顏 昕

（國網(wǎng)南京供電公司，江蘇 南京 210000）

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市的工業(yè)和民用負荷增長很快，對供電企業(yè)安全可靠供電的要求也越來越高。但由于小區(qū)變電站分布廣、數(shù)量大，供電企業(yè)往往難以及時發(fā)現(xiàn)其運行中出現(xiàn)的問題，致使因其設備故障或事故導致用戶停電的情況時有發(fā)生。由于計算機和通訊技術的發(fā)展，加之人們對自動化理論認知的深化，一種基于無線公網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)解決了小區(qū)變電站難以有效管理這一長期以來困擾供電企業(yè)的難題，并已經(jīng)在實際應用中取得了良好的效果。

1 小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)的作用

小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)在小區(qū)變電站可實現(xiàn)以下監(jiān)控作用。

(1)將安保和消防等功能融為一體。針對當前小區(qū)變無人值守的狀況，通過增加防盜報警、火災報警、SF6氣體泄漏報警、缺氧報警等功能，及時將小區(qū)變的異常情況告知運行維護人員，以及時消除事故隱患，提高運行管理水平。

(2)實現(xiàn)小區(qū)變電站運行狀態(tài)的監(jiān)測及保護。保護方式有以下幾種：過電流保護、差動保護、電流速斷保護、零序電流保護、過負荷保護。

(3)解決了電力系統(tǒng)對小區(qū)變難以集中管理的難題。通過對多個小區(qū)變無線組網(wǎng)，用1臺終端即可監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)所有的小區(qū)變，實現(xiàn)對所轄小區(qū)變集中遙信、遙測和遙控。

2 小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)組成

小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)由門禁功能、防盜報警功能、火災報警功能、SF6氣體泄漏檢測報警功能、無線遠程遙測功能、圖像顯示等功能組成。小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)采用ARM+DSP架構。ARM運行Linux系統(tǒng)，接收SF6變送器、防盜探測器、門禁讀卡器、DSP串口數(shù)據(jù)等信號，并驅動相應的空調、大門、通風機、開關柜和GPRS無線射頻模塊等設備。DSP用于控制監(jiān)控系統(tǒng)，采集現(xiàn)場圖像并通過算法壓縮圖像經(jīng)串口發(fā)送至ARM。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

圖1中最小系統(tǒng)負責采集現(xiàn)場各項檢測信號，并將采集到的現(xiàn)場檢測信號進行數(shù)模轉換、分析運算，完成相應外設驅動功能。GPRS傳輸模塊負責將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)或實時的報警信號通過無線公網(wǎng)上傳至集控中心上位機。集控中心上位機主要由監(jiān)控計算機(上位機)和監(jiān)控管理軟件組成，1臺管理終端單元可對數(shù)十個小區(qū)變電所進行集中監(jiān)控，可對各種監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分類管理，并可實現(xiàn)相應的遙測、遙信和遙控功能。

3 小波壓縮算法

小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要將變電站現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸至集控中心上位機，監(jiān)控系統(tǒng)在遇到突發(fā)情況，如防盜報警、事故異常等情況時，將及時啟動監(jiān)控視頻探頭抓拍現(xiàn)場情況。由于圖片數(shù)據(jù)量一般較大，而目前的GPRS帶寬和資費問題，有必要將圖片數(shù)據(jù)進行壓縮處理。由于圖片的二維編碼信息中包含較大的冗余細節(jié)成分，所以考慮采用小波包分析算法對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。在同樣的通信容量下，如果將圖像數(shù)據(jù)壓縮后再傳輸，就可以傳輸更多的圖像。

圖像壓縮的要求是：壓縮后的圖像要有合適的信噪比，在壓縮、傳輸、恢復過程中要求圖像的失真小。

基于多分辨分析的小波變換可以對信號進行有效的時頻分解，小波分析能夠為信號提供一種更精細的分析方法。它將頻帶進行多層次劃分，對多分辨率分析沒有細分的高頻部分進一步分解，并能夠根據(jù)被分析信號的特征，自適應地選擇相應頻帶，使之與信號頻譜相匹配，從而提高了時-頻分辨率。因此小波變換具有更廣泛的應用價值。小波分析可以表示為圖2的小波樹狀結構。

圖2 小波分解結構

在圖2中，A表示低頻，D表示高頻，末尾的序號數(shù)表示小波分解的層樹。其分解關系為：S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3。由于圖像經(jīng)過小波分解后，可得到不同分辨率的子成分，而不同分辨率的子成分對應的頻率是不相同的。對一個圖像來說，表現(xiàn)一個圖像最主要的部分是低頻部分，所以一個最簡單的壓縮方法是利用小波分解，去掉圖像的高頻部分而只保留低頻部分。

以圖3所示的小區(qū)變監(jiān)控圖片為例，采用sym3小波進行2層小波樹分解，可得到圖4所示的分解結構。

圖3 變電站監(jiān)控圖片

圖4 二維離散小波變換分解效果

考慮到算法的復雜度，采用全局閾值200，壓縮能量百分比為99.16 %，置0個數(shù)百分比為93.13 %，壓縮重構圖像如圖5所示。圖6為重構后的圖像，表1為壓縮后的數(shù)據(jù)量。

圖5 重構效果

圖6 重構后圖像

表1 壓縮后數(shù)據(jù)量

從表1可以看到，通過小波包壓縮得到的全值閾值化的壓縮圖片中，能量幾乎沒有損失，且零系數(shù)成分相對較高。對于高頻成分很多的圖像，小波分解尤其能發(fā)揮其優(yōu)勢。

4 總結

在整個小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)中使用小波壓縮后，減小了數(shù)據(jù)的傳輸量，并通過仿真驗證了小波壓縮后的圖片在數(shù)據(jù)量明顯減小的情況下能較好地保證圖像的質量。使用該小區(qū)變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能夠保障小區(qū)變的安全可靠供電，提高小區(qū)變的安全管理水平。

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