變電站輔助控制系統提升系統運行管理效率

一、總體介紹

1.1     概述

變電站輔助控制系統是一套“集成化"、“數字化"、“智能化"的安防綜合管理集成平臺，整合了在線(xiàn)監測、視頻監控、可視對講、動(dòng)力環(huán)境、安全警衛、門(mén)禁、設備控制、火災報警等子系統，并對實(shí)現一個(gè)平臺下多個(gè)子系統的統一管理與相互之間的聯(lián)動(dòng)，真正實(shí)現了“一體化、智能化"管理，大大提升了整個(gè)系統的運行效率。

變電站輔助控制系統是自主研發(fā)的基于SOA系統架構的集成多系統的聯(lián)網(wǎng)平臺，采用先進(jìn)的軟硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)，解決了系統集中管理、多級聯(lián)網(wǎng)、信息共享、互聯(lián)互通、多業(yè)務(wù)融合等問(wèn)題。

變電站輔助控制系統主要面向電力能源行業(yè)，通過(guò)資源抽象、統一接入等技術(shù)手段實(shí)現對多個(gè)業(yè)務(wù)系統的一體化集成展示，大大減少了日常運維的難度和工作量，提高了系統運行管理效率，為安全生產(chǎn)提供了直觀(guān)有效的技術(shù)支撐。

1.2    變電站輔助控制系統平臺軟件技術(shù)標準

本軟件的設計功能、性能指標滿(mǎn)足行業(yè)相關(guān)標準、規范規定（包括但不限于）的要求：

◆ GB/T28181-2011 《安全防范視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》

◆ 國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準（Q/GDW 517.1-2010） 《電網(wǎng)視頻監控系統及接口》

◆ DL/T860-2016  《電力自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò )和系統》

◆ DL/T634.5104-2009 《遠動(dòng)設備及系統》

◆ IETF RFC 2068 《超文本傳輸協(xié)議（HTTP）》                                                

◆ IETF RFC 2326《實(shí)時(shí)流媒體傳輸協(xié)議（RTSP）》                                    

◆ IETF RFC 3261《會(huì )議初始化協(xié)議（SIP）》                                                

◆ IETF RFC 3550《實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）》                                          

◆ IETF RFC 3551《實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）》                                

◆ ITU H.264《視音頻編解碼標準》                        

◆ ITU-T G.711《音頻編解碼標準》    

◆ ITU-T G.722《音頻編解碼標準》                      

◆ ITU-T G.726《音頻編解碼標準》

二、總體設計

2.1    變電站輔助控制系統平臺軟件業(yè)務(wù)組成

業(yè)務(wù)功能組成圖

變電站輔助控制系統遵循SOA理念，采用模塊化、插件化設計，業(yè)務(wù)功能按需組合，具備冗余部署能力，保證系統業(yè)務(wù)高可用。從技術(shù)結構上主要分為以下幾個(gè)層次：

1)    基礎接入層。對操作系統、數據庫、安全加密、設備接入及多媒體協(xié)議的封裝，屏蔽差異，兼容多廠(chǎng)商、多種類(lèi)、多協(xié)議的各種異構硬件，實(shí)現上層應用的平臺無(wú)關(guān)性，提高運行效率和系統兼容性。

2)    平臺服務(wù)層。在平臺服務(wù)層除了提供授權認證、設備管理、報警管理、數據采集、設備控制、流媒體轉發(fā)服務(wù)、存儲服務(wù)、聯(lián)動(dòng)服務(wù)等，還提供第三方系統接入服務(wù)和平臺互聯(lián)管理服務(wù)，支持平臺互聯(lián)互通。

3)    業(yè)務(wù)層。通過(guò)常用業(yè)務(wù)的歸納、封裝，提供了視頻、報警、設備控制、數據采集、查詢(xún)統計、系統管理等RESTful API形式的業(yè)務(wù)接口，方便展現層及第三方系統調用。

4)    展現層。通過(guò)API接口調用業(yè)務(wù)層提供的各種服務(wù)接口，將具體功能展現給最終用戶(hù)。

2.2    平臺組成

1)    中心管理服務(wù)。作為云平臺的承載服務(wù)，是整個(gè)系統的核心組件，能夠提供統一的認證、授權、管理服務(wù)。作為管理服務(wù)器，對系統內的用戶(hù)、角色、權限、視頻監控設備、進(jìn)行集中配置管理；作為應用服務(wù)器，提供各類(lèi)安防監控業(yè)務(wù)，提供完善的日志管理和審計功能。  

2)    流媒體服務(wù)。支持實(shí)時(shí)視頻數據的轉發(fā)及分發(fā)；支持存儲數據的回放 點(diǎn)播(VOD)；支持QoS管理，對帶寬進(jìn)行合理使用；支持用戶(hù)和事件的優(yōu)先級管理；支持級聯(lián)和分布式部署；支持視頻流相關(guān)的統計信息。

3)    存儲服務(wù)。支持集中云存儲管理模式，也支持DVR存儲的分布式存儲方式；支持PB級海量音視頻數據存儲、快速檢索及智能后檢索；支持靈活的備份策略。

4)    報警功能服務(wù)。

報警功能服務(wù)是平臺最核心的業(yè)務(wù)模塊之一，統一管理視頻報警、動(dòng)力環(huán)境數據報警、報警主機報警、門(mén)禁報警、消防報警及其他方式觸發(fā)的報警等。

報警功能服務(wù)可以直接接收處理設備上報的報警事件，也可根據預設規則對從設備端采集的狀態(tài)數據進(jìn)行分析確認。

報警功能服務(wù)接收到新的報警事件后，基于消息隊列負責對系統中所有訂閱的服務(wù)及用戶(hù)進(jìn)行消息推送。

5)    設備代理服務(wù)

采用插件機制，接入各類(lèi)設備，接收、傳輸、控制各類(lèi)媒體信令流，簡(jiǎn)化設備接入應用開(kāi)發(fā)，對上層提供標準統一的接口，對下完成設備的配置和控制。

根據應用場(chǎng)景，分為IO設備代理服務(wù)和流媒體代理服務(wù)兩種。

三、變電站輔助控制系統提升系統運行管理效率平臺特點(diǎn)

1)     高可靠性

平臺內部的關(guān)鍵服務(wù)均支持主備或多主模式部署運行，可有效防范因硬件或網(wǎng)絡(luò )故障引起的系統異常。

平臺內部服務(wù)的高可靠性則采用了狀態(tài)監測、強制恢復、服務(wù)遷移等多種機制。所有服務(wù)基于SOA消息總線(xiàn)進(jìn)行數據交互，各服務(wù)定期上報各自的運行狀態(tài)，中心管理服務(wù)負責匯總監視服務(wù)運行狀態(tài)，一旦發(fā)現異常立即處置異常服務(wù)，并通知其他相關(guān)服務(wù)做好應付準備。針對單機模式運行的異常服務(wù)，在重啟完成后相關(guān)服務(wù)自動(dòng)恢復對接；針對多機運行的異常服務(wù)，相關(guān)服務(wù)則選擇主動(dòng)切換服務(wù)。中心管理服務(wù)在多次重啟異常服務(wù)后，如仍無(wú)法保證系統整體功能運行正常，則會(huì )主動(dòng)重啟服務(wù)器。

平臺內所有服務(wù)都具有錯誤檢測和恢復機制，出現服務(wù)不可用、數據庫或網(wǎng)絡(luò )故障情況時(shí)，能夠自動(dòng)激發(fā)恢復機制，周期性嘗試恢復正常狀態(tài)。

同時(shí)，平臺還專(zhuān)門(mén)設計了軟件看門(mén)狗服務(wù)，由它負責監視中心管理服務(wù)的運行狀態(tài)及異常處理。軟件看門(mén)狗服務(wù)功能單一，自身可靠性高，從而確保平臺可達到電信級7*24小時(shí)可靠運行，為用戶(hù)提供可靠的服務(wù)。

2)    擴展性好

采用模塊化設計，平臺中的各個(gè)服務(wù)可運行在一臺服務(wù)器上，也可分布在多臺服務(wù)器上。

系統中的某項業(yè)務(wù)功能可配置成由服務(wù)的單個(gè)實(shí)例完成，也可配置成由多個(gè)實(shí)例共同分擔完成。例如：流媒體服務(wù)負責接入1000臺NVR設備，可配置在1臺服務(wù)器上完成，也可配置在2臺服務(wù)器上，每臺服務(wù)器的流媒體服務(wù)實(shí)例各負責接入500臺。

3)    開(kāi)放度高

采用統一的設備接入規范和插件機制，完成對視頻、報警、動(dòng)環(huán)、消防、門(mén)禁等各類(lèi)設備接口的差異性屏蔽和整體接入，新設備加入平臺只需按接口規范完成插件開(kāi)發(fā)，在配置后即可接入平臺。

采用RESTful API形式開(kāi)放平臺所有的業(yè)務(wù)接口，結合SDK或控件可完成客戶(hù)端已實(shí)現的所有功能。

4)     標準化程度高

采用標準的國際規范和協(xié)議，可以方便與其它業(yè)務(wù)系統對接，方便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。平臺內部視頻設備或系統對接支持ONVIF/GB-28181/國網(wǎng)B接口等國際或國家標準，報警、動(dòng)環(huán)、消防設備或系統對接支持IEC 61850/IEC 104/MODBUS RTU/TCP等國際或國家標準。

5)    多級平臺級聯(lián)

滿(mǎn)足大型系統多級垂直管理的組網(wǎng)方案，方便建立多級管理，平臺采用的域技術(shù)使得級聯(lián)可以自頂向下實(shí)施，也可以從下向上逐級聯(lián)網(wǎng)，可以滿(mǎn)足各地區先單獨組網(wǎng)、上級再集中聯(lián)網(wǎng)的建設方式。

四、主要功能

4.1    報警聯(lián)動(dòng)

報警聯(lián)動(dòng)適用范圍包括：周界報警、門(mén)禁報警、移動(dòng)偵測報警、溫濕度報警、視頻報警、設備及服務(wù)器故障報警、人員定位報警等。

平臺支持一點(diǎn)報警多攝像機視頻聯(lián)動(dòng)、多設備控制聯(lián)動(dòng)、支持用戶(hù)布撤防、手動(dòng)消警，按計劃自動(dòng)自動(dòng)布撤防、設置報警取消延時(shí)等功能。

報警發(fā)生可自動(dòng)觸發(fā)一系列的響應動(dòng)作：

1)發(fā)出報警提示音；

2) 彈出報警提示窗口，實(shí)時(shí)通知用戶(hù)；

3)真人語(yǔ)音播報；

4)自動(dòng)切換至相應攝像機視頻圖像，有預置位的自動(dòng)切換至預置位，同時(shí)監測畫(huà)面OSD疊加報警信息；

5)抓拍聯(lián)動(dòng)抓拍攝像機視頻圖像，通過(guò)短信、ftp、郵件等方式上傳服務(wù)器；

6) 聯(lián)動(dòng)控制設備，如啟動(dòng)現場(chǎng)照明、警笛、風(fēng)機、門(mén)等；

7)啟動(dòng)報警錄像，方便以后根據報警信息檢索回放相應的圖像錄像；

8)生成報警事件記錄。

4.1.1    常見(jiàn)聯(lián)動(dòng)預案

1)    安全警衛報警聯(lián)動(dòng)

通過(guò)電子圍欄、紅外對射，小動(dòng)物探測器等觸發(fā)入侵報警，聯(lián)動(dòng)打開(kāi)視頻圖像進(jìn)行抓拍與錄像，實(shí)時(shí)播放告警語(yǔ)音、聯(lián)動(dòng)警笛發(fā)聲警示、發(fā)送提醒短信。

2)    環(huán)境量告警聯(lián)動(dòng)

溫度超限告警，平臺通過(guò)接入的空調控制器，自動(dòng)控制對應空調進(jìn)行開(kāi)機制冷或者制熱；濕度超限告警則聯(lián)動(dòng)相應區域的風(fēng)機或者除濕器進(jìn)行除濕，發(fā)送提醒短信。

3)    有害氣體聯(lián)動(dòng)

檢測到SF6，H2S,O3,CO等有害氣體濃度超標后，聯(lián)動(dòng)風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)，發(fā)送提醒短信。

4)    刀閘動(dòng)作視頻聯(lián)動(dòng)

后臺服務(wù)監測到刀閘開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號時(shí)，主動(dòng)打開(kāi)對應的照明燈光，自動(dòng)彈出關(guān)聯(lián)的視頻，調用預置位轉到預定角度位置，觀(guān)看開(kāi)關(guān)刀閘的實(shí)時(shí)閉合狀態(tài)。

4.2    查詢(xún)統計

4.2.1    報警事件查詢(xún)

事件記錄查詢(xún)界面截圖

可按照時(shí)間、地點(diǎn)、報警類(lèi)型等多種組合方式查詢(xún)歷史報警信息。顯示歷史報警信息，包括報警的名稱(chēng)、區域名稱(chēng)、類(lèi)型、報警類(lèi)型、報警級別、發(fā)生時(shí)間、狀態(tài)、描述、確認狀態(tài)、確認人、確認時(shí)間等。

4.2.2    模擬量數據記錄查詢(xún)

歷史環(huán)境數據記錄查詢(xún)界面

可按照資源子類(lèi)型、時(shí)間、報警狀態(tài)等多種組合方式查詢(xún)歷史模擬量數據記錄。查詢(xún)結果以列表和圖表方式顯示，內容包括模擬量節點(diǎn)名稱(chēng)、區域名稱(chēng)、類(lèi)型、數值、報警狀態(tài)、事件類(lèi)型、事件子類(lèi)型、事件發(fā)生時(shí)間、更新時(shí)間等。

4.2.3    進(jìn)出記錄查詢(xún)

人員進(jìn)出記錄查詢(xún)界面

可按照門(mén)節點(diǎn)、進(jìn)出人員姓名、卡號、進(jìn)出方向、操作類(lèi)型、時(shí)間、報警狀態(tài)等多種組合方式查詢(xún)人員進(jìn)出記錄。查詢(xún)結果以列表方式顯示，內容包括門(mén)名稱(chēng)、區域名稱(chēng)、門(mén)狀態(tài)、方向、操作類(lèi)型、操作人員、卡號、人員部門(mén)、發(fā)生時(shí)間等。

4.2.4    操作日志查詢(xún)

操作日志記錄查詢(xún)界面

系統記錄用戶(hù)的操作信息，并提供查詢(xún)功能，能夠對用戶(hù)的操作進(jìn)行追溯。提供按操作類(lèi)型、用戶(hù)、時(shí)間段、事件類(lèi)型多個(gè)搜索條件的查詢(xún)。

4.3    系統網(wǎng)管

平臺能夠統一管理監視系統中服務(wù)器及設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)上報異常情況。

對于中心服務(wù)器，對服務(wù)器及后臺運行服務(wù)進(jìn)行監視并分析系統性能，包括：CPU負荷率、內存使用率、磁盤(pán)使用率等。

對于系統內接入的前端設備，對于各子系統整體運行狀態(tài)、單個(gè)設備運行狀態(tài)等進(jìn)行監視。

系統服務(wù)狀態(tài)監測界面

監控設備狀態(tài)監測界面

視頻接點(diǎn)狀態(tài)監測界面

數據節點(diǎn)狀態(tài)監測界面

控制節點(diǎn)狀態(tài)監測界面

五、運行環(huán)境

5.1    硬件環(huán)境

5.1.1    服務(wù)器

1)小型規模

   CPU：Intel Xeon E3-1230 V2 3.3GHz及以上 ；

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網(wǎng)卡：Intel 1000M NIC*2；

2) 中大型規模

   CPU：Intel Xeon E5620 2.4GHz及以上；

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網(wǎng)卡：Intel 1000M NIC*2；

5.1.2    客戶(hù)端工作站

   CPU：Intel /AMD雙核，2.4GHz及以上；

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網(wǎng)卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的網(wǎng)卡；

5.2    軟件環(huán)境

5.2.1    操作系統

后臺管理服務(wù)建議使用Windows Server 2008(32/64)或Windows Server 2012操作系統；

客戶(hù)端建議使用Windows 7或Windows 10操作系統；

BS客戶(hù)端推薦使用IE8-IE11。

5.2.2    數據庫

平臺缺省使用MySQL，雖然也可兼容其他主流數據庫系統，考慮到兼容性因素，非特殊情況下不建議更換到其他數據庫管理系統。

支持的數據庫：MySQL、SQL Server、Oracle。

六、性能指標

6.1    系統容量

1）前端設備

－ 可管理的攝像機數量：≥30000臺。

－ 單臺流媒體服務(wù)器并發(fā)轉發(fā)視頻數量：≥300路（2Mb/s碼流）。

－ 單臺報警功能服務(wù)器每秒轉發(fā)消息數量：≥500條。

2）用戶(hù)管理

－ 可管理的最大用戶(hù)數量：≥3000。

－ 同時(shí)在線(xiàn)用戶(hù)數：≥1500。

6.2    實(shí)時(shí)性

－ 理想網(wǎng)絡(luò )情況下，實(shí)時(shí)視頻、音頻數據傳輸時(shí)延< 1000ms。

－理想網(wǎng)絡(luò )情況下，視頻圖像切換響應時(shí)延<1s。

－理想網(wǎng)絡(luò )情況下，云臺控制轉動(dòng)響應時(shí)延<1s。

－理想網(wǎng)絡(luò )情況下，報警觸發(fā)后，在監控中心內觸發(fā)并啟動(dòng)視頻顯示和記錄所需的直接聯(lián)動(dòng)響應時(shí)間<2s。

七、案例展示

GIS局放監測

SF6微水密度監測

SF6氣體濃度監測

避雷器在線(xiàn)監測

歷史報警

歷史數據

實(shí)時(shí)視頻

錄像回放