引言

　　近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，電力行業(yè)的需求也在不斷增加，電力行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的命脈，對于現(xiàn)代化建設(shè)所體現(xiàn)出的重要性越來越明顯。隨著科技的發(fā)展，智能電網(wǎng)逐漸成為電力行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，以變電站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，由系統(tǒng)自動完成信息的采集、控制、監(jiān)測等基本功能。為適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的需求，基于CIM模型的視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)的遙視聯(lián)動技術(shù)應(yīng)運而生。

　　系統(tǒng)采用基于CIM模型的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)與能量管理系統(tǒng)(EMS)的數(shù)據(jù)同步，同時根據(jù)實際聯(lián)動需求，為一次設(shè)備配置對應(yīng)的攝像機(jī)以及預(yù)置點位，通過四遙聯(lián)動服務(wù)接收能量管理系統(tǒng)(EMS)發(fā)送的設(shè)備操作聯(lián)動命令，完成設(shè)備對應(yīng)攝像機(jī)預(yù)置點位的實時視頻聯(lián)動，運維人員在監(jiān)控中心通過實時視頻圖像就可以監(jiān)視設(shè)備動作的整個過程，如果設(shè)備在操作的過程中出現(xiàn)故障或者意外情況，可以在第一時間里做出及時的響應(yīng)和處理，提高了變電站運行和維護(hù)的安全性以及可靠性。視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)的遙視聯(lián)動原理如下圖1所示。

　　與能量管理系統(tǒng)(EMS)的數(shù)據(jù)同步

　　由于視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)所使用的數(shù)據(jù)模型、應(yīng)用接口、開發(fā)平臺以及數(shù)據(jù)庫互不相同，給信息的共享帶來很大的困難，若要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息共享，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，而這些呈幾何級增長的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和交換工作浪費了大量的資源。因此，這種交換需要建立在一種統(tǒng)一的、規(guī)范的基礎(chǔ)之上，針對以上問題，解決方案是建立一個公共的電力系統(tǒng)信息模型，并提供通用的數(shù)據(jù)接口。

　　聯(lián)動數(shù)據(jù)更新服務(wù)調(diào)用CIM的通用數(shù)據(jù)查詢接口檢視能量管理系統(tǒng)(EMS)數(shù)據(jù)庫是否有更新，若有，則調(diào)用CIM提供的通用數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)更新至視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。這種數(shù)據(jù)同步方式不需要人工干預(yù)，系統(tǒng)運行時自動啟動聯(lián)動數(shù)據(jù)更新服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步與更新，這樣就不需要有專業(yè)的人員對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤維護(hù)，在節(jié)省了人力的同時大大提高了系統(tǒng)的效率。基于CIM數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步原理如圖2所示。

　　遙視聯(lián)動方案的設(shè)計

　　系統(tǒng)間聯(lián)動的分區(qū)分級管理

　　依據(jù)電力公司的規(guī)劃要求，系統(tǒng)采用了分區(qū)分級的管理方式。根據(jù)變電站電壓等級和不同設(shè)備區(qū)將變電站區(qū)域劃分為不同的設(shè)備子區(qū)域，每個子區(qū)域均涵蓋了對應(yīng)的設(shè)備信息，通過分區(qū)分級，將不同等級的變電站及站內(nèi)一次設(shè)備信息展示給工作人員。例如，變電站可根據(jù)電壓等級分為500kV及以上，220kV，110kV，35kV及以下等，一個220kV變電站可根據(jù)實際情況定義為220kV/110kV/35kV設(shè)備區(qū)、主控室、大門、周界、主變等若干節(jié)點，下屬子設(shè)備區(qū)可任意劃分、定義。之后，可定義每個設(shè)備與攝像機(jī)及其預(yù)置點位的對應(yīng)關(guān)系，可以是一對一、一對多、多對一或者多對多的關(guān)系。為達(dá)到最佳監(jiān)視效果，通常應(yīng)保證一個設(shè)備能對應(yīng)多個攝像機(jī)。完成設(shè)備區(qū)的定義后，為不同的監(jiān)控員設(shè)置基于設(shè)備區(qū)的管理權(quán)限，即責(zé)任區(qū)劃分，可根據(jù)地域，電壓等級，或者設(shè)備區(qū)為監(jiān)控員劃分不同的責(zé)任區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)運行時，根據(jù)管理權(quán)限，監(jiān)控員只能監(jiān)視本責(zé)任區(qū)內(nèi)的設(shè)備信息。

　　系統(tǒng)的分區(qū)分級，優(yōu)化了責(zé)任區(qū)的管理，避免不同權(quán)限用戶的操作干擾，便于對不同責(zé)任區(qū)設(shè)備的運行情況實行專人管理。

　　設(shè)備選擇操作實現(xiàn)遙控設(shè)備狀態(tài)的圖像化預(yù)判

　　能量管理系統(tǒng)(EMS)在選擇設(shè)備時即向視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送遙視聯(lián)動請求，視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在收到請求后即調(diào)出對應(yīng)的攝像機(jī)畫面，并轉(zhuǎn)至設(shè)備對應(yīng)的預(yù)置點位。當(dāng)能量管理系統(tǒng)(EMS)再次發(fā)送設(shè)備控制命令時，運維人員即可通過實時圖像去監(jiān)視整個設(shè)備動作的全過程。圖像的預(yù)判示意圖如圖3所示。

　　全方位多視角的圖像化監(jiān)視

　　在系統(tǒng)中為某個設(shè)備配置多視角的攝像機(jī)及預(yù)置點位，當(dāng)系統(tǒng)接收到能量管理系統(tǒng)(EMS)的遙視聯(lián)動信號時，即打開該設(shè)備所關(guān)聯(lián)的攝像機(jī)及預(yù)置點位，通過實時圖像即可查看不同角度的一次設(shè)備動作。

　　在實際應(yīng)用中，不論是手動觸發(fā)設(shè)備動作還是突發(fā)情況下自動觸發(fā)設(shè)備變位，只要預(yù)先配置了相關(guān)的聯(lián)動信息，監(jiān)控員都可以通過即時聯(lián)動視頻畫面和信息，掌握最新的設(shè)備運行情況。

　　全方位多視角的圖像化監(jiān)視極大地提高了變電站運維人員對變電站運行情況進(jìn)行綜合監(jiān)控、分析的能力，便于運維人員對設(shè)備運行情況的檢視和突發(fā)事件的排查，大大提高了運維人員的工作效率。

　　遙視聯(lián)動的關(guān)鍵技術(shù)

　　面向服務(wù)的設(shè)計及中間件技術(shù)

　　在實際應(yīng)用過程中，視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行功能擴(kuò)充，但由于底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的專用性、軟件結(jié)構(gòu)和設(shè)備接口的局限性，給系統(tǒng)升級帶來不便。面向服務(wù)的設(shè)計及中間件技術(shù)，目的就是為了有效地解決系統(tǒng)間的交互和通信問題，實現(xiàn)系統(tǒng)間的“松耦合”以及系統(tǒng)間的整合與協(xié)同，使得系統(tǒng)可以按照模塊化的方式增加新服務(wù)或新功能，以解決新的業(yè)務(wù)需求。此外，將面向?qū)ο蠹夹g(shù)貫穿于整個軟件開發(fā)中，采用分層軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高軟件的重用性、兼容性，盡可能實現(xiàn)LINUX/Windows“源代碼級”的跨平臺。

　　遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的高級應(yīng)用插件

　　IEC 61970是系統(tǒng)集成、異構(gòu)和互操作的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)制定了各種基于組件、模型和面向?qū)ο蟮慕涌谝?guī)范，主要包括接口語義(CIM)和接口語法(CIS)。使用通用的數(shù)據(jù)接口可以最大限度地降低開發(fā)成本，并可以實現(xiàn)軟件的即插即用。視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為變電站的核心系統(tǒng)，需要解決一系列的問題，如與能量管理系統(tǒng)(EMS)的數(shù)據(jù)同步以及實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。因此，系統(tǒng)就需要遵循IEC 61970的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫同步、數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)雀呒墤?yīng)用的系統(tǒng)插件。因此，系統(tǒng)就需要遵循IEC 61970的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫同步、數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)雀呒墤?yīng)用的系統(tǒng)插件。

　　基于CIM的數(shù)據(jù)庫建模與數(shù)據(jù)同步

　　系統(tǒng)采用基于CIM的數(shù)據(jù)庫建模和管理方法，按照EMS系統(tǒng)->廠站->設(shè)備區(qū)->設(shè)備點位分級建立數(shù)據(jù)庫，用C++語言實現(xiàn)基于CIM數(shù)據(jù)模型的信息管理。由于CIM和C++都是面向?qū)ο蟮模肅++中的類來對應(yīng)CIM中的類，類的屬性對應(yīng)C++類的數(shù)據(jù)元素，普通關(guān)聯(lián)對應(yīng)C++類的指針鏈表元素，繼承則用C++中的繼承表達(dá)。因此，本發(fā)明依據(jù)CIM模型為系統(tǒng)建立對應(yīng)的類，如Factory類與廠站信息對應(yīng)，Breaker類與斷路器信息對應(yīng)，Switch類與開關(guān)刀閘信息對應(yīng)等，類的屬性則包括設(shè)備名稱、編號等信息，并利用繼承表述廠站到設(shè)備各級數(shù)據(jù)間的關(guān)系。

　　系統(tǒng)采用了CIM和CIS提供的通用數(shù)據(jù)接口，完成了與能量管理系統(tǒng)(EMS)的無縫對接，減少了與能量管理系統(tǒng)(EMS)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫通訊及接口的開發(fā)，通過對分散數(shù)據(jù)的深入挖掘和充分利用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)從能量管理系統(tǒng)(EMS)到視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的快速同步與實時更新。

　　未來的發(fā)展趨勢

　　隨著科技的發(fā)展以及智能化的應(yīng)用，電力行業(yè)對變電站的安防系統(tǒng)提出了更高的要求，可以歸納為以下幾點：

　　集成化

　　越來越多的電力行業(yè)應(yīng)用要求變電站安防系統(tǒng)能夠更好地將視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等一體化集成。

　　基于CIM模型的視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在完成上述子系統(tǒng)集成的同時，還實現(xiàn)了與國內(nèi)主流廠家的能量管理系統(tǒng)(EMS)的集成與聯(lián)動(即四遙聯(lián)動)。

　　高清化

　　視頻監(jiān)控作為電力行業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要輔助工具，高清技術(shù)的應(yīng)用，滿足了安全生產(chǎn)對可視化管理的需求。

　　標(biāo)準(zhǔn)化

　　隨著國家智能電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的全面啟動，智能變電站領(lǐng)域的技術(shù)研究和試點工作將為智能電網(wǎng)的發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)的集成與遙視聯(lián)動將進(jìn)一步向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

　　結(jié)束語

　　基于CIM模型的視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)的一體化集成是變電站先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是通信技術(shù)、信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的普及，必將進(jìn)一步加快視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)一體化集成應(yīng)用的推廣進(jìn)程，并且在將來的變電站數(shù)字化建設(shè)過程中擔(dān)當(dāng)越來越重要的角色。
　    文/李富祥 四川省電力公司 / 謝江、鄭澍、龔天貴、譚志斐 國網(wǎng)宜賓供電公司 / 華慶國 南京南自信息技術(shù)有限公司