视频智能组件在智能变电站中的实现和应用

徐昕，盛建雄

（湖州电力局，浙江湖州313000）

视频智能组件在智能变电站中的实现和应用

徐昕，盛建雄

（湖州电力局，浙江湖州313000）

视频监控系统在变电站中得到了广泛应用，与其他系统的联系也越来越紧密。但是在其他系统调用视频资源时，存在2个异构独立系统交互实时性差、稳定性差和接口开发繁琐的问题，不符合智能变电站系统间调用无缝联接的发展要求。为此提出了一种视频智能组件，明确了视频设备在IEC 61850协议中的功能规格和开发技术路线，为视频监控系统在智能变电站中的进一步应用进行了探索。

智能变电站；视频监控；信息模型；设计方案

0 引言

近年来，视频监控系统的功能不断扩充，在变电站得到广泛应用，除基本的安全警卫功能之外，还被融入到与生产相关的业务方面，以期更好地发挥视频监控系统的作用。视频监控系统不仅能为监控中心提供变电站各类设备运行状况的实时图像，实现电网的可视化监控与调度，提高变电站运行和维护的安全性与可靠性，还能记录现场的各类事故和报警信息。现代嵌入式视频监控系统的网络化、高清化和智能化发展趋势，也为其承担更多的业务提供了可能。为了适应网络化的发展，国家电网公司制定了《电网系统及接口》企业标准，以实现统一监控、统一存储、分级控制、分域管理，使不同的视频监视系统能够互连互通，目前变电站视频监控系统的建设都按照该标准执行。

智能变电站建设以设备的智能化和顺序控制、状态估计、远端维护以及与调度的无缝联接等高级智能应用为主要特征[1]，对视频监控系统提出了新的要求。目前视频监控系统在变电站的应用正进行以下几个方面的尝试：

（1）与其他设备控制联动。便于编辑和合理的联动策略能更有效地获取变电站的有用信息。

（2）结合传感器的数据采集。视频可用于辅助判断，但存在有些传感器检测到的数据不适合视频辅助、有些位置不便于安装传感器等问题。

（3）采用完全基于视频分析的方式。但可靠性较差。

（4）视频监控系统与其他业务系统的融合。

在系统融合以及与调度的无缝联接方面，苏永春等[2]提出了基于GOOSE通信的遥视系统与变电站保护系统联动控制的方案，单方向实现了与调度的无缝联接。由于没有与综合自动化系统融合，仍然需要在2个独立的系统上同步控制，因而存在实时性差、上层业务调用不明确等问题。在智能化方面，周立辉等[3]在试点智能变电站中采用了移动机器人的方案，用于分析设备的热缺陷和外观异常、开关或刀闸的分合状态等。但移动机器人依赖较庞大的路径建设，且造价昂贵，还受限于恶劣天气等外界因素，因此不宜大规模推广应用。

为此，本文提出了一种视频智能组件的设计，通过IEC 61850协议，在变电站端融合了站端视频监控系统和综合自动化系统，对智能变电站的信息一体化建设进行了初步探索。

1 总体方案

1.1 接口类型和方式

根据《电网系统及接口》的规定，视频监控系统的基本接口分为接口A和接口B两类，适用范围如图1所示。

图1 视频监控系统的基本接口

接口A是视频监控系统的外部接口,实现视频监控系统与不属于本系统的前端系统之间、视频监控系统之间、视频监控系统与其他业务系统之间的接口功能，主要包括系统上下线通知与连接保活、资源信息获取、历史告警查询、录像检索、实时视频调阅、语音对讲和广播、客户端与用户间的音/视频会话、云镜控制、事件的订阅和通知、流量查询、录像回放等。接口B是视频监控系统的内部接口，实现视频监控平台与属于该平台的前端系统之间的接口功能[4]。

针对数字变电站，在目前的情况下，若远端的调度SCADA（数据采集与监控系统）需要执行业务操作，会通过自动化控制协议发送指令到站端的综合自动化系统，在自动化系统中执行指令；若需要联动视频监控系统，以验证操作是否成功，则需要调用视频监控系统A接口，如图2中破折线所示的路径。智能化变电站建设要求异构系统间能融合，使其他业务能通过A接口对视频监控系统进行调用。这样的改造将要求SCADA等其他业务系统增加功能模块，改造量较大。根据《电网系统及接口》平台的参数要求，在保证网络带宽的情况下，视频监控系统平台信令的响应时间小于0.5 s，视频的响应时间小于2 s，因而会增加异构系统的不稳定性且实时性极差，不能很好地同步操作和信息确认。

图2 远端SCADA系统和视频监控系统访问变电站的路径示意

1.2 实现方式

针对上述问题，本文提出了一种视频智能组件的设计方案。该视频智能组件继承变电站遥视系统的功能，集成了视频录像、云台控制、图像抓拍、告警信号的输入/输出功能，既支持视频监控系统通过B接口对其进行访问，又可以通过IEC 61850协议实现与变电站综合自动化系统的交互，符合智能组件[5]的定义，可用于对一次设备控制器进行状态监测。

总体设计思路是：若远端的调度SCADA需要执行业务操作，可通过自动化控制协议发送指令到站端的远动装置，远动装置根据点号按IEC 61850遥控服务遥控测控或保护装置，视频IED（智能电子设备）通过捕获测控发出的GOOSE信号实现与测控操作的同步操作，如图2中点线所示的路径。本地的操作和反馈都通过IEC 61850通信协议来实现，从而大大减少综合自动化系统的扩展工作，并且避免了因异构系统导致的不稳定性和实时性差的问题。

在此基础上，基于TI的新一代芯片技术，可对断路器、开关等一次设备的状态做实时视频分析，配合智能变电站顺序操作系统，实现对被控设备状态的自动校核。

2 关键技术

2.1 智能组件的实现

2.1.1 硬件平台

视频IED位于间隔层，同时挂在MMS网络和GOOSE网络上。参考谷月雁等[6]提出的实现智能变电站顺序控制的硬件基本要求，采用Ti的DM8168芯片，具备2个高速工业以太网接口，可以分别连接MMS和GOOSE网络。采用实时多任务操作系统VxWorks，保证了IEC 61850协议中对实时性要求高的报文的及时响应。

2.1.2 软件实现

信息模型与通信模型是构建IED的关键[7]。信息模型规定了设备能且只能表达的内容，在IEC 61850协议中，是以层次化的语义结构出现的。通信模型则规定了信息传输的方式。

2.1.3 视频IED信息建模

IEC 61850协议中的信息模型如图3所示，表现为IED/LD/LN/DO/DA层次化的上下文关系。

视频IED信息主要包括图像信息、视频信息、云台信息、控制信息、状态信息等。云台信息需要预先建立映射关系，映射的对象是摄像机安装配置信息和被控或关联二次设备，主要是描述信息。远端的控制系统需要执行某种控制操作时，通过自动化控制协议发送到站内的综合自动化系统，综合自动化系统根据控制信号发送对应的信息给视频IED和其他顺序控制单元。视频IED获取相应的视频信息、图像信息或是判别的状态信息，作为扩展数据以标准的信息模型返回综合自动化系统，起到业务操作校核的作用。

图3 IEC 61850的抽象信息模型

2.2 IED信息模型

2.2.1 信息分类

（1）图像信息是执行操作时前端设备抓拍的数据以及抓拍的时间信息，提供高分辨率的图像，用JPEG方式进行压缩。

（2）视频信息是执行操作前后由前端设备录制的一段视频，用高压缩比的H.264或者AVS进行压缩，提供压缩信息和视频的时间信息等。

（3）云台信息是摄像机的预置位和轨迹信息。要使用这部分信息，需要预先建立被控或关联二次设备与摄像头的预置位或是巡迹的映射关系，使信息模型能表达预置点与被控设备的对应关系。综合自动化系统在执行控制操作前需要获取相应的云台信息，以保证获取正确的视频或是图像信息。

（4）状态信息可以是与该设备相关的传感器监测状态，也可以是视频或图像的分析结果。

（5）控制信息是执行云台控制操作、图像抓拍操作、视频录制操作和开关量控制输出等信息。

2.2.2 逻辑节点建模原则

逻辑结点（LN）是进行信息交互的最小功能单元，是整个模型体系的核心部分。LN必须继承公用逻辑节点信息，包括Mod（工作模式）、Beh（性能）、Health（状态）和NamePlt（铭牌），通过模块信息分类建立LN数据对象（DO），而数据属性（DA）则是对DO的定义[8]。视频IED的DA需要定义描述核心功能的扩展数据属性IID。IID继承了公共数据类中的基本描述信息模板。

类似地，还需要建立视频描述信息类（VID），用于描述视频的数据信息；云台描述信息类（ZID），用于描述云台与设备的映射关系信息。

视频IED需要根据LN的扩展原则，建立逻辑节点。DO不仅继承公用逻辑节点类全部指定数据，还包括IID对象。

2.2.3 逻辑设备建模原则

将具有公用特性的逻辑节点组合后，成为逻辑设备LD。IEC 61850规定，LD内部必须提供关于物理设备或者由其控制的外部设备的相关信息，LLN0代表LD的公共数据，LPHD代表物理设备的公共数据，还要提供描述核心功能的各通道的逻辑节点。根据视频IED的功能，LD除了2个基本逻辑节点的LLN0和LPHD之外，还应包括扩展的视频设备逻辑节点EVAD。

2.3 通信模型

IEC 61850采用抽象通信服务接口（ACSI）和特定通信服务映射（SCSM）的方法，将底层的核心服务映射到制造报文规范（MMS）。MMS是OSI应用层的一个标准，使得视频IED信息可以TCP/IP方式与其他网络设备进行交互。通信模型如图4所示。

图4 MMS通信模型

3 结语

在变电站的建设过程中，出于安全性考虑及通信协议的限制，在业务系统与视频监控等辅助系统之间一直以来仅有单向获取信息的途径。IEC 61850协议的推广和光通信网络的建设使系统间的融合成为可能，而异构系统间的数据交互也正是智能变电站建设的内在要求。本文提出的基于IEC 61850的视频智能组件，可实现变电站其他业务对视频资源的实时有效调用，解决了2个独立异构系统交互时实时性差、稳定性差和接口开发繁琐的问题。

[1]张斌，倪益民，马晓军，等.变电站综合智能组件探讨[J].电力系统自动化，2010，34（21）∶91－94.

[2]苏永春，辛建波，窦晓波.数字化变电站保护与视频系统联动控制方案[J].中国电力，2010，43（4）∶33－37.

[3]周立辉，张永生，孙勇，等.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2011，35（19）∶85－88.

[4]崔燕明，刘孝先，马超，等.电网视频监控系统及接口技术标准[J].电力系统自动化，2010，34（20）∶13－16.

[5]Q/GDW 383－2009智能变电站技术导则[S].北京：中国电力出版社，2009.

[6]谷月雁，司刚，刘清瑞.智能变电站中顺序控制的功能分析与实现[J].电气技术，2011（1）∶58－92.

[7]DL/T 860.74－2006/IEC 61850－7－4∶2003变电站通信网络和系统，第7－4部分∶变电站和馈线设备的基本通信结构—兼容逻辑节点类和数据类[S].北京∶中国电力出版社，2005.

[8]胡勇，郭子健，刘奇峰，等.基于IEC 61970/61850的电动汽车充电站监控系统建模方案[J/OL].电力系统自动化，http∶//www.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20120912. 1645.003.html.

（本文编辑：龚皓）

Implementation and Application of Video Intelligent Component in Smart Substations

XU Xin，SHENG Jian-xiong
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

The video surveillance system has been widely used in substations and becomes increasingly related to other systems.However,when other systems request for video resources there are poor real-time of interaction and stability of two heterogeneous systems as well as fussy interface development,which can not meet the development requirement of seamless link between requests among substation systems.Therefore,the paper presents a video intelligent component and defines function specification of the video equipment in IEC 61850 and technical route development,exploring the further application of video surveillance system in smart substations.

smart substation；video surveillance；information model；design scheme

TM764.2

：B

：1007-1881（2013）08-0022-04

2013-03-25

徐昕（1977-），女，浙江德清人，工程师，从事变电运行管理、智能变电站运行管理等工作。