基于多源信息融合的設備動作狀態(tài)自動識別方法的研究

裴玉龍， 章立宗， 劉永新， 許偉國， 阮黎翔

（1.南瑞集團公司（國網電力科學研究院），南京 211106；2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106; 3.國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000；4.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

基于多源信息融合的設備動作狀態(tài)自動識別方法的研究

裴玉龍1，2， 章立宗3， 劉永新3， 許偉國3， 阮黎翔4

（1.南瑞集團公司（國網電力科學研究院），南京 211106；2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106; 3.國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000；4.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

提出了一種基于多源信息融合技術對變電站高壓斷路器等設備的動作狀態(tài)進行多層次自動識別的方法。首先介紹當前對高壓斷路器等設備的動作狀態(tài)進行識別的方法，分別指出各方法的優(yōu)缺點，在此基礎上提出了針對高壓斷路器等設備進行多源信息融合技術的自動識別方法，即采用監(jiān)控系統(tǒng)遠程識別、巡檢機器人的紅外識別和視頻監(jiān)控聯(lián)動識別的融合技術，量化高壓斷路器等設備的識別結果，并采用量化指標的匹配技術，實現(xiàn)3種方法對高壓斷路器等設備動作狀態(tài)的聯(lián)動識別，增強識別結果的準確性。實驗結果表明，基于多源信息融合的變電站高壓斷路器等設備動作狀態(tài)自動識別方法可有效、準確地識別變電站內設備的動作狀態(tài)。

斷路器；監(jiān)控系統(tǒng)；機器人；視頻；多源信息

0 引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大及其復雜程度的不斷提高，電網的安全運行面臨著嚴峻考驗。變電站中斷路器、刀閘等一次設備是其中的關鍵設備，而無人值班變電站的推廣運行，對高壓斷路器等設備的穩(wěn)定運行要求也越來越高。當前，變電站運維人員對高壓斷路器等設備的操作結果一般都是通過監(jiān)控后臺[1-2]操作界面唯一確認，并不能完全保證結果的正確性，而一旦確認錯誤將會對電網安全帶來不可估量的損失。

采用多源信息融合技術[3]，構建高壓斷路器等設備操作結果的多源確認架構和多源確認體系，引入監(jiān)控系統(tǒng)的遠程識別、智能巡檢機器人[4-5]的紅外識別和視頻監(jiān)控[6]識別的聯(lián)動方法，量化高壓斷路器等設備的識別結果，并采用相應的匹配技術，對高壓斷路器等設備的操作結果進行多源識別，提高對高壓斷路器等設備操作結果鑒定的準確性。

1 變電站設備動作狀態(tài)識別方法

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的遠程識別

監(jiān)控系統(tǒng)對智能變電站高壓斷路器等設備的遠程操作，均是采用IEC 61850通信方式，以遙信下發(fā)的形式通過測控裝置、智能終端進行遠方操作，并通過遙信返回值判斷高壓斷路器等設備的操作結果，如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)操作模式

上述操作模式存在一定隱患，例如：對于采用程序化控制操作模式的變電站，有可能出現(xiàn)斷路器或刀閘還沒有完全合到位，但監(jiān)控系統(tǒng)就收到合成功的信號，程序化控制提前執(zhí)行下一步操作的現(xiàn)象，最終將導致對設備的誤操作。所以，必須對變電站高壓斷路器等設備的操作結果進行多源確認，才能提高設備操作結果確認的準確性，降低故障發(fā)生相關率。

1.2 巡檢機器人的現(xiàn)場識別

變電站智能巡檢機器人[7-9]基于GPS自主導航、室外全天候移動平臺，并集成可見光、紅外測溫等傳感器，可實現(xiàn)對設備的熱缺陷、分合狀態(tài)、外觀異常的判斷。

當前，智能巡檢機器人并沒有實現(xiàn)與SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，而是采用獨立運行系統(tǒng)，運行模式如圖2所示，巡檢機器人集成GPS導航功能，通過最優(yōu)路徑的規(guī)劃設定和雙向行走，行駛至指定地點并鎖定觀測目標，通過在線紅外熱像儀監(jiān)測高壓斷路器等設備的熱缺陷，識別高壓斷路器等設備的運行狀態(tài)，并將熱像儀圖像傳給智能巡檢機器人系統(tǒng)。上述系統(tǒng)中運維人員只能通過智能巡檢機器人系統(tǒng)查看對高壓斷路器等設備的操作結果，沒有形成智能巡檢機器人系統(tǒng)與SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的互動。

圖2 巡檢機器人運行模式

因此，提出了智能巡檢機器人與SCADA監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動的方法，即通過智能巡檢機器人的分析系統(tǒng)來診斷高壓斷路器等設備的動作狀態(tài)，并量化高壓斷路器等設備的操作結果，為SCADA監(jiān)控系統(tǒng)對高壓斷路器等設備操作結果的進一步分析提供數(shù)據(jù)支撐。

1.3 視頻監(jiān)控的自動識別

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為智能變電站的重要組成部分，具有非常重要的作用，視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他輔助系統(tǒng)的結合較為緊密，如門禁系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)視變電站的運行環(huán)境。

當前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中也屬于獨立系統(tǒng)，運行模式如圖3所示，通過攝像頭捕捉高壓斷路器等操作對象的動作狀態(tài)，運維人員在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)視高壓斷路器等設備的操作結果，上述系統(tǒng)依然沒有形成視頻監(jiān)控系統(tǒng)與SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的互動。

因此，提出視頻監(jiān)控系統(tǒng)與SCADA監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動的方法，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像模式識別技術[10]來診斷高壓斷路器等設備的動作狀態(tài)，量化高壓斷路器等設備的操作結果，為SCADA監(jiān)控系統(tǒng)對高壓斷路器等設備操作結果的進一步分析提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行模式

2 多源信息融合方法

多源信息融合方法是將SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢機器人系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，構建成一體化平臺，通過一體化平臺中3個系統(tǒng)的聯(lián)動，采用設備操作圖像模式識別的方法和量化指標匹配技術，實現(xiàn)對高壓斷路器等設備操作結果的多源確認。多源信息融合方法的技術架構如圖4所示。

圖4 多源信息融合技術架構

在一體化平臺中安裝數(shù)據(jù)庫，用于保存SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢機器人系統(tǒng)對高壓斷路器等設備量化處理后的識別結果，并采用接口訪問的方式實現(xiàn)系統(tǒng)間信息交互。SCADA監(jiān)控系統(tǒng)采用MMS網和GOOSE網對斷路器、隔離開關等設備進行操作，并以接口信息傳輸?shù)姆绞教峁┎僮鲗ο笮畔ⅲ曨l監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢機器人系統(tǒng)通過訪問接口獲取操作對象信息，并通過自身的定位系統(tǒng)鎖定操作對象，分別通過模式識別和紅外熱像儀技術來判斷操作對象的動作狀態(tài)，量化操作對象的動作結果，并將量化結果保存到本地數(shù)據(jù)庫中。一體化平臺通過訪問數(shù)據(jù)庫，采集3種量化結果，通過量化結果的匹配技術實現(xiàn)對操作結果的多源確認。

3 多源信息融合方法的實現(xiàn)

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢機器人系統(tǒng)并不是互相獨立運行，而是采用接口訪問的方式在彼此之間接收并傳出操作對象的結果信息，一體化平臺對高壓斷路器等設備進行遠方操作的流程如圖5所示。

圖5 操作對象監(jiān)視流程

多源信息融合方法的操作流程如下：

（1）SCADA監(jiān)控系統(tǒng)通過遙信下發(fā)的方式對高壓斷路器等設備進行遠方操作，并將操作對象信息以接口傳輸?shù)姆绞酵ㄖ曨l監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢機器人系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)收到的信息判斷操作對象的位置，并指定最近的攝像頭進行監(jiān)視，同時智能巡檢機器人被指定觀測目標后，根據(jù)自主GPS導航系統(tǒng)計算最佳行駛路線，利用紅外熱像儀對操作對象進行監(jiān)視。

（2）SCADA監(jiān)控系統(tǒng)對高壓斷路器進行遠方操作，高壓斷路器動作后，監(jiān)控系統(tǒng)收到遙信返回結果。視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用圖像模式識別技術判斷高壓斷路器等設備的動作結果，對動作結果進行量化處理，并返回至一體化監(jiān)控平臺。智能巡檢機器人采用紅外熱像識別技術來識別高壓斷路器等設備的動作結果，同樣對動作結果進行量化處理，將結果返回至一體化監(jiān)控平臺，一體化平臺將識別結果保存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

（3）一體化平臺通過訪問本地數(shù)據(jù)庫獲取系統(tǒng)對高壓斷路器等設備的設別結果，并采用量化匹配技術對操作結果進行識別，如果匹配成功，說明對高壓斷路器等設備的操作成功，否則認為操作失敗。

以變電站高壓斷路器為操作對象，對一體化平臺的匹配功能進行驗證，驗證結果如表1所示。

表1 多源信息融合驗證

由表1可知，只有SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢機器人系統(tǒng)三者的量化結果一致，匹配才能成功，否則認為匹配失敗，如果是程序化控制操作，則操作立即停止，系統(tǒng)判斷操作失敗。變電站一體化平臺采用多源信息融合技術實現(xiàn)了SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢機器人系統(tǒng)的互動，提高了對變電站高壓斷路器等設備操作的安全性。

4 結語

運用多源信息融合的技術對變電站高壓斷路器等設備操作狀態(tài)進行自動識別，即將SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢機器人系統(tǒng)集成于一體化平臺，通過SCADA監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)和巡檢機器人系統(tǒng)的協(xié)同互動，多判據(jù)識別高壓斷路器等設備的動作，進一步保證了操作結果的正確性。實驗表明，該方法可有效、準確地判定高壓斷路器等設備操作結果的正確性。

目前，多源信息融合技術在變電站中還未廣泛應用，但可為監(jiān)控設備廠家提供參考。

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（本文編輯：趙曉明）

Study of Automatic Identification Method of Equipment Action State Based on Multi-source Information Fusion

PEI Yulong1，2，ZHANG Lizong3，LIU Yongxin3，XU Weiguo3，RUAN Lixiang4
（1.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 211106，China；2.NARI Technology Development Limited Company，Nanjing 211106，China；3.State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China；4.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces an automatic identification method of substation high voltage breakers and other equipment action state based on multi-source information fusion.Firstly，the paper introduces the current automatic identification methods and expounds advantages and disadvantages of each method；besides，it proposes an automatic action state identification method of substation high voltage breakers and other equipment based on multi-source information fusion，namely a fusion technology of monitoring system based remote identification，infrared identification of inspection robot as well as video and monitoring linked identification to quantize the identification result of high voltage breakers.Through quantification index matching technique, the linked high voltage breaker action state identification by the three methods is implemented to enhance identification accuracy.The experiment result shows that the multi-source information fusion based method can effectively and accurately identify the action state of substation high voltage breakers and other equipment.

breaker；monitoring system；robot；video；multi-source information

TM764.1

B

1007-1881（2016）10-0065-04

2016-07-04

裴玉龍（1984），男，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化及智能化變電站。