电力系统自动化论文.pdf

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1、 本文由n i u _n i u l o v e 贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。分散控制的多机系统 分散控制的多机系统 摘 要 一种新的用来处理多机电力系统的暂态稳定的分散式动态输出反馈控制器被提了出来。该 分布式控制策略运用局部滑模观测器来估计每台机器的状态，各级控制器的反馈增益矩阵由求 解两个线性矩阵不等式获得。此为，局部的滑模观测器之间能够再现子系统间的未知互连。有 效的结果证明了所提出的三机仿真电力系统控制策略。命名解读 第 i 个机器的角速度，d e g r e e 第 i 个机器的相对速度，r a d/se c 同步

2、机的速度，r a d/s e c 阻尼系数，p.u.第 i 个机器的惯性系数，s e c 第 i 个机器的调节系数，p.u.移走物理总线后的第 i 行和第 j 列的在内部节点矩阵列元素，p.u.第 i 个机器的控制输入功率 常量，如果第 i 个机器和第 i 个机器有交点，0 或 1 第 i 个机器的机械功率，p.u.第 i 个机器调速器的时间常数 第 i 个机器涡轮的时间常数 第 i 个机器的蒸汽阀门开度，p.u.第 i 个机器的调速器增益 第 i 个机器的涡轮增益 第 i 个机器的内部瞬态电压，p.u.1/12 分散控制的多机系统 第 j 个机器的内部瞬态电压，p.u.涡轮机的功率所产生测量

3、断面的中间压力 1.导言 最近提出的多机电力系统分散控制策略可分为分散式涡轮机/调速器控制策略1，2和分散 式激励控制策略3，4。在3，5，6中，使用非线性控制技术来提高电力系统的暂态稳定 性。然而，这些非线性控制器具有非常复杂的构思，使得它们比在1，2，710使用的线性 控制更难实现。在8中，使用线性矩阵不等式（LMIs）建立鲁棒分散涡轮机/调速器控制策略，然而，在10中，LMIs 被用来建立分散式激励控制策略。在7中，分散涡轮机/调速器控制器的 反馈增益矩阵是通过求解以机器参数的边界为基础的代数Ri c a t t i 方程获得的。所有上述讨论策略 的主要缺点是，它们需要控制器实时的提供子

4、系统的状态。然而，这对多机电力系统是不能保 证的。为了缓和这种限制，Ji a n g,，Wu 和 We n 11根据激励控制的分散式输出反馈控制器提出 了高增益观测。对于涡轮机/调速器控制，Ja i n 和 Kh o r r a m i 12提出了分散式输出反馈非线性 控制器。我们知道，目前还没有针对涡轮机/调速器控制策略的分散式输出反馈线性控制器。在这一节中，我们提出一种新的分散式动态输出反馈涡轮机/调速器线性控制器，以稳定多 机电力系统的故障和干扰。我们通过求解两个LMIs 来获得每一个局部控制器的反馈增益矩阵。局部滑模观测器被用来估计使控制器实现的子系统状态。与鲁棒观测和高增益观测相比较

5、，滑 模观测器具有能够重现子系统之间的未知互连。2.多机电力系统建模 我们认为一个多机电力系统包含有N个互连的涡轮机/调速器控制机器。这个含有N个机器 的动态电力系统的各个组成部分在5，7，8，13和14中可以找到。用 来表示每一个机器的状态变量。于是，第i 个机器的动力学，i=1,N，可表示为（1）（2）而且 ，2/12 分散控制的多机系统 ，以及 当 且 考虑到接下来的分散式状态反馈控制器，是一个工作点而且 是反馈增益矩阵p a g e 1。使（3）表示平衡 输入 与式（1）一致时的平衡态。由（3）式可知，平衡态 满足下面的代数方程，。为了探究由（3）式推出的电力系统（1）和 （2）的稳定

6、性，我们认为这是一个扰动系统的平衡态。使 且 表示 与它们的平衡值之间的偏差，即 ，于是，第i 个扰动系统的动态值可表示为（4）（5）。然后，我们可得 满足下面的二次约束,（6）且 是已知的正常数，是已知的关联矩阵。再引出（6）式时，我们使用了（8）式的一些方法。使得互联的机器的。且=1。应用标准三角恒等式，可以得到 （7）且 和 3/12 分散控制的多机系统 （8）由于 且 ，于是（8）式可表示为 ，j 然后，使得 ，且 。然后，（7）式可写为 ，因此可得，（9）且 。（5）由 式可得，是有上界的。因此我们有，由不等式 可知，（9）式可写为 （10）还可得 且 （11）使得，且有以下定义 于

7、是我们可以把 表达为 ，且有 ，且 ，i=2,.,N （12）因此，（10）式可表达为 4/12 分散控制的多机系统 （13）使得 且 （14）于是，有（15）p a g e 2 因此，由（13）（15）式可得 且 满足式（6）。在这一章，控制目标是建立一个形式为 分散式动态输出反馈控制器而不 是分散式状态反馈控制器（3）来稳定多机电力系统的故障和干扰且 是状态向量 的估量。3.局部滑模观测器设计 在本节中，我们考虑广义版本系统模型的局部观测器的设计（1）和（2），（16）（17）且 和。未知输入 满足，0 且 k k 是标准的欧几里得范数。由（15）可知，局部滑模观测器可用于描述系统构造（1

8、6）和（17）,如果（18）且（，）是系统模型的系统零点，落在开放的左边复平面，即（19）很容易证明多机电力系统模型（1）和（2）满足这两个条件。第 i 个子系统构造的局部滑模观测器有以下形式，5/12 分散控制的多机系统 （20）且 是正设计参数，和 是矩阵满足（21）和（22）而且满足对称的正定矩阵 式（15）中给出的矩阵 和。由（16）式可知，收敛于 且。的计算方法满足（21）式和（22）式。对于闭环系统的 稳定性分析，我们需要式（15）中给出的证明。引理：使得，于是有。4.动态输出反馈控制器的分散建立 在这一节中，我们为广义计算器（16）和（17）构造一个形式为 的分散式 动态反馈控制

9、器。反馈增益 由求解线性矩阵不等式获得。然后来分析分散式动态输出反馈控 制器的闭环系统的稳定性。接下来，考虑下列广义版本的扰动系统建模（4）及（5），（23）（24）当 i=2,.,N 时，我们可以用一下紧凑的结构来代替包含（23）和（24）的总体系统，（25）（26）式中 是对角分块矩阵，满足下面的二次约束（27）6/12 ，和 分散控制的多机系统 使得 且 。控制器 有以下形式（28）使得 和 ，是正定对称的且，且，在上一节中已经定义了。评估解 考虑候选的李雅普诺夫函数 决（25）式的时间倒数 V，我们有 利用不等式 且 a 和 b 是任意矢量，我们有 且 。于是有以下结论（29）和 （3

10、0）且。如果 和 都是负数，我们有，这就意味着闭环系统趋于稳定。在p a g e 3接下 和 使得，然后再来分 来的小节里，我们首先利用类似于(8)和(18)的 LMIs 导出矩阵 析闭环系统的稳定性。A.反馈增益矩阵的选取 由式（30）的 可知存在 和 使得 且 （31）另一方面，由（27）式可得 于是，如果存在一些 使得 7/12 分散控制的多机系统 我们保证（31）式成立，使得 于找到 和，使得对于一些 有 。由（32）式可知，为了得到 ，等同 分别先后乘以矩阵 和 ，我们有 对上式应用 Sc h u r 转换可得，且等同于下式 并且有 和 。注意。将上述变换应用于 到，式（33）是一个

11、双线性矩阵不等式。接着，我们引入变换 式（33），有 8/12 分散控制的多机系统 且 给出的 LMIs 是可能的，于是有 和 使得 。因此，对于一些 和。如果由式（34）和（35）B.稳定性分析 我们接着来分析闭环系统的稳定性。原理：如果对于一些 如果由式（34）和（35）给出的 LMIs 是可能的，那么由闭环系统 （25）和（26）推出的动态输出反馈控制器（28）是渐进稳定的。证明：由式（29）可得。由上式可以明确的得到，如果对于一些。于是，需要说明的是 如果由式。由式（16）（34）和（35）给出的 LMIs 是可能的，那么 和式（20）可得 于是由式（36）可知 且 。如果 ，由式（2

12、2）可知 ，还有 另一方面，如果 ，由式（22）和 可得 由式（37）（39）可得 由辅助定理和式（40）可得，和 。于是我们有 ，即 说明了闭环系统是渐进稳定的。原理的证明是完整的。9/12 分散控制的多机系统 注意：当我们求解 LMIs（34）和（35）时，我们得到的反馈增益矩阵 并且在实际应用中是不实用的。限制反馈增益矩阵 是一个很大的数，的有效方法需要进一步的研究，这也使得 分散式输出反馈控制器的应用得到了明显的提高。这个问题开放的留给了未来的p a g e 4研究。5.案例研究 在这一节中，我们将应用分散式动态输出反馈控制器来稳定一个三机电力系统，如图 Fi g.1 所示，发电机 3

13、 是一个假想的无限大容量母线且与发电机 2 有相同的动态特性9。Ta b l e I 列出 了每个电机相同的参数值，如式7。在式5中给出了完整的设备动态仿真。式7中给出了。然而，由于固有的界限，相应的反馈增益矩阵 的值。因此，为了更好的说明分散式输出反馈控制器，在仿真中我们使用 和。选择操作点 27.49 和 的结果是一个很大 和 。应用式（11）和（12）给出的定义，我们预测 。然 后应用式（14）和（15）得到 。，求解式（34）和（35）给出的 LMIs，得到 和。第一个和第二个滑模观测器的最初条件被选 定为 0。再取 。利用第三小节给出的计算方法，我们有 10/12 分散控制的多机系统

14、 且 。我们考虑在5和7中发生在第一个和第二个机器传输线上的一个对称的三相短路故障。使 表示传输线故障左边的部分。故障顺序如下：1）系统处于故障前的稳定状态；2）在 t=3.1s 时，故障发生了；3）在 t=3.25s 时，故障点处的断路器断开，故障摘除；4）在 t=4.0s 时，传输线修复完成；5）系统处于故障后稳定状态。时，第一个和第二个子系统的仿真结果如图 Fi g.2 所示。每个子系统的未知互连重 构如图 Fi g.3 所示。由此可知，动态输出反馈控制器如预期的执行而且未知互连被很好的重构 出来了。Fi g.2 发电机控制器 1 的性能 11/12 分散控制的多机系统 Fi g.3 未

15、知互连的重构 6.汇总 在本文中，我们提出了一个新的分散式动态输出反馈控制器来稳定干扰和故障对多机电力 系统的影响。所开发的控制策略，结合局部观测器估计滑模控制器来实现，其中反馈增益矩阵 通过求解两个矩阵不等式来获得子系统的状态。局部滑模观测器也能有效地重建未知的机器之 间的互连。这其实，可以用来检测多机电力系统故障。闭环系统暂态稳定是由分散式基于观测 器的控制器来驱动保证的。参考文献（略）翻译者：自动化 0704 班 12 号 牛飞 时间：2010 年 12 月 11 日星期六 12/12 1本文由s h o o k 721贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TX

16、T，或下载源文件到本机查看。新疆农业大学 课 程 论 文 题 课 姓 专 班 学 目:程:名:业:级:号:变电站遥视技术在电力系统自动化中的应用 变电站遥视技术在电力系统自动化中的应用 电力系统自动化 胡旭涛 电气工程及其自动化 电气 072 063736210 石砦 职称:讲师p a g e 5 指导教师:20010 年 11 月 18 日 变电站遥视技术在电力系统自动化中的应用 作者：胡旭涛 指导老师：石砦 摘要：变电站的遥视技术系统融合了网络视频和数据采集两大主要功能，本文介绍介绍当 前无人值班变电站遥视系统的具体情况。此项技术为集控站的调度人员更好地掌握无人值 班变电站的运行状况提供了

17、一种新的技术，可确保变电所综合自动化系统安全可靠运行，充分发挥综合自动化系统的功能和作用。关键词：变电站，电力系统自动化，监控系统 Th e u n m a n n e d s u b s t a t i o n s r e m o t e v i e w i n g s y s t e m o f s p e c i f i c s i t u a t i o n Au t h o r:Hu Xu t a o Ac a d e m i c a d v i s o r:Sh i Zh a i Ab s t r a c t：Ab s t r a c t：Th i s p a p e r d e

18、s c r i b e s t h e u n m a n n e d s u b s t a t i o n s r e m o t e v i e w i n g s y s t e m o f s p e c i f i c s i t u a t i o n.Th e t e c h n o l o g y i s c o l l e c t c o n t r o l s t a t i o n o f d i s p a t c h i n g p e r s on n e l t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e o p e r a

19、t i o n s t a t u s o f u n m a n n e d s u b s t a t i o n s p r ov i d e s a n e w t e c h n o l o g y,w h i c h c a n e n s u r e s u b s t a t i o n i n t e g r a t e d a u t o m a t i o n s y s t e m,g i v e f u l l p l a y t o t h e s a f e a n d r e l i a b l e o p e r a t i o n o f t h e i n

20、 t e g r a t ed a u t o m a t i o n s y s t e m f u n c t i o n a n d r o l e 10.w o r d s:Ke y w o r d s:d i s p a t c h i n g pe r s o n n e l,t h e i n t e g r a t e d a u t o m a t i o n s y s t e m,v i e w i n g s y s t e m 引言：变电站的遥视技术系统融合了网络视频和数据采集两大主要功能，集遥视系统、安 全保卫系统、消防系统、环境监测系统和动力监测系统五大功能子系统

21、于一身，构建多级 监控网络系统构架，各级用户都能够实时、直接地了解和掌握其下属变电站的情况。一旦 变电站内部发生安全或者设备数据的报警，系统可对发生的情况及时作出反应，并可通过 系统中的调度视频会议功能，及时进行可视化调度处理，便于应急指挥，摆脱了传统系统 相互独立、各自应用的非智能化模式，实现变电站多层次、立体化的安防自动化系统1。1 系统设计原则 遥视系统的设计原则是：建立以变电站为对象，以监控中心来实施监视和控制，并服 务于各级主要生产管理部门的多级视频图像监控网络，并辅以适当的警戒功能以实现变电 站“五遥”，为变电站实现真正的无人值守创造条件。在满足需要的前提下，保证系统的 稳定可靠，

22、节省投资，使系统发挥良好的经济效应。1.1 可靠性 硬件可靠性：系统采用高性能的工业级设备，保证硬件的 724 小时不间断运行。软 件可靠性：监控操作系统采用 Wi n d o w s 操作系统，具有良好的稳定性。监控图像上通过软 件叠加时间和地点防止非法篡改录像资料。供电可靠性：图像监控设备由 UPS 供电，在市 电电压波动的情况下仍能够提供稳定的交流电压。用户管理用户等级管理和密码管理相结 合，不同的操作人员具有不同的权限，禁止越权操作。用户操作有记录，系统过滤用户的 错误操作。系统自检测与自恢复：前端系统可以启动自运行，无需现场人员维护。系统通 过多种方式监视所有工作站和编码站的运行，并

23、在发生故障时及时报警与恢复，保证系统 724 h 不间断运行。守护进程自动监视图像编码站的运行状态并在故障时自动恢复。用 户也可以在监控中心通过图像工作站重新启动图像编码站，或者通过远程控制软件进行远 程维护2。系统故障可以按照“变电站单个摄像机”“单个变电站”“单个监控中心”三级 进行屏蔽，局部故障不会影响整个系统的运行。视频监视系统的故障不会影响变电站的正 常运行。1.2 先进性 先进的视频压缩格式：采用 MPEG4 格式压缩视频流。在保证图像质量的前提下，带宽 占用大大减小。在图像帧格式 352288，色彩 24 位彩色，帧速率 25 帧/s 下，占用带宽 平均为 400 k b i t

24、/s，在图像帧格式 704576，色彩 24 位彩色，帧速率 25 帧/s 下，占用 带宽平均为 1200 k b i t/s，且图像延时小于 0.5 s。先进的音频压缩格式：采用 PCM/GSM 或专用语音压缩算法压缩音频流，平均占用带宽为 8 k b i t/s 5。1.3 灵活性可升级的压缩算法 由于采用软件编码/解码，如果有了更好的编码算法，可以很方便的进行升级，以保 证用户的投资。即使在目前，用户也可以选择多种不同的压缩格式以满足自己的需要。可 调节图像质量与占用带宽：由于采用了软件解码，因此图像质量（帧数、分辨率、图像质 量）可以调节以适应用户的需求。灵活的网络拓扑方式：整个系统建

25、立在 IP 广域网上，因此具有非常灵活的拓扑方式3。只要有足够的带宽和适当之授权，任何一个节点上的用 户可以通过安装图像工作站或 WEB 浏览器查看任何一个图p a g e 6像编码站的实时图像。1.4 可扩展性 灵活的组网方式，方便被监控变电站的增加。几个视频监控系统可以作为子系统组成 更大的视频监控系统。可以方便的嵌入其它系统中。2 系统方案概述 根据实际需要，拟利用现有传输网络，构建一个能够实现多级管理的树型网络结构的 视频调度系统。涉及市调、县调、变电站的多级网络结构视频调度系统，系统集视频监控、视频指挥调度、视频会议等多功能于一体，并辅以适当的警戒功能以实现变电站“五遥”，为变电站实

26、现真正的无人值守创造条件。在满足需要的前提下，保证系统的稳定可靠，节 省投资，使系统发挥良好的经济效应。具体如下：多级视频监控，实现对变电站，运行重 点区域的实时统一监控，使得从市调到县调各级电力单位都可实现对自己所辖变电站的实 时监控。各监控点的现场图像和现场环境（红外、烟雾、水浸、门磁等）监控，并产生告 警联动。监控的范围除了设备监控、运行状况监控、安防监控，还可扩展到对所属单位工 作人员工作情况的监控。系统监控设计是一个多级的监控系统，不仅实现对口监控，还可 以根据具体地理位置，实现相关外派单位的监控，横向的监控。视频调度，市调-县调-各 变电站监控调度室，按照隶属关系可进行视频调度。视

27、频会议，各级单位监控调度中心可 召开视频会议。多客户端浏览，调度中心以外的监管机构可以依据权限登录系统，浏览各 变电站、运行中心的运行状况5。系统最大支持 40 个客户端同时访问一路摄像机的监控镜 头，而不影响网络运行情况。3 系统结构 QUi n f o 系统是一个基于客户机/服务器模型的系 统，同时支持 B/S 构架，即浏览器直接浏览监视，整个系统主要由视频采集端、监控服务 器端、客户端以及传输网络等几个部分组成，可实现视频存储、视频回放、摄像头遥控、报警检测、远程检索播放等功能。监控服务器对视频采集端提供的数据进行处理，如数据 压缩、数据传输、图像报警检测、视频存储等4。同时，客户端有选

28、择性地加入组播组并 经过身份验证，可以访问监控服务器，查询监控视频资源，系统中的客户端可以随时加人 或退出网络，整个系统的规模可以动态改变，具有很强的适应性。4 系统构成 系统构成图（如图 1-15）图 1-1 5 系统主要技术参数 5.1 网络系统 前端采集设备与网络相连，经过数字压缩后，经本地网络交换机，传送到电力信息网 上，而网上的用户即可实现远程实时监控。根据本项目中的用户需求，在怀安县调的，网 络环境要求如下：最大同时实现 40 路镜头的录像，最大 16 幅 CIF（分辨率为：352288），实时监控图像（4 个变电站）或 4 幅 4CIF（即 DVD 分辨率，720576），实施监

29、控图像（一 个变电站），以及多个客户端，由于县调到各变电站以及到市调均为光纤通道，故传输带 宽完全能满足8。县调本地局域网我们使用带组播管理功能的快速以太网网络交换机，完 全能适应大容量的信息传输及发送。5.2 视频系统 视频传输所需的网络带宽 8 k 4 Mb p s 可调，视频帧率最高可达 25 帧/s（PAL 制视 频）。系统支持视频移动侦测功能，图像变化率可由客户根据实际经验设置，以保证移动 侦测报警的准确性9。系统支持 Pe l c o-P 和 Ca n o n 等协议的云台控制解码器和球机，客户 可根据需要选配。6 系统对电力安全运行的作用 保证了无人值守变电站的安全运行遥视系统可

30、以使调度人员实现对变电站的远程正 常巡视，实现了变电站运行环境的远程监控，保证了遥控操作的安全性，可以辅助进行事 故处理，并可以对设备检修过程进行监控。7 系统的运行维护 检查设备的散热和制冷附件。检查连接处的松动、锈蚀问题。对设备及摄像机防护罩 定时清洗，防止灰尘阻碍设备运行，以及摄像机的清晰度。定期检查连接处是否紧固，接 触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地 下隐蔽部分锈蚀情况，如发现问题应及时处理。雷雨季节到来之前作防雷检查。电力遥视 设备标志规范化7。遥视系统设备的文件资料应完整齐全电力系统是一切活动的生命线，加强电力系统的安全性管理是一切社会

31、活动得以正常进行的有力保障。变电站遥视系统，由于其智能化、整合化、全功能、网络化的系统结构，可以使变电站的安全监控管理提高 到一个新的水平上来。张家口供电公司将网络视频监控系统引入电力变电站遥视系统，实 现了变电站的无人监控、少人值班，提高了变电站的自动化水平和安全可靠性，减轻了运 行人员的p a g e 7负担11。结论：遥视系统在集控站的使用，填补了以往集控站缺乏对无人值班变电站防火、防盗的 实时监视手段，在监控站将遥视系统与监视控制和数据采集 S C ADA 系统结合使用，增 强了集控站对现场事故处理的指挥功能；加强了安全管理，安全监察人员可以远程监 视现场操作执行安规的规范性，并可以实

32、时给予指导；实现 了远程实时抄表；符合 近几年电力自动化技术和电网突飞猛进发展的新形势的需求，特别是满足无人值班变电网 的运行要求，为集控站的调度人 员更好地掌握无人值班变电站的运行状况提供了一 个新 的技术手段，也使电网自动化系统技术水平，跃上了一个新的台阶。参考文献：1 韩 驰,刘 晓 伟.遥 视 技 术 在 变 电 站 的 应 用 J.吉 林 电 力，2 0 0 6，1：2 6-2 8.2张庆.无人值班变电所的遥视技术M.东北电力技术，2008，121-124.3李青文.无人值班变电站遥视警戒系统建设的探讨M.青 海 电 力，2 0 0 5,1 5 6-1 6 1.4 丁 正 生.无人值

33、班变电站遥视系统的应用J.电 气 世 界，2 0 0 8，1 1:1 1-1 2.5 郑远峰.无人值班变电站遥视系统的应用M.西安供电局，2008,210-216.6 王 利 东.变 电 站 遥 视 技 M术.农 业 自 动 化，2 0 0 7,8 6-9 0.7 谭 博 荣.变电站遥视系统的设计和运行报告M.广东输电与变电技术，2003,31-32.8 周庆文.遥视系统在无人值班变电所的应用M.西安供电局，2008,186-189.9 张 玉.无人值班变电站设计与应用J.中 国 科 技 财 富，2 0 1 0,2 0:1 4-1 6.10MARK S.Ro b i n s o n 2002.

34、02:56-57.Re m o t e v i e w i n g t ec h n i q u e J.U.S.Ge o l o g i c a l Su r v e y ，1 1 黄鹏程.浅谈无人值守变电站J.电气世界,2008,08:20-21.1本文由h e b e i g a o s h e n g 贡献 w p s 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。新疆农业大学 课程论文 题目:视觉信息在电力系统自动化中的应用 课程:姓名:专业:班级:学号:指导教师:电力系统自动化 张田冲 电气工程极其自动化 072 班 063736433 石砦职称:讲

35、师 2010 年 11 月 20 日 视觉信息在电力系统自动化中的应用 张田冲 摘 要:应用摄像技术和计算机构成的视觉信息自动化系统具有一系列的优点,它能 对不宜接触、危险隐蔽等场合进行大范围、多自由度,可移动的临近报警。关键词:CCD摄像机隔离开关断路器。Op t e s t h e s i a i n f o r m a t i o n d e p e n d s o n a p p l ic a t i o n i n a u t o m a t i c c o n t r o l o n e l e c t r i c a l p o w e r s y s t e m Zh a n

36、g t i a n c h o n g Ab s tr a c t :Th e a u t o m a t i c s y s t e m a p p l y i n g t h e o p t e s t h e s i a i n f o r m a t i o n t h a t t h e ca m e r a s h o o t i n g t e c h n o l o g y a n d t h e c o m p u t e r c o m p o s e h a s m e r i t a t r a i n o f ,i t c a n b e i n a d v i s

37、a b l e t o g e t i n t o u c h w i t h f a c e t o f a c e ,d a n g e r o u s c o n c e al w a i t f o r o c c a s i o n t o c a r r y o u t b i g r a n g e ,m u c h l i b e r t y d e g r e e,m o v e t h e i n s t a n c y g i v e s a n a l a r m.Ke y w o r d s:CCD t e l e c a m e r a d i s c o n n

38、e c t o r b r e a k e r.引言 电力系统自动化的信息采集主要包括两大部分,一是将电气量和非电气量转变为弱电 的模拟量或数字量;二是将设备的状态变为“0”或“1”的开关量,这一传统的模式基本上 解决了自动化的需要。但是,有些问题依靠上述信息量仍无法解决,需要另辟途径。笔者研 究发现,利用工业电视提供的视觉信息,应用计算机图像识别技术,将有可能迅速地辨别图 像或将多个相关图像进行综合判断,及时发出处理指令,进一步扩大电力系统自动化的功 能,提高电力系统自动化的水平。本文将对此做一些探讨。1 基本构思 在发电厂和大型变电站中,特别是112开关结线的枢纽厂(站)中,有大量的继电保

39、护压 板,有的数百甚至上千个,这些压板的联通或开断位置随变电站和电网运行方式的变化而 改变。运行规程中规定,值班人员应掌握并保证压板位置的正确性。由于值班p a g e 8人员难以熟 记而造成的错误甚至酿成继电保护误动作和事故的情况时有发生。建议采用电视摄像方 法,直接摄录压板盘面,应用计算机图像识别技术,判别各个压板的位置是否符合规程要求,继而发出语音、图文警报。解决了被判别的器件难以引出电信息的困难。图1为实时摄录 图像,图2为当时运行方式下的标准图像。由计算机系统对实录图像进行识别后,与库存中 相应运行方式下压板位置的标准图像进行比较,如不符则发出报警信号。这种建议是可行 的,原因如下。

40、a.摄像镜头可以选择在适当位置,采取旋转方式,水平或上下移动方式,必要时可设多 个镜头,再加焦距的自动调整等,可获得较满意的效果。具体到检查压板,可设计成小车推动的方式。b.摄像镜头的防雨防尘问题,目前生产的工业电视系统已给解决。c.被监视物可考虑适当的颜色,还应设参考点CK或条形码等,便于识别。d.多媒体技术的发展,十分有利于此项工作的开展。e.包括相同与不同作用的多个摄像头,可以进入已有的分布式监控网路,也可以形成 独立的监控网路。必要时,可以实现自动控制功能。f.每判别一次,可打印存档备查,保存图像记录。从以上论述可以描述出一种电力系统自动化的视觉信息辨识监控方法。利用CCD摄像 机、经

41、视频放大,高速图像数字采集,计算机处理,输出监控信号,打印报警控制等构成视觉 信息辨识监控系统(如图3)。其核心是:将系统各部分采集的实时监控视觉信息输入计算 机,与事先存入计算机系统中各部分的正常或极限状态的基准视觉信息进行比较辨别,以 及对各相关信息的逻辑推理判断。近几年来,工业电视在电力生产过程中的应用已开始兴起,如锅炉火焰、水位,输煤系 统、变电站以及施工现场的监视等等。无论哪一种,都只是将远距离的现场画面集中传送 到值班室,便于人们监视,这是普通的工业电视,与以往不能及时看到现场情况相比,无疑 是进了一大步,但很明显还存在问题,一是它依赖于人们频频的调视和长时间监视画面,实 际上是难

42、以做到的,二是不能快速地将各个相关画面信息进行综合判断。按本文前述的设 计思想就解决了这些问题。因此它也可称为智能型工业电视。2 视觉信息在电力系统中的应用 a.视觉信息能够识别断路器和隔离开关的开合状态,据此就可绘出实时的一次运行方 式结线图,通过屏幕显示器显示或打印,它无需依靠辅助接点,相对独立于现行的自动化系 统。b.利用视觉信息实现五防功能,防止误分误合断路器;防止带负荷拉合隔离开关;防止 带电挂(合)接地线(地刀);防止带接地线(地刀)合断路器(隔离开关);防止误入带电间隔。前四种防误操作,主要是判别断路器和隔离开关、接地刀闸的开合状态,然后进行逻辑推理 判断,进而达到防误操作目的。

43、第五项是防止误入带电间隔,此项主要在检修工作期间防止 检修人员和值班人员误入非检修的带电间隔进行工作和操作。这些功能是可以利用视觉信 息来实理的,能够做到跟踪值班人员操作的全过程,识别人员进入操作的部位是否正确,操 作的步骤是否正确。当人员走近某隔离开关时,即可判别是否该隔离开关有操作任务,还可 以根据其时断路器的位置判别能否操作。并及时发出语音报警。它不同于现行的“五防”装置,不给值班人员增添更多的操作,如携带钥匙进行操作等,它不依赖于众多的辅助接点,且实现了更大范围的“五防”功能。当然,“五防”中不一定全部采用视觉信息,如接地刀 闸与隔离开关紧邻,利用机械互锁既简单又可靠,应该保留。c.电

44、厂的输煤系统,利用视觉信息,实现重点部位监视,遇有故障,诸如发生堵煤,皮带 跑偏等,立即自动报警。d.煤场储煤量的自动辨识计算。任意形状的煤堆,可以应用计算机对图像信息加以处 理计算。e.对锅炉的水位,可进行自动识别报警。f.对于变压器的油面、风扇运行状况,阻波器、结合电容器引线等均可以摄像自动监 视。g.根据需要,可对设备的某些部位以及人员不能进入的较隐蔽部分进行监视,异常或 故障时自动识别报警。h.重要场所的火灾、防盗等自动报警。i.继电保护和系统自动装置中压板、重要的切换开关位置正确性的监视检查。j 1现场发生事故时,自动启停录像数据,实现事故图像自动记忆,捕捉到现场发生事故 过程的全部

45、录像,可获得分析事故所需的宝贵资料。k.如果配合红外技术、语音识别技术,发挥多媒体的优势,还可实现更多新的功能。从 以上可看出,利用视觉信息可以实现很多的自动化功能。当然,研究的过程中,肯定会遇到 各种具体问题和困难,相信都是可以逐个解决的。例如:并不是每个监视对象都要设置一个 CCD摄像头,选取合适的位置安装,扩大视角,或者研究某种方法经转换成为集中的被视信 息,则一个摄像头可监视多个对象,就可以减少CCD的数量。某些情况下可以外加光源,特殊 情况下可应用红外光源等等。3 结论 应用摄像技术和计p a g e 9算机构成的视觉信息自动化系统具有一系列的优点,它能对不宜接 触、危险隐蔽等场合进

46、行大范围、多自由度,可移动的临近报警。a.它无需在设备上直接连接传感器,也无需从传感器上连接大量的电缆。b.对设备的一些重要监视信息,可以代替值班人员进行巡视,还可做到准确的定期巡 视,自动记录文字和图像,在一些恶劣天气下不受影响。c.及时捕捉到事故全过程的录像,这是迄今为止尚未解决的一个问题。d.除了独立发挥作用外,某些方面这一系统可以作为现行自动化系统的补充和备用,显示出相得益彰的效果。用不同的信息源描绘出的实时运行方式结线图,比用同一信息源 的双重化要好得多。e.视觉信息可以跟踪人的某些行为,必要时给予提醒或告警,发挥重要的监护作用。f.关于投资问题,应分成两部分看,一是工业电视系统,二

47、是上升到图像识别的智能型 系统。已经安装工业电视系统的,再增加视觉信息自动化部分,其投资是不大的。实际上,即然要搞工业电视,就应该使其发挥更大的作用。参考文献：1陈伯时，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，1995.2Us e r s Gu i d e f o r Me n t o rIIDCDr i v e r s,Co n t r o l Te c h n i q u e s,1998.3I-7017,I-7044,I-7021Us e r s Ma n u a l,ICPDAS,2001.4尹征琦，伺服系统的功率输出能力和功率匹配，电气传动，1998（2），38-44.5汤蕴缪，电机学机电能量转换，机械工业出版社，1986.1p a g e 10