CN201504290U - 变电站智能视频控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变电站智能视频控制装置，由GOOSE网交换机、嵌入式一体化工作站及视频控制器构成，嵌入式一体化工作站包含一块PCI类型的光纤接口以太网卡、带主板集成网卡的CPU处理系统，GOOSE网交换机经以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤以太网卡通过PCL总线与CPU处理系统相连，主板集成网卡通过以太网口输出控制信号至视频控制器。本实用新型不依赖于综自系统而独立完成了变电站二次系统与视频控制系统的联动功能。实现了保护系统与视频控制系统之间的联动，直接从数字化变电站的网络层捕获并解析GOOSE报文，在不依赖于变电站综自系统的转发的情况下，独立完成联动功能，实现了与数字化变电站的高度融合。

Description

变电站智能视频控制装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统变电站视频系统控制，尤其是涉及一种数字化变电站的保护与视频系统联动的智能视频控制装置。

背景技术

变电站遥视系统(Remote Video Surveillance System for Substation，RVSS)可把变电站各类设备运行状况的实时图像送到远方控制中心，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，为事故分析提供第一手资料。因此，RVSS已经成为无人、甚至有人值班变电站必备的建设项目。

安装在变电站的遥视系统设备包括摄像机、各类探头/对射、报警控制器、视频处理单元(Remote Video Unit，RVU)等，其结构如图1所示。遥视系统完成以下功能：实时图像监控/录像、摄像机控制、事故报警，接受远方操控等。RVU是其中的核心设备，通常为专用的视频服务器。它完成站内所有视音频信号及消防、防盗、门禁、照明等控制器信息的转换、处理、编码、存储和上传；同时接收控制命令对站内所有可控对象进行操控。

与变电站综合自动化系统的联动是RVSS的一项重要应用。它要求RVSS能够获取并解析综自系统的“四遥”信息，当发生遥信变位、事故告警等事件后，能快速驱动摄像机转向相关的一二次设备并进行记录。如何获取“四遥”信息并建立它们与摄像机的对应关系则是实现该项功能的关键。以往，由于变电站内各系统相互独立，RVSS只能借助综自系统的通信管理机或者监控主机转发“四遥”信息。这不免带来了不少工作量且增加了原有系统的复杂性，因而难以得到综自厂商的全力配合，导致RVSS获取信息的完整性、实时性得不到保证，联动的效果受到了限制。

数字化变电站中绝大多数自动化功能都以通信方式实施，而站内各系统的融合与集成应用又是其内在诉求。这就给重新设计RVSS的联动功能带来了新的技术条件与现实需要。

面向通用对象的变电站事件(GOOSE)是数字化变电站中最重要的一类通信服务：一次设备的操控，二次设备的闭锁、联动等都是由GOOSE通信实现的。变电站遥视系统(RVSS)在电力系统各电压等级的变电站中获得的广泛的应用，目前发展的趋势要求其动作行为更加智能化。数字化变电站技术的出现为RVSS的智能化发展提供了更加便利的条件。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能在电力系统数字化变电站中实现保护设备与视频系统联动控制的装置。

本实用新型技术方案为：由GOOSE网交换机、嵌入式一体化工作站及视频控制器构成，嵌入式一体化工作站包含一块PCI类型的光纤接口以太网卡、带主板集成网卡的CPU处理系统，GOOSE网交换机经以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤以太网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，主板集成网卡通过以太网口输出控制信号至视频控制器。

本实用新型还配备有通信服务器，CPU处理系统通过其串行通讯口与通信服务器进行通讯。

本实用新型所述CPU处理系统的操作系统采用Windows XP，工作站尺寸为4U 19″标准机箱，采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式；工作站内置14槽嵌入式工业级标准底板，总线类型为PICMG1.0PCI/ISA总线标准；处理器为Pentium 4处理器；系统芯片集：Intel 865GV芯片组；系统内存包括两条184Pin脚双通道DDR DIMM插槽，最大支持2GB。

本实用新型可根据保护动作信息进行视频系统联动控制，适用于数字化变电站，运用数字化变电站中最重要的一类通信服务一面向通用对象的变电站事件(GOOSE)，不依赖于综自系统而独立完成了变电站二次系统与视频控制系统的联动功能。它具备以下优点：1.实现了保护系统与视频控制系统之间的联动，这在以往的视频系统中是无法完成该项功能的，保护和视频的联动使得在数字化变电站中当保护设备动作以后，运行人员可以在第一时间查看到已动作的保护装置的动作情况，或通过录像查看该信息；2.直接从数字化变电站的网络层(站控层、过程层或单独的GOOSE网络)捕获并解析GOOSE报文，在不依赖于变电站综自系统的转发的情况下，独立完成了更智能、更实时，更复杂的联动功能，实现了与数字化变电站的高度融合。

附图说明

图1为传统的变电站遥视系统设备结构图；

图2为本实用新型智能视频控制装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实施例由GOOSE网交换机、嵌入式一体化工作站、通信服务器及视频控制器构成。嵌入式一体化工作站包含一块PCI类型的光纤接口以太网卡、带主板集成网卡的CPU处理系统，操作系统采用Windows XP。工作站尺寸为4U 19″标准机箱，采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式；工作站内置14槽嵌入式工业级标准底板，总线类型为PICMG1.0PCI/ISA总线标准；处理器为Pentium 4处理器；系统芯片集：Intel 865GV芯片组；系统内存：两条184Pin脚双通道DDR DIMM插槽，最大支持2GB。GOOSE网交换机经100Mbps以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤以太网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，CPU处理系统通过其串行通讯口与通信服务器进行通讯，主板集成网卡通过以太网口输出控制信号至视频控制器。

本实用新型工作原理及实现智能视频控制功能包括以下步骤：

一、建立映射关系

本环节建立各摄像机的编号(cameraID)及各预置位(cameraPreset，包括方位、观察角度和焦距等)与代表GOOSE事件内容的GOOSE变量列表成员(allData)之间的映射关系。

建立摄像机的编号/各预置位与变量列表成员的映射关系需要变电站的摄像机安装配置信息和系统配置描述(System Configuration Description，SCD)文件。

第一步：根据摄像机与被控或关联二次设备的对应关系，建立各摄像机的编号/各预置位与系统配置描述文件中物理设备名称的对应。

第二步：遍历系统配置描述文件，在各智能电子设备元素中找出通用变电站事件控制块(GSEControl)并记录其唯一的应用标识(appID)。由于GSEControl和其采用的数据集(datSet)一定属于同一个IED，而变量列表成员是数据集在制造报文规范(MMS)中的实现。因此，变量列表成员与IED name的对应可以由应用标识与IED name的对应来反映。

第三步，由cameraID/cameraPreset与IED name、allData与IED name的对应，建立cameraID/cameraPreset与allData之间的映射关系，并最终形成配置文件GSE.ini，用于实现GOOSE联动的通信服务器(后文简称GCS)则通过加载该文件获知映射关系。

二、捕获GOOSE报文

从数字化变电站的过程层、间隔层网络或独立GOOSE网络上捕获并解析GOOSE报文。

为了减少组帧、传输及解析的时间，GOOSE报文直接从应用/表示层映射到数据链路层；但RVU和GCS大多为基于Win32平台的工控机，默认通过完整的TCP/IP协议栈对外通信，应用层以下各层并不向用户开放。这就需要设法绕开操作系统的协议栈，以使RVU和GCS上的应用程序能够直接从数据链路层上获取GOOSE报文。

WinPcap(Windows Packet capture)是Win32平台上的免费开发工具，它的基本功能是为应用程序提供访问协议栈底层的能力，如捕获/发送链路层上的数据帧、包过滤、网络负荷监控等。WinPcap由一个内核级模块、二个用户级模块组成，在本环节中利用WinPcap提供的工具和函数完成GOOSE报文捕获任务。

三、解析GOOSE报文

当发现GOOSE事件更新后，根据已建立的映射关系，找到与该GOOSE报文中allData对应的cameraID/cameraPreset以及cameraID对应的视频通道号(displayCH)。

实现RVSS与GOOSE的联动并不需要完整解析GOOSE报文，只需要获知报文中的appID、状态号(StNum)、顺序号(SqNum)、测试(Test)和存活时间(TAL)等控制块参数。

第一步，根据从header中得到的数据包长度，从pkt_data中拷贝出报文；同时判断第17/18字节是否为0x88B8，即复核报文是否为GOOSE报文。

第二步，根据抽象语法记法(ASN.1)及其基本编码规则(BER)、IEC 61850标准规定的编码标记(Tag)及数据类型解码下列参数：TAL(Tag等于81，无符号整型)、appID(Tag等于83，字符串)、StNum(Tag等于85，无符号整型)、SqNum(Tag等于86，无符号整型)、Test(Tag等于87，布尔型)。

第三步，根据上述参数，依次做出如下判断：是否为测试报文、是否为新事件、StNum是否正确、SqNum是否正确、传输是否超时，继而对报文采取不同的处理方法：

1)如果是有效的新事件(非测试，StNum加1、复归或首次获得，SqNum等于1，未超时)，则将appID作为参数去调用摄像机/预置位查找函数GSE_GetCamera，通知其GOOSE事件更新。再由GSE_GetCamera根据映射关系找到与appID对应的cameraID/cameraPreset，并据此调用摄像机控制函数和视频输出控制函数，最终实现GOOSE联动。

2)如果是StNum和SqNum正确的重传、超时或测试报文，只更新记录SqNum的变量和比对TAL的变量，不调用GSE_GetCamera，并将该报文作为反映通信和设备状态的事件记录。

3)如果是StNum或SqNum出错，记录出错值，并根据下一帧具有同一appID的GOOSE报文中的StNum或SqNum决定是重新开始计数还是丢弃出错报文。

四、驱动视频系统动作

在本环节根据cameraID/cameraPreset和displayCH控制特定摄像机转向特定预置位，打开照明(夜间)、启动录像、切换视频通道以及报警等。

五、保护与视频系统联动实现方法

在以上四个步骤均可以GOOSE联动中间件的形式在RVU中实现，GOOSE联动中间件作为一个进程运行在RVU上，它通过调用动态链接库(DLL)或者软件开发工具包(SDK)接口访问RVU上的RVSS应用程序：将cameraID/cameraPreset传给摄像机控制函数，由其完成摄像机的定位和启动录像；将displayCH传给视频输出控制函数，由其完成上传视频通道的切换(由于E1信道带宽有限，同一时刻只能上传1-2个通道的视频)。

以中间件的方式实现GOOSE联动不需要增加硬件设备，只要求RVU开放编程接口并提供一个以太网通信口。

如果不具备上述条件(如不允许改动RVU)，则可采用第二种方法，即增加一台专门用于实现GOOSE联动的通信服务器(GCS)，在依次完成三个环节后，GCS采用类似监控中心远程监控的方法完成最后一个环节：按照RVSS的远传协议，通过网络向RVU发出摄像机定位、录像和视频通道切换等控制命令。这与监控中心远程监控的区别在于：前者由GOOSE更新事件自动触发，后者由远方监控人员手动触发。

第二种方法不需要改动RVU，与原有RVSS的耦合度小，但需要在变电站端配备一台GCS。

两种联动方法的实施过程基本一致(仅最后一个环节不同)、技术难度相当，采用哪种方案可根据RVSS的配置、开放程度等实际情况做出选择。

Claims (3)

1.一种变电站智能视频控制装置，其特征在于：由GOOSE网交换机、嵌入式一体化工作站及视频控制器构成，嵌入式一体化工作站包含一块PCI类型的光纤接口以太网卡、带主板集成网卡的CPU处理系统，GOOSE网交换机经以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤以太网卡通过PCL总线与CPU处理系统相连，主板集成网卡通过以太网口输出控制信号至视频控制器。

2.根据权利要求1所述的变电站智能视频控制装置，其特征在于：配备有通信服务器，CPU处理系统通过其串行通讯口与通信服务器进行通讯。

3.根据权利要求1或2所述的变电站智能视频控制装置，其特征在于：CPU处理系统的操作系统采用Windows XP，工作站尺寸为4U 19″标准机箱，采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式；工作站内置14槽嵌入式工业级标准底板，总线类型为PICMG1.0PCI/ISA总线标准；处理器为Pentium 4处理器；系统芯片集：Intel 865GV芯片组；系统内存包括两条184Pin脚双通道DDR DIMM插槽，最大支持2GB。

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