多傳感器融合的智能電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

呂龍

摘要：電力系統(tǒng)開關(guān)站智能無人值守系統(tǒng)是用于變電所、配電房、環(huán)網(wǎng)柜等需要對運(yùn)行環(huán)境和用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的高科技采集調(diào)控裝置。調(diào)控系統(tǒng)的建立可有效降低變電站故障概率，提高變電站運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，并可實(shí)時(shí)排出變電站內(nèi)有毒、有害氣體與窒息性氣體，保障進(jìn)入的工作人員的安全，同時(shí)，針對現(xiàn)場環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，智能調(diào)控裝置亦能通過相應(yīng)的智能聯(lián)網(wǎng)平臺及時(shí)有效通知相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端調(diào)控。本文主要對多傳感器融合的智能電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了簡單的探討，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：多傳感器融合;采集處理;數(shù)據(jù)傳輸;環(huán)境監(jiān)測

1、多傳感器融合的基本原理

多傳感器融合又叫做多傳感器信息融合、多傳感器數(shù)據(jù)融合，這個(gè)概念并不是一個(gè)新概念。實(shí)際上，人和生存在自然環(huán)境中的其他動物都具有感知客觀世界的能力，人們利用眼、耳、鼻等感覺器官處理場景、聲音、氣味等信息，對客觀事物展開多方面、多種類、多角度的感知，從而得到大量能夠相互補(bǔ)充的信息，并根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)將這些信息綜合起來，進(jìn)行分析、處理，進(jìn)而形成對客觀事物的和諧的統(tǒng)一的認(rèn)識與理解，并引導(dǎo)下一步動作。這個(gè)過程其實(shí)就是多元化信息融合的過程，在工程實(shí)際應(yīng)用中，就叫做多傳感器融合。

事實(shí)上，多傳感器融合技術(shù)是一種處理信息的手段，可應(yīng)用于同時(shí)使用多個(gè)或多種傳感器的系統(tǒng)，對多個(gè)傳感器所采集到的信息按照一定的規(guī)則進(jìn)行多層次、多角度、多空間的分析及處理，綜合融合后能夠互相補(bǔ)充，消除信息之間可能存在的矛盾以及冗余的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)具有更高的靈活性、可靠性，提高系統(tǒng)的工作效率。由于實(shí)際環(huán)境復(fù)雜多變，使用單一傳感器獲得的信息往往是片面的、局部的，所以，通常在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)使用多個(gè)或多種傳感器協(xié)同合作。

多傳感器融合和單一傳感器對比，具備以下優(yōu)勢：（1）降低了系統(tǒng)的不確定性。多個(gè)或多種傳感器同時(shí)工作在系統(tǒng)中，盡管在探測同一對象時(shí)，由于其特性各不相同，所得信息會存在一定的冗余與差距，適當(dāng)融合可以降低信息的不確定性。（2）增強(qiáng)了系統(tǒng)的生存能力。多個(gè)或多種傳感器同時(shí)工作在系統(tǒng)中，當(dāng)其中某個(gè)或若干個(gè)傳感器受到干擾或出現(xiàn)故障而不能被系統(tǒng)利用時(shí)，系統(tǒng)能夠通過其他傳感器獲得相關(guān)信息，仍然能夠保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的生存能力。（3）提高了系統(tǒng)的可信度。多個(gè)或多種傳感器對同一個(gè)對象加以探測，能夠互相驗(yàn)證，減小錯(cuò)檢，因此能夠提高系統(tǒng)的可信度。（4）擴(kuò)展了時(shí)間的覆蓋范圍。某一個(gè)傳感器在某一個(gè)時(shí)間段上可能無法探測到其他傳感器在該時(shí)間段上可以探測到的目標(biāo)，適當(dāng)融合提高了系統(tǒng)的探測效率。

2、多傳感器融合的智能電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能電力無人值守系統(tǒng)主要由智能監(jiān)控終端模塊、工控屏顯示模塊、Web/手機(jī)訪問模塊、環(huán)境監(jiān)測與處理模塊、安防監(jiān)控與處理模塊、智能聯(lián)動與處理模塊以及預(yù)留擴(kuò)展口等模塊組成。監(jiān)控終端主控制器STM32F407通過RS485通信方式與各采集模塊進(jìn)行通信，將采集的數(shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議計(jì)算相應(yīng)的值，通過4G網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器建立TCP連接將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，并將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議進(jìn)行解碼，在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示各采集模塊的測量數(shù)據(jù)，同時(shí)通過短信形式將報(bào)警信息以功能代碼發(fā)送至相關(guān)人員手機(jī)中。該系統(tǒng)能夠?qū)﹂_關(guān)站一些環(huán)境參數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行情況和緊急情況處理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、反饋、管理和緊急情況自動控制。系統(tǒng)功能主要由環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備運(yùn)行、安防監(jiān)測、智能聯(lián)動以及數(shù)據(jù)平臺五部分構(gòu)成。

2.2、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.2.1環(huán)境監(jiān)測與處理

高敏煙霧監(jiān)測子系統(tǒng)采用高敏煙霧傳感器監(jiān)測開關(guān)站，其內(nèi)采用pH2.5檢測芯片，通過對空氣中pH2.5含量變化的捕捉，反映站內(nèi)煙霧情況。當(dāng)煙霧異常，系統(tǒng)將立刻聯(lián)動視頻捕捉和告警功能，并及時(shí)對相關(guān)工作人員手機(jī)以及上位機(jī)監(jiān)控中心推送告警信息。因其靈敏度遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)煙霧傳感器，提前預(yù)警效果顯著。室內(nèi)溫濕度監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測站內(nèi)溫濕度信息，當(dāng)溫濕度過高時(shí)，系統(tǒng)將啟動動力設(shè)備（風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)），直到溫濕度處于正常水平;當(dāng)溫濕度異常時(shí)間過長，將啟動告警流程，推送至相關(guān)工作人員。SF6氣體監(jiān)測子系統(tǒng)中在電纜溝、開關(guān)柜SF6易泄露點(diǎn)安裝SF6傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)站SF6含量，一旦該傳感器檢測到SF6含量超標(biāo)信號，系統(tǒng)將啟動風(fēng)機(jī)設(shè)備，開啟安全排氣通道，同時(shí)啟動告警信息推送。室內(nèi)水浸監(jiān)測子系統(tǒng)針對開關(guān)站室內(nèi)防水，當(dāng)有漏水、滲水情況，導(dǎo)致地面積水，水浸傳感器對易積水處進(jìn)行監(jiān)測，若采集到水浸信號，系統(tǒng)將啟動預(yù)警流程。電纜溝水位監(jiān)測子系統(tǒng)采用電纜溝水位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)站電纜溝水位情況，當(dāng)檢測到預(yù)警水位信號，系統(tǒng)自動啟動抽水泵工作，同時(shí)將啟動水位預(yù)警信息推送。

2.2.2設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測與處理

在柜內(nèi)母線、電纜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中，當(dāng)溫度過高時(shí)，傳感器將采集的數(shù)據(jù)通過無線方式推送給智能監(jiān)測終端，系統(tǒng)將接收到的溫度數(shù)據(jù)分析后，啟動告警流程，并推送至相關(guān)工作人員。開關(guān)站室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行負(fù)載狀態(tài)可基于設(shè)備電壓電流表獲取數(shù)據(jù)，運(yùn)行負(fù)載可實(shí)時(shí)顯示，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，運(yùn)行負(fù)載異常情況下，啟動告警流程。

2.2.3安防監(jiān)測與處理

門禁監(jiān)測子系統(tǒng)對站門進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)門被打開時(shí)，系統(tǒng)接收開門信號，自動啟動風(fēng)機(jī)15min，并同時(shí)啟動視頻錄像功能，對站門狀態(tài)及進(jìn)入人員進(jìn)行視頻圖像信息存儲，該信息可進(jìn)行回放、查看等。該遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭組成，用于對站內(nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，供遠(yuǎn)程的終端使用。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可針對室內(nèi)有運(yùn)動物體進(jìn)行跟蹤偵測、記錄保存，同時(shí)對重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域?qū)崿F(xiàn)邊緣化數(shù)據(jù)分析，回傳差異視頻或圖片。

總而言之，當(dāng)站內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)，能夠智能聯(lián)動相關(guān)處理設(shè)備，將異常情況解決在萌芽狀態(tài)。同時(shí)，智能聯(lián)動設(shè)備無法處理的異常情況，將通過告警流程，把異常情況第一時(shí)間告知相關(guān)負(fù)責(zé)人，做到精準(zhǔn)檢修，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更加可靠及安全的遠(yuǎn)程管理和操控。

參考文獻(xiàn)：

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