CN102545386B - 一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统。它包括电网自动调度系统调度中心和多个无人值守变电站，电网自动调度系统调度中心与各无人值守变电站系统之间铺设SDH自愈式光纤环网，由电网自动调度系统调度中心统一调度；各无人值守变电站系统采用上下位机协同工作模式，变电站的视频监控模块与警卫环境安全模块实行联动，弥补了传统安全系统探测区域有限等固有缺陷，同时辅助电网自动调度系统监控员执行监视和控制，提升了变电站的安保和智能化水平；视频监控模块、警卫环境安全模块与变电站系统集成使调度系统面对非法入侵亊件时，有能力作出实时响应，重组电网、提供应急和优化调度，提升了变电站的整体智能化水平和服务质量。

Description

一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统

技术领域

本发明属电力行业无人值守变电站及电网自动调度系统的技术范畴，尤其涉及遥视(内嵌视频分析)与警卫环境安全模块实行联动、与电网自动调度系统进行集成的一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统。

背景技术

我国的电力工业呈持续高速发展的态势。发电领域，装机容量从2002年的3.53亿千瓦连续跨越4亿、5亿、6亿、7亿、8亿千瓦五个台阶；2010年，发电装机容量达9.6219亿千瓦，全年用电量41923亿千瓦时。输电领域，2005年我国从国家层面对发展特高压输电技术进行了部署，目前1000kV特高压技术已取得重大突破、并得到成功应用。配电领域，无人值守变电站则是我国电力行业的投资重点，建设无人值守变电站既是行业自身发展的需要，更是用户需求的使然：首先，现代工业、尤其是高新技术产业，对电能的电压值、频率、纹波系数、供电可靠性等指标日趋严格，电力企业必须满足这一要求；第二，它亦成为电力企业安全高效运行不可或缺的技术支撑；最后，无人值守变电站有助于电力企业的减员增效、有助于缓解变电站建设用地的难题。无人值守变电站领域的代表性研究成果如下：

·无人值班变电站警示系统(申请号200910172687.6)，提出通过用定位摄影装置及追踪定位装置进行追踪，提醒误入变电站的人员尽快离开，并对进入的人数进行分析统计。

·变电站远程数字监控系统(申请号200610053822.1)，提出一种变电站远程数字监控系统，采用一体化摄像机和快球的视频线相连的矩阵，以太网发射和接收器、远端控制中心，实现对变电站的远方监护，增强变电站防火、防盗的水平。

·无人值班变电站单人操作安全监视系统(ZL200710170442.0)，提出一种无人值班变电站单人操作的安全监视系统，采用无线局域网技术进行声像信号的传输，实现对变电站设备进行安全操作的目的。

·一种无人值班变电站中安全可靠的调度操作装置(ZL200810080181.8)，提出一种无人值班变电站中安全可靠的调度操作装置，由操作员以指纹信息登录，电网自动调度系统系统验证后向厂站的终端发送控制指令，避免了非法用户登录、恶意操作的可能性。

上述有益探索和研究成果有一定的参考和借鉴价值。从智能电网的角度审视现有成果，无人值守变电站仍存在诸多亟待改进之处，有必要在现有研究成果基础上作进一步的深入研究与创新。我国的变电站基本已实现基于“四遥”--遥测、遥信、遥控、遥调--的电网自动化调度系统(亦称电力监控系统电网自动调度系统)，遥视(俗称第“五遥”)和警卫环境安全系统也得到广泛应用；受限于当时的技术资金条件和认知理念水平，上述各系统大多分步、分批实施，独立运行；因此，目前变电站的内部存在多个信息孤岛--局部的自动化程度不断提高，全局的信息却不完善、且共享能力薄弱、联动机制缺位；从而导致变电站的各系统处于割裂的、局部的、无法构成统一整体的较低智能状态，降低了变电站的效能，增加了运维护开支。遵循系统工程设计理念，补上缺位的变电站控制系统及电网自动调度系统的顶层设计是十分必要的。

传统的警卫环境安全模块通过烟雾/温度/明火探测器、SF6/红外/超声波/水浸传感器等得到报警信号，实施安保；其弊端是探测区域有限、缺乏固定证据的能力、也不具备可视直观的特性；遥视(视频监控)是传统警卫环境安全模块的补充，两者具有良好的互补性；因此，遥视与警卫环境安全模块的联动，必将提升变电站的安保和智能化水平。

提供高品质电能是电力企业的首要目标，对特定用户(如医院、消防)的电力保障则是电力企业的关注重点。随着电网规模的不断扩大、电网拓扑结构愈加复杂，加之新设备的大量投运，要求调度员必须对电网结构、电力运行规程、电力设备非常了解，而且能够不受环境、情绪等各种因素的影响；因此，仅凭人力已难以胜任电网的高品质调度。必须指出，提供高品质电能的前提是遥视、警卫环境安全模块与电网自动调度系统的集成；因为只有在集成系统支持下，调度员才有可能针对安全系统上传的突发事件作出正确的实时响应：重组电网、进行应急和优化调度，确保电力系统的安全稳定运行，提升变电站的智能化水平和电网的服务水准。

专业调查表明：仅仅监视两台监视器，10分钟之后监控人员就将错过45％的行为，30分钟之后将错过95％的行为；换言之，人非理想的监视者。变电站遥视的现状是：视频监视的多，视频识别的少；人工干预的事件多，自动智能处理的事件少；异常事件的后处理多，实时处理的少；事件简单传输的多，综合处理的少。基于计算机视觉的视频分析，通过对图像序列的自动分析来检测场景中的运动目标，进而进行跟踪与识别，并在此基础上分析和判断目标的行为。目前，视频分析技术取得長足进步的同时还存在这样或那样的不足，尚未成熟到可以完全取代监控员的程度，但只要深入分析无人值守变电站的特点，应用有针对的视频分析技术，就能基本消除视频分析技术的不足；因此遥视中嵌入视频分析软件，辅助监控员执行监视或控制任务，不仅可能而且必要；嵌入视频分析的遥视减轻了监控员的工作压力，降低了误报漏报率，进一步提高了变电站的安保和智能化水平。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统。

智能无人值守变电站的电网自动调度系统包括电网自动调度系统调度中心和多个无人值守变电站，电网自动调度系统调度中心与多个无人值守变电站之间铺设遵循IEC61850传输规约的SDH自愈式光纤环网，由电网自动调度系统调度中心统一调度；无人值守变电站采用分布式架构、上下位机协同工作模式，各无人值守变电站向电网自动调度系统调度中心上传电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息，电网自动调度系统调度中心依据各无人值守变电站上传信息、借助专家系统进行调度；无人值守变电站包括变电站上位机、警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块、门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元、遥视单元，遥视单元包括网络IP摄像机、云台、交换机；变电站上位机分别与警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块相连并通过以太网进行信息交互；警卫环境安全模块与门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元相连；视频监控模块与遥视单元相连；警卫环境安全模块控制门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元，模拟量采样下位机对变送器的模拟量进行采样，开关量下位机读取开关设备输入的开关信号，数字量下位机读取数字设备输入的数字量，操作控制下位机对数字设备进行数字量控制、对变送器进行模拟量控制、对开关设备进行开关量控制，视频监控模块对遥视单元采集的数据进行视频分析，一旦发现非法入侵视频监控模块与警卫环境安全模块进行联动，并上传报警信息至电网自动调度系统调度中心；电网自动调度系统调度中心根据专家系统按非法入侵电网应急重组方法进行重组。

所述的非法入侵电网应急重组方法为：

1)视频监控模块采用双背景差分法进行非法入侵检测，并与警卫环境安全模块按规则实行联动，向电网自动调度系统调度中心上传报警信息；

2)电网自动调度系统调度中心的专家系统根据各无人值守变电站系统上传的电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息建立电网模型；

3)专家系统根据电网的拓扑及量测情况，对各无人值守变电站系统的上传信息进行过滤评估，得到真正代表电网运行的合理数据；

4)专家系统计算出电网的的基本潮流，并模拟开关分合后电网重构后的潮流情况，根据推理规则：

电网状态空间：A＝|a₁₁，a₁₂，…，a_1k；a_l1，a_l2，…，a_lk

操作条件集：B＝|b₁，b₂，…，b_m

操作事件集：C＝|C₁，C₂，…，C_n

在某状态A_p下，满足条件B_q，则操作事件集C中一些特定事件C_r发生；A_p、B_q、C_r分别是A、B、C的子集；l，k，m，n＝1，2，3......

搜索可行解，实现电网应急重构，确保调度安全。

所述的视频监控模块采用双背景差分法为：采用高低更新率的混合高斯模型对同一背景分别生成高更新率的背景和低更新率的背景，并根据如下公式生成相应的两张前景二值图：

$P\left(Y_t\right)=\underset{n}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{n,t}\mathrm{\η}(Y_t,{\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)---\left(1\right)$

$\mathrm{\η}(Y_t,{\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{{\left(\frac{Y_t-{\mathrm{\μ}}_{n,t}}{{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中Y_t为时间点；k是高斯模型的数量(一般取3～5个)；ω_n，t为第n个高斯模型权值；μ_n，t和分别为n个高斯模型的平均值和方差；

双背景差分法的运动目标捡测判据是：如果某一像素的两张二值图都为1，则该像素为运动对象；如果低更新率生成的二值图为1，高更新率为0，则该像素为暂时静止对象；如果高更新率生成的二值图为l，低更新率为0，则为噪声；如果都为0则为背景。

所述的视频监控模块与警卫环境安全模块的联动规则为：

1)红外探测单元测到非法入侵时，警卫环境安全模块将报警信息上传至变电站上位机；

2)遥视单元检测到非法入侵时，视频监控模块将报警信息上传至变电站上位机；

3)变电站上位机辨识非法入侵信息并由Python脚本向警卫环境安全模块、视频监控模块发出信号量状态，启动声、光报警和非法入侵区域视频监控；

4)警卫环境安全模块根据信号量状态，控制门禁单元关闭报警地点周边所有通道门、照明单元开启相关通道照明、语音广播单元通知相关安保人员到达报警地点处理报警事件；

5)视频监控模块根据信号量状态，通过遥视单元控制报警地点云台转动实现网络IP摄像机对报警地点的启动临时录像、重要图片上传非法入侵应急操作，并通过交换机现场报警信息发送给变电站相关领导或负责人。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

智能无人值守变电站自动调度系统，采用分布式架构提高了系统的可靠性和可用性。各无人值守变电站系统采用上下位机协同工作模式提高了系统处理并发事件的能力。变电站与电网自动调度系统调度中心之间铺设SDH自愈式光纤环网，由电网自动调度系统统一调度，SDH正反两个方向的信号传输对应主备两通道，符合电力行业的高可靠性行规。变电站的视频监控模块与警卫环境安全模块实行联动，弥补了传统安全系统探测区域有限等固有缺陷，同时辅助电网自动调度系统监控员执行监视和控制，减轻了监控员的工作压力、降低了误报漏报率。；视频监控模块、警卫环境安全模块与变电站系统集成，集成使调度系统面对非法入侵事件时，有能力作出正确的实时响应：重组电网、提供应急和优化调度。

附图说明

图1是智能无人值守变电站自动调度系统框图；

图2是某县无人值守变电站的通信网络拓扑简化图；

图3是非法入侵应急调度框图的框图；

图4是视频分析算法的原理流程框图；

图5是视频监控模块与警卫环境安全模块实行联动的原理图；

图6是视频监控模块与警卫环境安全模块实行联动的流程图；

图7是基于Web的视频监控(遥视)结构框图。

具体实施方式

如图1所示智能无人值守变电站的电网自动调度系统包括电网自动调度系统调度中心和多个无人值守变电站，电网自动调度系统调度中心与多个无人值守变电站之间铺设遵循IEC61850传输规约的SDH自愈式光纤环网，由电网自动调度系统调度中心统一调度；无人值守变电站采用分布式架构、上下位机协同工作模式，各无人值守变电站向电网自动调度系统调度中心上传电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息，电网自动调度系统调度中心依据各无人值守变电站上传信息、借助专家系统进行调度；无人值守变电站包括变电站上位机、警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块、门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元、遥视单元，遥视单元包括网络IP摄像机、云台、交换机；变电站上位机分别与警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块相连并通过以太网进行信息交互；警卫环境安全模块与门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元相连；视频监控模块与遥视单元相连；警卫环境安全模块控制门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元，模拟量采样下位机对变送器的模拟量进行采样，开关量下位机读取开关设备输入的开关信号，数字量下位机读取数字设备输入的数字量，操作控制下位机对数字设备进行数字量控制、对变送器进行模拟量控制、对开关设备进行开关量控制，视频监控模块对遥视单元采集的数据进行视频分析，一旦发现非法入侵视频监控模块与警卫环境安全模块进行联动，并上传报警信息至电网自动调度系统调度中心；电网自动调度系统调度中心根据专家系统按非法入侵电网应急重组方法进行重组。

如图2所示，某县电网由21座变电站组成，其中500kV变电站1座，220kV变电站2座，110kV变电站18座。变电站控制系统采用分布式架构、上下位机(控制器)协同工作模式，协同工作模式提高了系统处理并发事件的能力；变电站控制系统的功能模块运行在各自专用的下位机平台上，上下位机采用以太网通信方式进行信息交互，上位机与视频监控模块、警卫环境安全模块相连，下位机负责电网参数的采集和控制；分布式架构使系统具有良好的柔性和可维护性，局部故障不会波及其他模块的正常运行，提高了系统的可靠性和可用性。变电站之间铺设SDH自愈式光纤环网，鉴于该县电网的变电站、营业所等业务点大致以局大楼为中心作东西两侧分布，所以光纤环网设计成西环和东环2个独立环网，遵循IEC60044-8、IEC61850-9-1或IEC61850-9-2传输规约；西环的头、尾两端接在局大楼DSC Focus AC1光端机的第一块ADM模块的两个光口上，形成自愈式西网；东环则接在第二块ADM模块上，形成自愈式东网；局大楼光端机共配置三块TEX模块，考虑到图示的简洁明了，图2中仅标注了一块TEX(每块TEX含二块ADM，每块ADM有两个光口)。光纤带宽155Mbps，东、西两环各拥有63个2M口的资源，每个站点分配4～5个2M口不等；60门话路、2/4线E&M远动通道或V.24数字口分配2个2M口，第3个2M口专供无人值守变电站遥视系统的视音频传输，其余2M口留作备份带宽。国电规定：无人值守变电站的远动通道必须遵守一主、一备两通道的高可靠性行业规范；环状结构的光纤网具有与生俱来的自愈功能，正反两个方向的信号传输对应主备两通道，符合电力行业的高可靠性行规。该县的电网自动化调度系统位于局大楼，各变电站由电网自动调度系统统一调度

如图3所示，变电站的视频监控模块、安全系统与电网自动调度系统通过专家系统实施集成。鉴于电力系统高安全、高稳定的行业要求，以及遵守电力运行规程的法定要求，专家系统输出的调度指令当且仅当调度员确认后，才进入执行/修正/放弃流程，因此，图3中的ES输出至电网自动调度系统的反馈用虚线表示；如果规定时间(30秒)内调度员未作响应，则作脱岗事故。无人值守变电站的电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息，经变电站控制系统的上位机、SDH光纤环网至调度中心的电网自动调度系统。专家系统利用电网自动调度系统采集的信息作为分析计算的基础数据，建立电网模型、进行状态估计和潮流计算、得到电网运行的实时工况；面对非法入侵事件，依据电网的实时工况、变电站视频监控模块及安全系统上传的信息，专家系统辅助电网自动调度系统的调度员作出正确的响应：重组电网、提供应急和优化调度。

非法入侵电网应急重组方法为：

1)视频监控模块采用双背景差分法进行非法入侵检测，并与警卫环境安全模块按规则实行联动，向电网自动调度系统调度中心上传报警信息；

2)电网自动调度系统调度中心的专家系统根据各无人值守变电站系统上传的电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息建立电网模型；

3)专家系统根据电网的拓扑及量测情况，对各无人值守变电站系统的上传信息进行过滤评估，得到真正代表电网运行的合理数据；

4)专家系统计算出电网的的基本潮流，并模拟开关分合后电网重构后的潮流情况，根据推理规则：

电网状态空间：A＝|a₁₁，a₁₂，…，a_1k；a_l1，a_l2，…，a_lk

操作条件集：B＝|b₁，b₂，…，b_m

操作事件集：C＝|C₁，C₂，…，C_n

在某状态A_p下，满足条件B_q，则操作事件集C中一些特定事件C_r发生；A_p、B_q、C_r分别是A、B、C的子集；l，k，m，n＝1，2，3......

搜索可行解，实现电网应急重构，确保调度安全。

专家系统进行基于规则的推理，即在问题的求解空间中搜索一个最优或可行解。专家系统的调度规则集列举如下：

规则1平阳变电站发生非法入侵

如果人民医院由平阳变电站西直414线供电

则启动平阳变电站平瑞412线的人民医院供电预案

准备龙头变电站人南514线的人民医院供电预案

如果人民医院由平阳变电站平瑞412线供电

则启动平阳变电站西直414线的人民医院供电预案

准备龙头变电站人南514线的人民医院供电预案

规则2夏桥变电站发生非法入侵

如果晨光集团由夏桥变电站长宁644线供电

则启动肖东变电站裕丰819线的晨光集团供电预案

规则3龙头变电站发生非法入侵

如果龙头消防支队由龙头变电站消西746线供电

则启动万全变电站平南522线的龙头消防支队供电预案

准备肖东变电站消丰514线的龙头消防支队供电预案

如果龙头消防支队由万全变电站平南522线供电

则启动龙头变电站消西746线的龙头消防支队供电预案

准备肖东变电站消丰514线的龙头消防支队供电预案

鉴于医院、消防等部门的供电可靠性是电力行业的重中之重，一般采用三路线接入方案确保供电的高可靠性；主变电站提供两路独立的线路，而备用变电站提供第三条供电线路；发生非法入侵，首先启动主变电站第二条供电线路的供电预案，并通知备用变电站作应急准备，一旦主变电站第一条线路供电中断、主变电站第二条线路立即切入；当且仅当主变电站的两条线路均失效时，再由备用变电站的第三条线路供电。对供电可靠性有特殊要求的工矿企业，一般采用双路供电方案；发生非法入侵，启动备用变电站第二条供电线路的供电预案，一旦主变电站线路供电中断、备用变电站第二条线路立即切入。

如图4所示，视频分析算法包括背景建模(不同更新率的混合高斯模型)、运动目标捡测(双背景差分法)、形态学开闭运算、目标分类4个环节。无人值守变电站的显著特点是变电站内无工作人员，因此发生在无人值守变电站的非法入侵行为有别于其它场所，入侵者呈现出徘徊滞留的明显特征；常用的背景模型使用效果差強人意，双背景差分法在无人值守变电站中却有不错的表现。

视频监控模块采用双背景差分法为：采用高低更新率的混合高斯模型对同一背景分别生成高更新率的背景和低更新率的背景，并根据如下公式生成相应的两张前景二值图：

$P\left(Y_t\right)=\underset{n}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{n,t}\mathrm{\η}(Y_t,{\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)---\left(1\right)$

$\mathrm{\η}(Y_t,{\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{{\left(\frac{Y_t-{\mathrm{\μ}}_{n,t}}{{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中Y_t为时间点；k是高斯模型的数量(一般取3～5个)；ω_n，t为第n个高斯模型权值；μ_n，t和

分别为n个高斯模型的平均值和方差；

如下表所示，双背景差分法的运动目标捡测判据是：如果某一像素的两张二值图都为1，则该像素为运动对象；如果低更新率生成的二值图为1，高更新率为0，则该像素为暂时静止对象；如果高更新率生成的二值图为l，低更新率为0，则为噪声；如果都为0则为背景。

	低更新率(像素点值)	高更新率(像素点值)	可能类型
				1	1	1	运动对象
2	1	0	暂时静止对象
				3	0	1	随机噪声
4	0	0	背景

检测出的运动对象经图像形态学开闭计算处理：先用开运算割开目标和影子，然后再用闭运算使目标图像闭合，填补图像空白。目标分类采用形状匹配方法，基本思想是：通过离线试验获取目标轮廓数据，建立类轮廓模板数据库，将图像分割提取的运动目标轮廓与类轮廓模板数据库的轮廓逐一匹配，依据相似决定目标分类。算法如下：利用形态学分割和二值化提取的目标轮廓，计算组成轮廓所有点以顺时针到图像中心点的距离集合DS＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}，距离信号为Eulidian距离：

按照不同目标的大小比较距离信号，设N为距离信号DS的大小，C为固定的信号长度，对DS进行二次取样和超级采样，计算确定大小的距离信号和标准的距离信号：

将标准的距离信号(A目标物体)与数据库轮廓模型数据Ti，做差得距离Dist_AT：

${\mathrm{Dist}}_{\mathrm{AT}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{{\mathrm{DS}}_A}\left[i\right]-\stackrel{\‾}{{\mathrm{DS}}_T}\left[i\right]$

在轮廓数据库中，当Dist_AT小于标准值时，A目标物体必然在轮廓数据库中与T_i匹配。

如图5、6、7所示，视频监控模块与警卫环境安全模块的联动规则为：

1)红外探测单元测到非法入侵时，警卫环境安全模块将报警信息上传至变电站上位机；

2)遥视单元检测到非法入侵时，视频监控模块将报警信息上传至变电站上位机；

3)变电站上位机辨识非法入侵信息并由Python脚本向警卫环境安全模块、视频监控模块发出信号量状态，启动声、光报警和非法入侵区域视频监控；

4)警卫环境安全模块根据信号量状态，控制门禁单元关闭报警地点周边所有通道门、照明单元开启相关通道照明、语音广播单元通知相关安保人员到达报警地点处理报警事件；

5)视频监控模块根据信号量状态，通过遥视单元控制报警地点云台转动实现网络IP摄像机对报警地点的启动临时录像、重要图片上传非法入侵应急操作，并通过交换机现场报警信息发送给变电站相关领导或负责人。变电站的上位机协调视频监控模块与警卫环境安全模块的联动，采用Python脚本建立联动规则，客户可根据需求修改规则，以适应多变的联动要求。现以红外探测非法入侵为例论述该联动机制和流程：当红外探测器探测到非法入侵时，警卫环境安全模块将非法入侵上传至上位机，由Python脚本判断信号量状态，并根据预定义的联动规则判断是否需要联动、如何联动；如满足联动规则，则通过调用通用函数库中接口函数实现声、光报警并启动视频监控软件，把该信号量对应的摄像机编号、联动控制信息传至视频监控软件，视频监控软件根据已定义的位置点转动云台/镜头对焦、启动临时录像、定时关闭视频/录像、重要图片上传等；系统也可通过短信手段将现场报警信息发送给变电站相关领导或负责人。对应实例的Python代码如下：

(1)宿主程序：

(2)公共流程控制函数库：

(3)IronPython脚本：

PythonEngine scriptEngine＝new PythonEngine()语句用来创建DLR(动态语言运行时)运行环境，其中通过ScriptScope构建执行上下文，其中保存了环境及全局变量，宿主(Host)通过创建不同的ScriptScope来提供多个数据隔离的执行上下文。

scriptEngine.DefaultModule.Globals[″EventId″]＝m_EventId语句采用ScriptScope在Host和ScriptRuntime间传递数据。提供宿主(Host)与DLR对象成员的互操作接口。scriptEngine.Execute(txtScript.Text)语句编译并执行动态脚本。脚本引擎将源代码编译成CompiledCode，多次执行无需重复编译，从而提高了软件整体执行性能。通用函数库是外设控制通用接口，该库主要包括视频操作(VideoAct)、短信操作(SendSms)、门禁操作(AccessControlAct)、安防(SecurityAct)操作等接口，通过这些接口实现系统对外设的控制。

本发明视频监控模块与警卫环境安全模块配置的部分器材型号如下：

1.门禁：采用Philips的非接触智能IC卡Mifare 1卡，以M1卡序列号SN(全球唯一)作为用户特征码；

2.彩色室内快球摄像机型号：WS918-LB；彩色室外快球摄像机型号：WS923-III-WB；彩色一体化中速球摄像机型号：TCL-2893C；

3.双鉴探测器(11M*12M)型号：DT700；

4.云台型号：WEBCAM-301；

5.电子围栏型号：BIP200电子围栏。

视频监控模块主要由网络IP摄像机、云台、交换机、变电站控制系统的上位机、视频和应用服务器、网络视频录像机、Web浏览器和监控插件等设备组成。所谓云台就是两个交流电机组成的安装平台，可以水平和垂直的运动，调度中心在远程就可控制电机转动以及移动的方向。系统主要完成以下功能：基于Web的多用户同时浏览，并通过设置用户权限实现管理。图7中的两个局域网物理上是一个SDH光纤网，采用两个逻辑网描述的目的是清晰明了的表征数据的流向。

Claims (4)

1.一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统，其特征在于包括电网自动调度系统调度中心和多个无人值守变电站，电网自动调度系统调度中心与多个无人值守变电站之间铺设遵循IEC61850传输规约的SDH自愈式光纤环网，由电网自动调度系统调度中心统一调度；无人值守变电站采用分布式架构、上下位机协同工作模式，各无人值守变电站向电网自动调度系统调度中心上传电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息，电网自动调度系统调度中心依据各无人值守变电站上传信息、借助专家系统进行调度；无人值守变电站包括变电站上位机、警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块、门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元、遥视单元，遥视单元包括网络IP摄像机、云台、交换机；变电站上位机分别与警卫环境安全模块、模拟量采样下位机、开关量下位机、数字量下位机、操作控制下位机、保护控制下位机、视频监控模块相连并通过以太网进行信息交互；警卫环境安全模块与门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元相连；视频监控模块与遥视单元相连；警卫环境安全模块控制门禁单元、照明单元、语音广播单元、红外探测单元，模拟量采样下位机对变送器的模拟量进行采样，开关量下位机读取开关设备输入的开关信号，数字量下位机读取数字设备输入的数字量，操作控制下位机对数字设备进行数字量控制、对变送器进行模拟量控制、对开关设备进行开关量控制，视频监控模块对遥视单元采集的数据进行视频分析，一旦发现非法入侵视频监控模块与警卫环境安全模块进行联动，并上传报警信息至电网自动调度系统调度中心；电网自动调度系统调度中心根据专家系统按非法入侵电网应急重组方法进行重组。

2.根据权利要求1所述的一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统，其特征在于所述的非法入侵电网应急重组方法为：

1）视频监控模块采用双背景差分法进行非法入侵检测，并与警卫环境安全模块按规则实行联动,向电网自动调度系统调度中心上传报警信息；

2）电网自动调度系统调度中心的专家系统根据各无人值守变电站系统上传的电网参数、电站设备状态、遥视及安全系统的信息建立电网模型；

3）专家系统根据电网的拓扑及量测情况，对各无人值守变电站系统的上传信息进行过滤评估，得到真正代表电网运行的合理数据；

4）专家系统计算出电网的基本潮流，并模拟开关分合后电网重构后的潮流情况，根据推理规则：

电网状态空间：A＝|a₁₁,a₁₂,…,a_1k;a_l1,a_l2,…,a_lk

操作条件集：B＝|b₁,b₂,…,b_m

操作事件集：C＝|C₁,C₂,…,C_n

在某状态A_p下，满足条件B_q，则操作事件集C中一些特定事件C_r发生；A_p、B_q、C_r分别是A、B、C的子集；l,k,m,n=1,2,3……

搜索可行解，实现电网应急重构，确保调度安全。

3.根据权利要求2所述的一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统，其特征在于所述的视频监控模块采用双背景差分法为：采用高低更新率的混合高斯模型对同一背景分别生成高更新率的背景和低更新率的背景，并根据如下公式生成相应的两张前景二值图：

$P\left(Y_t\right)=\underset{n}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{n,t}\mathrm{\η}(Y_t{,\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)$      （1）

$\mathrm{\η}(Y_t,{\mathrm{\μ}}_{n,t},{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{\frac{{(Y_t-{\mathrm{\μ}}_{n,t})}^2}{{\mathrm{\σ}}_{n,t}^2}}$      （2）

其中Y_t为时间点；k是高斯模型的数量，取3～5个；ω_n,t为第n个高斯模型权值；μ_n,t和

分别为n个高斯模型的平均值和方差；

双背景差分法的运动目标检测判据是：如果某一像素的两张二值图都为1，则该像素为运动对象；如果低更新率生成的二值图为1，高更新率为0，则该像素为暂时静止对象；如果高更新率生成的二值图为l，低更新率为0，则为噪声；如果都为0则为背景。

4.根据权利要求2所述的一种智能无人值守变电站的电网自动调度系统，其特征在于所述的视频监控模块与警卫环境安全模块的联动规则为：

1）红外探测单元测到非法入侵时，警卫环境安全模块将报警信息上传至变电站上位机；

2）遥视单元检测到非法入侵时，视频监控模块将报警信息上传至变电站上位机；

3）变电站上位机辨识非法入侵信息并由Python脚本向警卫环境安全模块、视频监控模块发出信号量状态，启动声、光报警和非法入侵区域视频监控；

4）警卫环境安全模块根据信号量状态，控制门禁单元关闭报警地点周边所有通道门、照明单元开启相关通道照明、语音广播单元通知相关安保人员到达报警地点处理报警事件；

5）视频监控模块根据信号量状态，通过遥视单元控制报警地点云台转动实现网络IP摄像机对报警地点的启动临时录像、重要图片上传非法入侵应急操作，并通过交换机现场报警信息发送给变电站相关领导或负责人。

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