电力行业解决方案----电力系统需求分析
随着电力部门网络的全面改造，各变电站/所均实现无人值守，以提高生产效益。在电力调度通讯中心建立监控中心，能够对各变电站/所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应, 适应现代社会的发展需要，已经提到了电力部门的发展议事日程。目前，各局都设立了运行管理值班室及调度部门，虽有对各专业的运行归口协调职能，但不能及时掌握运行状况和指挥处理运行障碍。现在对运行监视通常由各专业运行部门采用打电话来了解和判断处理故障。各种运行管理联系是松散的，再依靠原始的人工方式已不能满足通信网的发展需要。要跟上网络发展步伐，必须在健全和完善电力网络的同时建立电力遥视警戒系统。电力遥视警戒系统将变电站的视频数据和监控数据由变电站前端的设备/处理机采集编码，并将编码后的数据通过计算机网络传输到监控中心。监控中心接收编码后的视频数据和监控数据，进行监控，存储、管理。电力遥视警戒系统的实施为实现变电站/所的无人值守，从而为推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。
我公司开发研制的以图像监控为主、数据监控为辅的变电站遥视警戒系统正适应了电力部?quot;遥视\"系统建设的需要。该系统为采用IP数字视频方式，能够对各变电站/所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，能够实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应, 适应现代社会的发展需要。该系统对于设备运行的机械状况及规范管理有着显著作用，同时对安全防范、环境状况和对付自然灾害等有着重大意义，能起到切实提高无人/少人值守变电站的安全水平。
电力系统需求分析：
一、总体需求
变电站智能图像监控系统的功能，主要体现在以下几个方面：
1.1通过图像监控、安防（防盗）系统、消防系统、保护无人值守或少人值守变电站人员和设备的安全。
1.2通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作。
1.3通过图像监控、灯光联动、环境监控监视现场设备的运行状况，起到预警和保护的作用。 1.4配合其他系统（如变电站综合自动化系统等）的工作。
二、用户主要需求规范
2.1监控对象
2.1.1变电站厂区内环境。
2.1.2主变压器外观及中性点接地刀。
2.1.3对变电站内的全部户外断路器、隔离开关和接地刀闸的合分状态给出特写画面。
2.1.4对变电站内各主要设备间的监视(包括大门、控制室、继保室、通信室、高压室、电容器室、电抗器室、低压交流室等)。
2.2系统功能
2.2.1监视和录像功能
利用安装在监视目标区域的摄像机对生产设备和环境进行监控和录像，并将被监视目标的动态图像传输到监控中心，监控中心可将控制信号发送到设在变电站的监控主机，实现各种控制。
监控中心、变电站运行维护人员通过业务台或监控主机对变电站监控范围的目标区域中设备或现场进行监视，同时在业务台或监控主机上完成对变电站摄像机的控制（左右、上下、远近景、调焦等），画面切换的控制和录像控制。
监控中心可通过系统的浏览功能查看监控中心或远程变电站的录像或图片。
2.2.2报警功能
报警类别：消防报警、防盗报警、动态检测系统实现告警录像，同时传送报警信息和相关图像至监控中心，并自动在地理区域图上或相关表格进行提示，显示报警的内容和具体位置。
系统告警时能联动相关设备，如灯光、警笛等。
当发生报警时，能把报警信息发送到指定的移动电话上。
2.2.3控制功能
被授权的网上任一操作人员能对任一摄像点进行控制，实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深的调整，进行云台的预置和控制。
应保证控制唯一性，当某个操作人员对设备进行控制时，其它同级操作人员则不能控制。
系统设计原则：
一、变电站遥视警戒系统设计原则
1.1系统充分体现了先进性、智能性、高性价比原则。
1.2可扩展性
1.2.1为了适宜未来系统扩展的要求，系统在满足现有功能的基础上预留足够的接口以便系统扩充之用。系统中控制部件（软、硬件）采用模块式结构、模组式交换矩阵、内部总线化等技术措施，可以方便灵活的进行扩充，充分保证系统在将来的适应性。
1.2.2灵活的组网方式，方便被监控变电站的增加。
1.2.3几个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统，可按多级（至少三级）组网的方式，形成大规模的监控网络，高一级监控中心能管理和监控低一级监控中心的运行。
1.3开放性
整个系统是一个开放系统，兼容性强，能与现有电力MIS网和其他监控系统（如变电站自动化系统）互融，提供完整的维护业务平台。
1.4灵活性
1.4.1系统可以很方便进行软件升级，保证用户投资。
1.4.2可调节图像质量与带宽占用，系统采用软件编解码，可以根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等。
1.4.3多种图像浏览方式，包括单画面、四画面、九画面、十六画面多种浏览方式。
1.4.4系统支持基于浏览器技术的网络浏览功能，可以方便灵活的使用。
1.5先进性
采用国际最新的MPEG-1图像压缩处理技术，图像清晰，画面质量高，占用带宽小，实时性强。
1.6实时性
视频延时小于0.5S。
1.7可靠性
1.7.1具有设计独到的视频流量管理功能，保证网络通畅。
1.7.2实行操作权限管理，保证统
一、规范管理。
1.7.3系统具有自诊断功能。
1.7.4系统具备防雷和抗强电干扰能力，可适应变电站中强电磁工作环境。
1.7.5系统的平均无故障工作时间MTBF>50000小时。
1.8完善性
1.8.1具有强大的数据和告警的采控和处理功能。
当发生报警时，能把报警信息以短消息形式发送到指定移动电话上。
与数据监控系统的无缝结合，实现告警时灯光、警笛联动并录像。
1.8.2功能完善的录像管理体系。系统可选用手动、告警、定时录像三种录像方式；提供指定周期的滚动删除功能，有效防止存储空间耗尽。
1.8.3系统具备完善的控制功能：
系统设权限管理，对不同级别的用户给予不同的权限，有效防止越权操作。
被授权的网上任一操作人员可对任一摄像点进行控制，实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深的调整。进行云台的预置和控制。
1.8.4有专为电力系统监控设计的红外测温和门禁管理功能接口。
1.9良好的硬件平台
系统硬件平台为机架式设计，实现高度一体化、高度工程化，便于施工、安装、调试。
1.10良好的软件平台
系统的软件操作简便、模块化结构，能应用于Windows等操作系统。
系统特色与主要技术手段：
一、系统特色
1.1 整个系统是一个开放系统，兼容性强，能与现有电力MIS网和其他监控系统互融，提供完整的维护业务平台。
1.2 可多级灵活组网、任意组合。
1.3 采用国际最新的MPEG-1图像压缩处理技术，图像清晰，画面质量高，占用带宽小，实时性强。
1.4 具有设计独到的视频流量管理功能和功能完善的录像管理体系。 1.5 具有强大的数据和告警的采控和处理功能。
1.6 系统稳定性高，体积小，便于安装。是高度工程化的产品。 1.7 有专为电力系统监控设计的红外测温和门禁管理功能接口。 1.8 系统具有很强的安全性，适合电力系统的要求。
1.9 系统支持基于浏览器技术的网络浏览功能，可以方便的使用。
1.10系统设备先进，五年内不会因技术陈旧造成整个系统性能不高和过早淘汰。
二、主要技术手段
2.1流媒体管理技术
对于一个基于TCP/IP网络的图像传输系统，如果仅仅满足于图像能在网络上传输，那是远远不够的。由于视频源众多，情况各异，图像监控所需的视频传输数据往往会彼此或和其他系统争用带宽。若只有
一、二个视频源，情况尚可忍受；若视频源超过一定数目，需要调看图像的用户又多的话，局面就会混乱不堪。其后果就是图像质量下降、延迟、停滞，甚至造成系统瘫痪。无疑这是用户所不能接受的。
变电站遥视警戒系统采用强大的流媒体软件技术专门设计了适合变电站遥视警戒系统所使用的视频服务器软件。它的主要作用是根据网络带宽、流量和用户的请求合理地分配各个视频流数据的传输，并可以依据用户网络的实际情况采取网络多播（MutilCast）技术以降低多个用户请求同一视频流数据时的网络流量。从而保证了图像质量，有效降低了在多用户并发操作下的图像延迟和带宽占用。同时也保证了高级别用户可以及时有效地获取所需信息。并且使变电站遥视警戒系统的采用不会影响在同一网络上用户其他系统的正常运行。 2.2数据采控技术
包括所有模拟信号、开关信号、电压电流的采集及设备远程控制等，相对来说，这是遥测遥控系统中比较成熟的技术。AnyShow变电站遥视警戒系统的数据采控模块系统稳定，准确性高。通过网络视频服务器的485总线方式，可以很方便接入各种数据采集设备。本方案采用我公司开发生产的一体化数据采集平台，具有数字输入量，模拟输入量和数字控制量的平滑接入能力，用于采集红外、门禁等告警数据，准确率高，反应时间短，是一款高性能的数据采控产品。
2.3数据传输技术
TCP/IP网络协议是目前最流行也是最稳定的网络协议。变电站遥视警戒系统在TCP/IP网络协议之上开发了专用通讯层，针对图像数据的混合传输做了优化处理，适合多点视频和数据的并发传输，降低了系统资源的占用率。同时设计了专用文件传输协议，用于录像文件的传输。该通讯层支持多种TCP/IP协议的传输，包括TCP、UDP、多播等。
2.4数据存储、处理、分析技术
为了对告警数据进行分析处理，变电站遥视警戒系统使用了Microsoft公司的SQL Server数据库系统。并成功地实现了数据库的分布存储和访问，有效地降低了系统负担，大大提高了系统的稳定性。同时，系统支持对数据的多种查询和分析方式。
同时系统提供了各类数据库。主要有告警数据库、历史统计值数据库、实时曲线数据库、系统事件数据库。从而为整体数据的存储、处理及分析提供了强有力的依据。
系统结构组成与系统组网方式:
一、系统结构组成
1.1前端变电站数量
电力变电站遥视警戒系统不限定前端变电站/所的数量，但前端变电站/所的数量会影响整个系统的性能。变电站遥视警戒系统在前端变电站/所少于等于32个时系统性能最佳。在前端变电站/所少于等于64个时，系统性能基本不受影响。当前端变电站/所数量大于64个时，通常的做法是将这些变电站/所拆分成若干个分控中心(每个分控中心的前端变电站/所数量小于64个)。在这些分控中心之上再建立一个监控中心，从而组成一个树型网络结构。监控中心主要完成一些对分控中心的管理(包括非实时管理，如报表、统计等和实时管理即接管)。
1.2传输信道选择
目前，对于变电站遥视警戒系统通常有以下几种传输方式：
· 以太网传输方式
以太网传输方式要求各变电站（所）的光纤或微波设备提供以太网接口，以便于变电站（所）的图像、声音及数据经监控主机通过以太网接口上传至监控中心。或者要求变电站（所）已经和监控中心通过局域网相连。变电站（所）的图像、声音及数据经监控主机通过以太网经过各级路由器、交换机或HUB上传至监控中心。
· 2M--以太传输方式
2M--以太传输方式要求各变电站（所）的光纤设备提供2M接口，以便于变电站（所）的图像、声音及数据经监控主机通过2M--以太网桥上传至监控中心；监控中心通过2M--以太网桥将各变电站（所）的上传的图像、声音及数据汇集到中心网络交换器上与局域网上其他机器连接，供其进行处理。
·2M模拟传输方式
2M模拟传输方式要求各变电站（所）的光纤设备提供2M接口，以便于变电站（所）的图像、及数据经2M图像编码器上传至监控中心；监控中心经2M图像解码器将各变电站（所）的图像解码到模拟监视器或电视墙上，或经过二次编码接入中心以太网。同时将各个变电站（所）的数据汇集以便集中管理。
以上几种传输方式的性能比较如下表：
1.3系统整体组网结构
变电站遥视警戒系统可按行政区域划分，采用星形拓扑三级组网结构，如图所示:
如上图所示，在无人值守的变电站一级建立视频和环境监控体系，将多个变电站的视频和数据信息通过通讯网络上传到分控中心。多个分控中心本着负荷分担的原则，对所属各变电站信息进行分析处理，进行相应的显示、录像和控制，同时可以通过电力系统提供的通讯网络把数据上传到监控中心。监控中心根据需要选择观察前端变电站的信息，并为省一级的控制中心预留通讯接口，可以随时将信息上报，供统计分析之用。 如前 1.1 前端变电站数量所叙，当前端变电站数量n大于64时，为了系统的整体性能稳定，我们需要建立分控中心；分控中心只需增加相应的业务台即可。
从实际的应用来看，如果所属变电站数目不多，分控中心和监控控中心不需要单独设置。也可以根据实际的需要和行政划分不设立分控中心，而以监控中心取代分控中心的作用。
