变电站辅助控制系统提升系统运行管理效率

变电站辅助控制系统提升系统运行管理效率

一、总体介绍

1.1     概述

变电站辅助控制系统是一套“集成化"、“数字化"、“智能化"的安防综合管理集成平台，整合了在线监测、视频监控、可视对讲、动力环境、安全警卫、门禁、设备控制、火灾报警等子系统，并对实现一个平台下多个子系统的统一管理与相互之间的联动，真正实现了“一体化、智能化"管理，大大提升了整个系统的运行效率。

变电站辅助控制系统是自主研发的基于SOA系统架构的集成多系统的联网平台，采用先进的软硬件开发技术，解决了系统集中管理、多级联网、信息共享、互联互通、多业务融合等问题。

变电站辅助控制系统主要面向电力能源行业，通过资源抽象、统一接入等技术手段实现对多个业务系统的一体化集成展示，大大减少了日常运维的难度和工作量，提高了系统运行管理效率，为安全生产提供了直观有效的技术支撑。

1.2    变电站辅助控制系统平台软件技术标准

本软件的设计功能、性能指标满足行业相关标准、规范规定（包括但不限于）的要求：

◆ GB/T28181-2011 《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》

◆ 国家电网公司企业标准（Q/GDW 517.1-2010） 《电网视频监控系统及接口》

◆ DL/T860-2016  《电力自动化通信网络和系统》

◆ DL/T634.5104-2009 《远动设备及系统》

◆ IETF RFC 2068 《超文本传输协议（HTTP）》                                                

◆ IETF RFC 2326《实时流媒体传输协议（RTSP）》                                    

◆ IETF RFC 3261《会议初始化协议（SIP）》                                                

◆ IETF RFC 3550《实时传输协议（RTP）》                                          

◆ IETF RFC 3551《实时传输控制协议（RTCP）》                                

◆ ITU H.264《视音频编解码标准》                        

◆ ITU-T G.711《音频编解码标准》    

◆ ITU-T G.722《音频编解码标准》                      

◆ ITU-T G.726《音频编解码标准》

二、总体设计

2.1    变电站辅助控制系统平台软件业务组成

业务功能组成图

变电站辅助控制系统遵循SOA理念，采用模块化、插件化设计，业务功能按需组合，具备冗余部署能力，保证系统业务高可用。从技术结构上主要分为以下几个层次：

1)    基础接入层。对操作系统、数据库、安全加密、设备接入及多媒体协议的封装，屏蔽差异，兼容多厂商、多种类、多协议的各种异构硬件，实现上层应用的平台无关性，提高运行效率和系统兼容性。

2)    平台服务层。在平台服务层除了提供授权认证、设备管理、报警管理、数据采集、设备控制、流媒体转发服务、存储服务、联动服务等，还提供第三方系统接入服务和平台互联管理服务，支持平台互联互通。

3)    业务层。通过常用业务的归纳、封装，提供了视频、报警、设备控制、数据采集、查询统计、系统管理等RESTful API形式的业务接口，方便展现层及第三方系统调用。

4)    展现层。通过API接口调用业务层提供的各种服务接口，将具体功能展现给最终用户。

2.2    平台组成

1)    中心管理服务。作为云平台的承载服务，是整个系统的核心组件，能够提供统一的认证、授权、管理服务。作为管理服务器，对系统内的用户、角色、权限、视频监控设备、进行集中配置管理；作为应用服务器，提供各类安防监控业务，提供完善的日志管理和审计功能。  

2)    流媒体服务。支持实时视频数据的转发及分发；支持存储数据的回放 点播(VOD)；支持QoS管理，对带宽进行合理使用；支持用户和事件的优先级管理；支持级联和分布式部署；支持视频流相关的统计信息。

3)    存储服务。支持集中云存储管理模式，也支持DVR存储的分布式存储方式；支持PB级海量音视频数据存储、快速检索及智能后检索；支持灵活的备份策略。

4)    报警功能服务。

报警功能服务是平台最核心的业务模块之一，统一管理视频报警、动力环境数据报警、报警主机报警、门禁报警、消防报警及其他方式触发的报警等。

报警功能服务可以直接接收处理设备上报的报警事件，也可根据预设规则对从设备端采集的状态数据进行分析确认。

报警功能服务接收到新的报警事件后，基于消息队列负责对系统中所有订阅的服务及用户进行消息推送。

5)    设备代理服务

采用插件机制，接入各类设备，接收、传输、控制各类媒体信令流，简化设备接入应用开发，对上层提供标准统一的接口，对下完成设备的配置和控制。

根据应用场景，分为IO设备代理服务和流媒体代理服务两种。

三、变电站辅助控制系统提升系统运行管理效率平台特点

1)     高可靠性

平台内部的关键服务均支持主备或多主模式部署运行，可有效防范因硬件或网络故障引起的系统异常。

平台内部服务的高可靠性则采用了状态监测、强制恢复、服务迁移等多种机制。所有服务基于SOA消息总线进行数据交互，各服务定期上报各自的运行状态，中心管理服务负责汇总监视服务运行状态，一旦发现异常立即处置异常服务，并通知其他相关服务做好应付准备。针对单机模式运行的异常服务，在重启完成后相关服务自动恢复对接；针对多机运行的异常服务，相关服务则选择主动切换服务。中心管理服务在多次重启异常服务后，如仍无法保证系统整体功能运行正常，则会主动重启服务器。

平台内所有服务都具有错误检测和恢复机制，出现服务不可用、数据库或网络故障情况时，能够自动激发恢复机制，周期性尝试恢复正常状态。

同时，平台还专门设计了软件看门狗服务，由它负责监视中心管理服务的运行状态及异常处理。软件看门狗服务功能单一，自身可靠性高，从而确保平台可达到电信级7*24小时可靠运行，为用户提供可靠的服务。

2)    扩展性好

采用模块化设计，平台中的各个服务可运行在一台服务器上，也可分布在多台服务器上。

系统中的某项业务功能可配置成由服务的单个实例完成，也可配置成由多个实例共同分担完成。例如：流媒体服务负责接入1000台NVR设备，可配置在1台服务器上完成，也可配置在2台服务器上，每台服务器的流媒体服务实例各负责接入500台。

3)    开放度高

采用统一的设备接入规范和插件机制，完成对视频、报警、动环、消防、门禁等各类设备接口的差异性屏蔽和整体接入，新设备加入平台只需按接口规范完成插件开发，在配置后即可接入平台。

采用RESTful API形式开放平台所有的业务接口，结合SDK或控件可完成客户端已实现的所有功能。

4)     标准化程度高

采用标准的国际规范和协议，可以方便与其它业务系统对接，方便进行二次开发。平台内部视频设备或系统对接支持ONVIF/GB-28181/国网B接口等国际或国家标准，报警、动环、消防设备或系统对接支持IEC 61850/IEC 104/MODBUS RTU/TCP等国际或国家标准。

5)    多级平台级联

满足大型系统多级垂直管理的组网方案，方便建立多级管理，平台采用的域技术使得级联可以自顶向下实施，也可以从下向上逐级联网，可以满足各地区先单独组网、上级再集中联网的建设方式。

四、主要功能

4.1    报警联动

报警联动适用范围包括：周界报警、门禁报警、移动侦测报警、温湿度报警、视频报警、设备及服务器故障报警、人员定位报警等。

平台支持一点报警多摄像机视频联动、多设备控制联动、支持用户布撤防、手动消警，按计划自动自动布撤防、设置报警取消延时等功能。

报警发生可自动触发一系列的响应动作：

1)发出报警提示音；

2) 弹出报警提示窗口，实时通知用户；

3)真人语音播报；

4)自动切换至相应摄像机视频图像，有预置位的自动切换至预置位，同时监测画面OSD叠加报警信息；

5)抓拍联动抓拍摄像机视频图像，通过短信、ftp、邮件等方式上传服务器；

6) 联动控制设备，如启动现场照明、警笛、风机、门等；

7)启动报警录像，方便以后根据报警信息检索回放相应的图像录像；

8)生成报警事件记录。

4.1.1    常见联动预案

1)    安全警卫报警联动

通过电子围栏、红外对射，小动物探测器等触发入侵报警，联动打开视频图像进行抓拍与录像，实时播放告警语音、联动警笛发声警示、发送提醒短信。

2)    环境量告警联动

温度超限告警，平台通过接入的空调控制器，自动控制对应空调进行开机制冷或者制热；湿度超限告警则联动相应区域的风机或者除湿器进行除湿，发送提醒短信。

3)    有害气体联动

检测到SF6，H2S,O3,CO等有害气体浓度超标后，联动风机进行通风，发送提醒短信。

4)    刀闸动作视频联动

后台服务监测到刀闸开关动作信号时，主动打开对应的照明灯光，自动弹出关联的视频，调用预置位转到预定角度位置，观看开关刀闸的实时闭合状态。

4.2    查询统计

4.2.1    报警事件查询

事件记录查询界面截图

可按照时间、地点、报警类型等多种组合方式查询历史报警信息。显示历史报警信息，包括报警的名称、区域名称、类型、报警类型、报警级别、发生时间、状态、描述、确认状态、确认人、确认时间等。

4.2.2    模拟量数据记录查询

历史环境数据记录查询界面

可按照资源子类型、时间、报警状态等多种组合方式查询历史模拟量数据记录。查询结果以列表和图表方式显示，内容包括模拟量节点名称、区域名称、类型、数值、报警状态、事件类型、事件子类型、事件发生时间、更新时间等。

4.2.3    进出记录查询

人员进出记录查询界面

可按照门节点、进出人员姓名、卡号、进出方向、操作类型、时间、报警状态等多种组合方式查询人员进出记录。查询结果以列表方式显示，内容包括门名称、区域名称、门状态、方向、操作类型、操作人员、卡号、人员部门、发生时间等。

4.2.4    操作日志查询

操作日志记录查询界面

系统记录用户的操作信息，并提供查询功能，能够对用户的操作进行追溯。提供按操作类型、用户、时间段、事件类型多个搜索条件的查询。

4.3    系统网管

平台能够统一管理监视系统中服务器及设备的运行状态，实时上报异常情况。

对于中心服务器，对服务器及后台运行服务进行监视并分析系统性能，包括：CPU负荷率、内存使用率、磁盘使用率等。

对于系统内接入的前端设备，对于各子系统整体运行状态、单个设备运行状态等进行监视。

系统服务状态监测界面

监控设备状态监测界面

视频接点状态监测界面

数据节点状态监测界面

控制节点状态监测界面

五、运行环境

5.1    硬件环境

5.1.1    服务器

1)小型规模

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

   内存：4G DDR3及以上内存；

   网卡：Intel 1000M NIC*2；

2) 中大型规模

   CPU：Intel Xeon E5620 2.4GHz及以上；

   内存：4G DDR3及以上内存；

   网卡：Intel 1000M NIC*2；

5.1.2    客户端工作站

   CPU：Intel /AMD双核，2.4GHz及以上；

   内存：4G DDR3及以上内存；

   网卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的网卡；

5.2    软件环境

5.2.1    操作系统

后台管理服务建议使用Windows Server 2008(32/64)或Windows Server 2012操作系统；

客户端建议使用Windows 7或Windows 10操作系统；

BS客户端推荐使用IE8-IE11。

5.2.2    数据库

平台缺省使用MySQL，虽然也可兼容其他主流数据库系统，考虑到兼容性因素，非特殊情况下不建议更换到其他数据库管理系统。

支持的数据库：MySQL、SQL Server、Oracle。

六、性能指标

6.1    系统容量

1）前端设备

－ 可管理的摄像机数量：≥30000台。

－ 单台流媒体服务器并发转发视频数量：≥300路（2Mb/s码流）。

－ 单台报警功能服务器每秒转发消息数量：≥500条。

2）用户管理

－ 可管理的最大用户数量：≥3000。

－ 同时在线用户数：≥1500。

6.2    实时性

－ 理想网络情况下，实时视频、音频数据传输时延< 1000ms。

－理想网络情况下，视频图像切换响应时延<1s。

－理想网络情况下，云台控制转动响应时延<1s。

－理想网络情况下，报警触发后，在监控中心内触发并启动视频显示和记录所需的直接联动响应时间<2s。

七、案例展示

GIS局放监测

SF6微水密度监测

SF6气体浓度监测

避雷器在线监测

历史报警

历史数据

实时视频

录像回放