您当前的位置: 首页 > 法律

智能视觉分析在智能电网中的信息融合

2019-02-19 18:49:45

智能视觉分析在智能电中的信息融合

视频监控在电力系统中的应用一直是安防行业关注的热点,这不仅是因为这项技术是电力系统综合自动化中的必选项目,而且随着智能电概念的提出,传统的视频监控又被赋予了更多新的内涵。在智能电的设计框架内,视频监控的信息不再仅仅是完成“遥视”的功能,而且需要为电力系统实时运行的辅助决策方案提供更加灵活的技术支持,更加有效地为电力系统的调度控制服务。对于安防行业来说,新一代的视频监控系统应用在智能电中,在需要新技术的创新的同时,也意味着一个潜在的、颇具竞争力的经济增长点。

视觉监控对于智能电的意义

在电力系统的综合自动化系统中,采用视频监控作为其“四遥”功能中遥视的重要手段大约已经有将近20年的历史了。在这段时间的沿革中,应用于电力系统的视频监控也先后经历了从模拟记录视频信号的CCTV时代到数字硬盘录像时代,再到当今基于IP络的分布式数字硬盘录像阶段。随着计算机和信息技术的划时代进步,传统的视频监控引入了具有人工智能意义的计算机视觉技术,位于前端的用于获取视频图像的摄像机或者用于记录视频的录像系统将具备人眼的识别和分析能力,所以使用“视觉监控”一词来替代“视频监控”一词更能反映这种技术上转变。

电力系统涵盖电,覆盖发电、输电、配电等诸多环节。对于智能电,清华大学的卢强院士曾给出过一个简洁的定义:一个具有多指标自趋优(自动趋于优化)能力的电或电力系统即可称之为智能电或智能电力系统。在我国,虽然各级调度机构对管辖范围内的电进行调度时,其欲优化的指标体系及其侧重点各有不同,但智能电力系统的定义则适合于所有电压等级和每一层级的调度。对于各层电(高压输电和中低压配电)来说,安全稳定性是首先需要考虑的问题,特别是在电力市场条件下的系统安全稳定性尤其突出,电只有坚强才有安全,只有安全才有效益,这也是符合我国国情的基本出发点。

对于变电站来说,外部破坏包括自然力对物理设备的损害、人为的恶意入侵和恐怖袭击。经过分析挖掘后的视觉监控信息被融合到电的过程控制中,设备运行的可靠性将被实时地进行视觉检测和识别,从而提高电抵御外部破坏的能力。通过引入视觉信息,监测分析变电站设备(如变压器、母线、避雷器、隔离开关和断路器、互感器等)的状态,以及和线路上的覆冰、绝缘、污闪、植**扰、弧垂异常等潜在威胁事件,就能实时地评估配电主要设备的“健康”状态,从而进一步增强配电的状态检修和需求侧的管理水平,提高资产的利用率。

基于对智能电力系统运行控制策略的分析,我们认为:智能视觉信息在智能电中的应用应该从中低压配电的调度层进行切入,首先在变电站一级开展和实现。视觉监控可以为变电站的运行提供崭新的可视化信息,并彻底改变变电站综合自动化的观念,使经过智能视觉分析挖掘后的视觉信息自动化地、更加有效地为系统的调度控制服务。

智能电对视觉信息的诉求

据清华大学国家计算机集成制造系统(CIMS)工程研究中心的观点,在信息基础架构层面上,智能电属于一种特殊的物联。而智能电的调度策略也恰恰与CIMS“集成则得、分散则失、透明共享、优化调度、动态监控”的思想不谋而合。将智能电作为物联的一种特殊应用无疑是智能电建设中的一个绝好的途径。如果考虑在智能电中添加视觉监控信息以加强安全生产,则对这类新型信息的诉求应该是覆盖电力系统的各个环节,即从输电线路、到各级变电站设备,再到配电出线,实现全范围的安全防范。这需要为电力系统用户提供一套信息融合及高级应用的整体解决方案。它可以针对电力生产过程中的人和设备这两类对象实时监控。

对人的视觉监控

对人的视觉监控,一般应用在日常值班和电力一次设备的状态检修时,其中一个重要的目的是对周边场景进行安全监视,如人员的活动范围、禁止区域、人员合法性的认证等。技术上采用目标检测和跟踪,进而实现场景中人的行为分析和理解。针对于人的视觉监控可以分为以下几方面:

人员倒地行为检测。当在应用场景中所设定的警戒区域内,有人出现突发性事件(如触电、生病等情况)倒地时,通过视觉智能终端的分析自动产生报警。该功能应用于变电站室外场地和室内高压变电房等区域,可使工作人员时间发现异常行为,及时处理,避免人员伤亡;

人员徘徊检测。在监控场景内所设置的警戒区域内,如有人长时间来回走动,则智能视觉终端将产生自动报警。该功能协助工作人员判断是否有人踩点,制止可能发生的偷窃行为;

入侵行为检测。当有人闯入监控的警戒区域时,自动产生报警。该功能可应用于变电站院墙、重要电房、监控机房等,协助工作人员判断是否有非法人员进入变电站,预防偷窃等事件的发生;

人为异常事件检测。对物品遗留的检测,判断是否有恶意蓄谋的破坏事件发生。对变电站内的关键区域的烟火检测。

对设备的视觉监控

智能视觉终端对设备的监控主要针对变电站内的一次设备。通过智能视觉终端对一次设备外观的分析,可以判断设备是否正常运行,其周边是否有潜在的异常事件发生,根据具体设备的不同,智能视觉终端采用不同的分析算法。这些重点被监控的设备包括:

隔离开关和接地刀闸。这类设备的开关状态是否正确完成;

电容器组。电容器外壳各部是否有渗漏,外壳是否鼓肚,电容器有无喷油或起火等事件发生。电容器的跌落保险是否有异常动作指示;

电抗器。电抗器的位置是否发生倾斜,线圈是否膨胀或接地,表面是否有放电现象等外观的变化;

高压设备的绝缘子。绝缘子的外观是否有破裂;

主变压器。是否有漏油;

避雷器。是否有击穿现象;

高压线路的出线端。是否有异物的搭接,是否有覆冰发生,电缆接头是否正常。

视觉监控信息在电信息融合的两个层次

变电站内原有的综合自动化系统主要由SCADA、RTU/FTU、新型智能测量设备、PLC、分散型自动控制装置和继电保护系统组成,用以完成对各种电气量的测量、显示和对系统潮流的控制。

电中的电压、电流、功率、相角等电气量能直接反映电力系统的运行状态,作为调度控制中的变量,它直接应用在电力系统五级调度的各个层次上。区别于电力系统中电气量的作用,视频图像信号从另外一种信息渠道反映了电力系统运行中的状态。视频监控作为一种基于场景图像的安全策略,为调度员和安全巡视员提供了直接的场景元信息,使得人的判断能力和计算机系统的监控能力有机地结合起来,大大增强了电避免人为导致故障的几率和引起故障的事件发生的预警能力。视觉监控信息在电的信息融合主要有数据层、业务层两个层面的融合。

数据层的融合方式

视频信号作为一种辅助的状态信息被引入到变电站自动化系统是上世纪90年代中期的事情,那时这个子系统叫做变电站远程遥视系统,采用的技术基本上是模拟CCTV。随着视频监控技术本身的发展,当今数字化的硬盘录像系统DVR已经基本在市场上取代了CCTV系统。同时在当今络信息时代,具备络能力的NVR及新出现的IP摄像机也逐渐占据主导地位。在变电站综合自动遥视子系统的部署上,这种新技术和设备基本上成为了选型和采购的主流。

由于始终无法实现遥视子系统在变电站综合自动化系统内部的无缝集成,视频监控在电力系统的控制过程中总是以“信息孤岛”的角色出现。当变电站内或其出线的端口出发生威胁电力系统安全运行的事件时,还是要依赖人的主动观察和确认去排除和预防。而我们知道,电力系统在发生故障前的时间段,可能同时有多种不同性质的报警信号被传到控制调度中心,此时调度员或值班员有可能来不及对事件进行分析处理。我们认为在这种层次上对视觉信息的可视化应用是比较初级的。

信息的集成化和子系统之间、子系统的设备间的接口标准化是电力系统调度自动化发展的必然趋势。在配变电站这个调度水平上,国际电工委员会于2003年正式发布了变电站自动化系统的国际标准——IEC

61850,这个标准保证了新增设的智能终端可以平滑地接入变电站综合自动化系统。

IEC

61850标准采用面向对象的建模技术,定义了基于客户机/服务器结构的数据模型,设计了独立于所采用络和应用层协议的抽象通信服务接口(ACSI),客户通过抽象通信服务接口,由专用通信服务映射(SCSM)映射到所采用的具体协议栈,如制造报文规范(MMS)等来实现通信。该标准采用基于XML的结构化模型描述语言SCL,具有扩展性,支持商家专用工具或其他协议的映射。

具备视觉监控能力的遥视子系统为变电站自动化系统提供了有效的空间视觉信息,因此视觉监控的智能终端作为变电站内的一种新型的智能设备,无疑为电力系统变电站的综合自动化注入了新的技术内涵。视觉监控的智能终端通过对场景内的模式进行分析,可以对变电站周边环境和重要电力设备的运行状态进行监视,并将分析的结果以人工智能语义的形式接入到调度自动化系统中,实现与相关设备的电气量测量的关联分析,大大增强了系统运行的可靠性,把视觉的可视化信息与传统自动化系统的电气信息有机地融合成一个整体。

业务层的融合方式

为使遥视子系统在变电站综合自动化系统中不再是信息孤岛,上述的IEC

61850标准实际上提供一种在物理层和协议层上的集成方案;而基于XML标准和模式文法的分析结果的表达则提供了把视觉分析的元信息集成到综合自动化系统的数据格式。

所示,通过计算机视觉系统对场景信息的理解和识别,可以得到送到智能分析后端处理的语义信息,便于自动地处理这些元数据。我们认为在这种层次上把视觉信息和电气量测信息的整合应用是一种高级应用。

视觉监控的信息是在信息基础架构(Cyberinfrastructure)层面上为智能电提供元数据信息,并与电力系统的应用软件紧密地融合在一起,从而为电力系统提供新型的、高性能的闭环控制能力。这个控制的层次应该是在电力系统分层递阶控制策略中的配电一层。在控制方案中具体考虑的问题或专题包括:

视觉分析的元信息在变电站综合自动化系统实时数据库的设计和应用方案;

视觉分析的元信息引发的事件对电压/无功补偿控制的自动调整方案;

视觉分析的元信息引发的事件对负荷控制的自动调整方案;

视觉分析的元信息在馈线线路发生故障和恢复故障前后的调度提供校验算法,以期自动生成优选的供电恢复和处理方案;

引入视觉监控的智能分析后,传统的设备检修管理系统如何优化业务流程?

引入视觉监控的智能分析后,传统的配电信息中心管理信息系统业务的调整优化问题。

这种在电力系统运行调度的业务层面的综合集成,使得在配电变电站及其所辖馈线线路的广域范围内可以实现信息从感知到控制全过程的紧密耦合和深度互联。

结束语

电力系统的设计部门只有站在全局的视角上,充分考虑了把视觉监控的元数据纳入到电力系统的调度自动化中,才能在根本上提升技术的水平,在业务层面发挥传统视频监控所难以达到的程度。另一方面,从事视频监控的安防企业应该看到,要想使自己的视频监控设备或系统具备核心竞争力,从业务结合的层面对视频监控的算法进行研究和开发,才能找到区别于同质化的技术研发路线,在系统和解决方案中胜出。

反复发热高烧不退
风寒风热感冒病因
风寒风热感冒治疗方法
推荐阅读
图文聚焦