2 2 0 k v 变电站无 人值班的调研工作，作出了相应规划，预计0 7 年将逐步进行试点。随着科技的进 步，将来5 0 0 k v 站实现无人值班也会成为可能。在多媒体监控技术逐渐成熟的今 天，目前我们还没有普遍开展多媒体遥视技术，这对于调度自动化系统，不能不 说是一个缺憾，主要不足表现在以下方面： 1 4 重庆丈学工程硕士学位论文2 重庆电网调度自动化系统现状及问题解决方案 1 ) 、无法对无人值班站进行现场环境监控 无人值班变电站一般都实现了“四遥”功能，但若要实现变电所综合全面的 自动化管理，如对远方变电所现场环境的实时监视( 渗漏油、刀闸位置判断、污 闪等) ，防盗、防火的及时发现和报警等功能，目前的常规自动化系统还不能实现。 基于以上原因，目前大量无人值班站的运行模式采用“无人值班、有人值守”，这 不仅增加了企业支出，也有悖于“无人值班”的初衷。同时调度( 操作) 人员对 于现场情况缺乏图象监控，了解很不全面，不利于管理工作的科学性和变电站运 行的安全性、可靠性。 举例来说，目前无人值班站的刀闸都没有采用电动机构，仍靠操作队人员进 行手动拉合。电动机构本身其实很简单，但是以刀闸辅助接点的位置来判断其一 次触头是否接触可靠，那就存在太大的不确定性( 与开关的快速跳、合闸不一样， 刀闸在操作时，由于受力和方向等原因，其两侧触头之间会有较大的行程，必须 观察其一次触头的接触情况才能确定是否真正合上或拉开) 。为防止意外，在含有 刀闸操作的工作时，操作人员都要早早赶到现场，进行人工操作，如伴有开关的 操作，则由远方进行遥控处理。这丝毫没有体现出无人值班站操作快捷灵活、节 省人力物力的优点，降低了工作的效率。同样，对于现场出现的设备缺陷，调度 人员由于缺乏监控手段，对其位置、范围、破坏程度不能直观地感知，也会影响 故障的快速排除。 2 ) 、缺乏统一规划和管理 目前5 0 0 k v 长寿站建设了远程图象监控系统，仅仅具备遥视功能，尚处于试 运行状态，调度未使用，由于其自成体系，独立于调度自动化系统以外，没有发 挥其应有的作用。多媒体在电力实时生产监控中的应用，只是不同媒体信息在同 一平台上的集中表现，如果其独立于e m s ，不能实现系统间的互联，那就使设备 重复投资，浪费了传输通道，反而还会增加调度人员管理的难度。多媒体监控系 统不仅要做好于e m s 的协同性工作，还应实现与企业m i s 的互联，让公司领导、 生技安监等相关职能部门也能调用监控图象，为安全生产提供更好的服务。 由此可见，建设多媒体调度监控系统，实现实时