光伏电站远程视频监控系统解决方案.docx

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光伏电站远程视频监控系统解决方案

光伏电站远程视频监控系统

解决方案

图表

第1章概况

1.1项目背景

目前中广核太阳能开发有限公司在建太阳能项目有甘肃敦煌项目，青海锡铁山项目，宁夏青铜峡项目，西藏桑日项目，计划于2020年建设规模为300万KW，建设考虑五年内建设20个太阳能电站的规模。

光伏电站大都地处人烟稀少、环境恶劣的地区，给维护管理带来了诸多不便。

电力“四遥”功能（遥控、遥信、遥测、遥调）的普及，使无人值守模式在各地电力系统得到大力推广，为电力部门节约了人力资源，提高了管理效率，提升了经济效益。

当电站设备需要保养或发生故障时，工作人员才会到现场。

因此针对无人场所的盗窃案件时有发生，由带电设备引发的火灾也屡见不鲜，防盗、防火成了安全工作的重中之重；同时监控中心还需实时掌握电站设备的现场运行情况。

根据公司发展的需要，需在公司总部设一图像监控中心，用于对公司各个太阳能电站内进行联网视频监控。

1.2需求分析

根据我们对电力系统现状的调研及对光伏电站的理解，需求分析如下：

1）实现北京总控中心对各地光伏电站的联网监控；

2）光伏电站地处四省，以往建立电力专网的方式不太现实，只能依托运营商线路组建监控网络；

3）除了总控中心的工作人员，部分负责人也需在办公室对现场进行管理；

4）视频监控系统用于安全防范，毕竟作用有限，需与生产管理（EMS系统、会议电视系统）紧密结合。

1.3设计目标

我们将建立一套适应光伏电站联网监控需求的现代化综合监控系统，对运行、业务、设备等进行统一、集中管理，实现以下目标：

1）依托运营商的线路建立稳定的监控网络；

2）北京总控中心集中统一管理所属光伏电站的视频监控系统；

3）MIS网内用户可以通过授权访问光伏电站的视频资源；

4）视频监控系统可与总控中心EMS系统进行对接，获取远动信息进行联动，实现电网调度的可视化。

5）系统具有开放性，会议电视系统可以调用相关视频。

1.4设计原则

随着信息技术的飞速发展，新技术不断涌现。

变电站综合监控系统，必须是高性能、可扩展的计算机网络体系结构，以便支持今后不断更新和升级的需要，从而保护投资。

同时本方案以满足实际应用为出发点，设计时主要遵循以下原则：

●可靠性

系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，只有可靠的系统，才能发挥有效的作用。

本方案从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都将持续秉承系统可靠性原则，均采用成熟的技术，具备较高的可靠性、较强的容错能力、良好的恢复能力及防雷抗强电干扰能力。

同时系统的使用不能影响站内被监控电气设备的正常运行。

●先进性

在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，包括先进的传输技术、图像编码压缩技术、视频智能分析技术、存储技术、控制技术，另一方面使系统具有强大的发展潜力，设备选型与技术发展相吻合，能保障系统的技术寿命及后期升级的可延续性。

●扩展性

系统应充分考虑扩展性，采用标准化设计，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，科学预测未来扩容需求，进行余量设计，设备采用模块化结构，便于系统扩容、升级。

系统加入新建变电站时，只需配置站端系统设备、建立和上级调度的连接，在管理平台做相应配置即可，软硬件无须做大的改动。

●经济性

整个系统的设计要在满足功能、性能要求的前提下，使系统的建设费用降低。

即充分利旧，在原有系统基础上进行改造升级，采用合理的网络结构、选用性能价格比优的设备，以最低成本来完成网络的建设。

●易管理性、易维护性

系统采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，人机对话界面清晰、简洁、友好，操控简便、灵活，便于监控和配置；采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。

●安全性

综合考虑设备安全、网络安全和数据安全。

在站端采用完善的安全措施以保障站端设备的物理安全和应用安全，在站端与监控中心之间必须保障通信安全，采取可靠手段杜绝对站端设备的非法访问、入侵或攻击行为。

数据采取站端分布存储、监控中心集中存储管理相结合的方式，对数据的访问采用严格的用户权限控制，并做好异常快速应急响应和日志记录。

1.5设计依据

所有设备的设计，制造，检查，试验及特性除本规范中规定的特别标准外，都应遵照适用的最新版IEC标准和中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）等相关的行业标准规范。

1）电力系统设计方面：

●《电力系统实时数据通信应用层协议》（DL476-92）

●《远动终端设备》（GB/T13729-2002）

2）安防视频监控系统设计方面：

●《中华人民共和国公安部行业标准》（GA70-94）

●《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）

●《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）

●《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）

●《安全防范系统通用图形符号》（GA/T75-2000）

●《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）

●《电线电缆识别标志方法》（GB/T6995）

●《全介质自承式光缆》（YD/T980-1998）

●《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）

●《入侵探测器通用技术条件》（GB10408.1-89）

●《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663-90）

●《报警图像信号有线传输装置》（GB/T16677-1996）

3）视频监控图像质量方面：

●《电视视频通道测试方法》（GB3659-83）

●《彩色电视图像质量主观评价方法》（GB7401-1987）

4）视频系统网络设计方面：

●《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）

●《计算机信息系统安全》（GA216.1－1999）

●《计算机软件开发规范》（GB8566-88）

5）视频系统工程建设方面

●《智能建筑设计标准》（GB／T50314－2000）

●《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

●《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）

●《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）

●《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）

●《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

●《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）

●《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）

第2章系统总体设计

2.1设计思路

光伏电站远程视频监控系统是集硬件、软件、网络于一体的大型远程视频监控系统，以电力行业平台软件iVMS-8800为核心，在北京总控中心实现对各地光伏电站的全方位管理。

因本项目需监控的光伏电站地处四省，同时需考虑五年内还将建设20个光伏电站，遍布中国太阳能资源丰富的区域，以往电力系统或地市级联网项目中采用电力专网的方式不适用于本项目。

考虑到整个视频监控租借专线的费用较高，将采用专网加公网形式，光伏电站到当地电信运营商服务器采用专网形式，带宽为2~4M，北京总部到当地电信运营商服务器采用专网形式，带宽为10~20M，其余全部采用公网。

各地电站的分控中心可对现场进行实时监控，便于及时发现情况，大大减轻工作人员的工作量；北京总部的视频监控中心可定期对现场进行远程巡检，从而掌握现场情况。

用户可通过C/S、B/S方式模式进行实时监控，C/S方式功能强大，需要安装软件；B/S方式操作方便，直接采用浏览器访问。

平台软件按照业务需求对监控资源进行逻辑划分，按照用户等级进行授权，并根据不同授权获得相应信息。

视频监控系统还需接入电力MIS网，供相关职能部门及远程调度监控中心的用户使用，有效利用带宽资源，避免重复建设。

用户根据授权可实时预览、云台控制并对视频录像进行检索、回放和下载，并与EMS系统进行系统关联，实现电网调度的可视化。

为了充分体现资源的共享性，还可供会议电视系统调用，而无需额外建设投资。

2.2系统结构

图表1光伏电站远程视频监控系统拓扑图

2.3系统组成

光伏电站远程视频监控系统由站端系统、传输网络、主站系统这三个相互衔接、缺一不可的部分组成。

2.3.1站端系统

站端系统主要由前端摄像机、H-DVR（模数混合DVR）、管理服务器、网络设备组成，主要负责对站内视频信息进行采集、编码、存储及上传。

H-DVR可按需接入站内入侵报警系统、火灾报警系统的开关量报警信号，并在设备内配置联动规则，一旦收到报警信号，能自动执行联动预案。

同时H-DVR还可接受总控中心平台下放的联动指令进行自动化联动。

2.3.2传输网络

光伏电站远程视频监控系统承载于运营商网络，采用专网加公网形式，光伏电站到当地电信运营商服务器采用专网形式，北京总部到当地电信运营商服务器采用专网形式，其余全部采用公网。

光伏电站内采用局域网通信，北京总控中心的局域网用户可通过企业MIS网，对现场进行实时监控。

2.3.3主站系统

主站部署在北京总部的视频监控中心，可管理下属光伏电站的所有设备，接收由所辖电站上报的信息，满足主站用户视频预览、云台控制、录像回放等需求。

2.4功能设计

随着电网调度信息化建设的不断深入，远程视频监控系统除满足原有基本功能外，被赋予了许多新的要求。

系统应具备如下功能：

●实时视频监视

通过视频监视可以实时了解电站内设备的信息，确定升压变、断路器、刀闸、并网逆变器、太阳电池组件、交流电网的低压配电室的运行状态，以上信息通过电力EMS遥测、遥信功能都有采集，但没有视频监控可靠清晰。

视频监视的范围还包括电站户外设备场地和主要设备间，主站能了解监控场地内的一切情况。

●远程控制

通过客户端和浏览器可对所辖电站的任一摄像机进行控制，实现遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦，并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制应具有唯一性和权限性，同一时间只允许一个高权限用户操作。

除了控制站端摄像机外，还可通过H-DVR输出开关量控制灯光等系统。

●系统联动

通过H-DVR和平台软件可以对各子系统进行关联：

当入侵报警系统、火灾报警系统设备被触发时，有预置功能的摄像机还能自动转到预置点，按需设置联动录像功能；预设的报警能弹出窗口，并配合电子地图显示；还可以与EMS进行互联，操作时可以联动相应位置的摄像机，对整个电网调度过程进行全程管控。

●录像回放

对监控视频进行实时存储，记录告警前后的现场情况，记录电站内设备操作、事故检修过程；通过网络调用回放录像，提供事故发生时的资料，为事故分析和事故处理提供帮助，并为事故处理和标准化作业教学提供宝贵的资料。

●配置维护

能对H-DVR进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能。

H-DVR及摄像机提供远程访问功能，管理员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，提高的设备维护效率。

●B/S方式访问

MIS用户通过B/S（Brower/Server）方式访问站端系统，B/S方式采用标准的HTTP协议，具有很强的开放性和兼容性，完全能融合在企业MIS中。

通过标准的IE浏览器，领导和值班人员可根据不同的权限对站端系统进行配置及控制，操作界面全部为中文可视化界面，使用非常方便。

2.5系统特点

2.5.1高清监控技术

现有的视频监控系统，主要功能是记录事件的经过，在更多关键细节上做的还不够。

随着视频监控技术的高速发展，用户对于视频监控产品的要求也在不断提高，“让我们看得更清楚”是许多用户提出的一个非常迫切的需求。

在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代，高清监控已成为未来安防行业主要发展技术之一。

关于“高清”的定义，最早来源于数字电视领域，美国电影电视工程师协会提出了高清电视（HDTV）标准，分辨率需达到720p以上。

安防行业内部对于高清没有成文的标准，模拟摄像机超过480线就宣称为高清，经数字编码后分辨率可以达到D1或4CIF；当IP摄像机出现后，分辨率满足720p才能称为高清。

完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、浏览、显示等各环节都满足高清标准。

高清视频监控相比标清视频监控具有明显的技术和应用优势：

●图像清晰度更高，在电站的一些重要监控点（重要仪表的监视），应采用高清摄像机可以获取高清晰度的监控画面，能更清楚地呈现仪表读数。

●高清监控技术的采用，使场景覆盖范围更广，减少单位面积监控点的数量，可以提高监控效能，减少设备投资。

●使细节更清晰，大大提高智能视频分析的精度，有利于图像识别和智能视频分析的应用。

比较高清监控和标清监控后，为了使远程视频监控系统更好的为可视化管理服务，用户对高清监控提出了迫切的需求，如在电站内看清被监控设备的细节（闸刀是否可靠合闸）是很重要的。

网络高清球机的使用可以大大提升综合监控系统的应用价值。

2.5.2专用平台软件

电力系统由于前端变电站数量庞大，一般都分布在多个地域，单级系统的部署已不能满足要求，需采用多服务器分布部署甚至多级级联的方式来实现。

海康威视电力专用平台软件iVMS-8800，是我们根据电力系统的行业特点开发而成。

软件可以支持超大规模的部署，能满足电力系统多级监控的应用需求。

软件采用模块化构建方式，可应需裁剪；采用WebService作为对外的服务接口协议，方便二次开发商集成；方便的增值业务集成；统一的平台内部协议；统一的部署和管理。

第3章站端系统设计

3.1站端概述

站端系统主要由前端摄像机、H-DVR（模数混合DVR）、管理服务器、网络设备组成，以H-DVR为核心，主要负责对站内视频信息进行采集、编码、存储及上传。

图表2站端系统拓扑图

3.2H-DVR

站端系统以H-DVR为核心，H-DVR通过BNC接入模拟摄像机，通过以太网接入IP摄像机并进行管理。

除了视频信号，设备可通过开关量输入入侵报警、火灾报警信号，通过开关量输出灯光控制信号。

H-DVR接收子系统上传的视频及报警信息，并进行处理、上传，工作人员可通过客户端向H-DVR发送一系列的控制指令。

1）技术介绍

本方案采用了海康威视DS-9000系列H-DVR（模数混合DVR），兼容模拟摄像机和IP摄像机，还支持网络高清摄像机的接入管理。

它既可作为DVR、混合DVR或NVR进行本地独立工作，也可联网组成一个强大的安全防范系统。

2）主要功能

●支持对电站内IP摄像机实现接入管理，并可存储录像在本地，不同通道可设定不同的录像保存周期；支持VGA/HDMI、主辅视频及辅助视频端口的本地输出；

●VGA最高分辨率可达1280*1024，HDMI分辨率最高可达1920*1080支持1/4/9/16画面预览，预览通道顺序可调；

●支持预览分组切换、手动切换或自动轮巡预览，自动轮巡周期可设置；支持预览的电子放大；

●可屏蔽指定的预览通道；

●支持视频移动侦测、视频丢失检测、视频遮挡检测、视频输入异常检测；

●支持视频隐私遮盖；

●支持多种主流云台解码器控制协议，支持预置点、巡航路径及轨迹；

●云台控制时，支持鼠标点击放大、鼠标拖动跟踪功能。

●根据入侵报警、火灾报警系统输出的报警开关量，实现报警联动：

报警信息上传中心、触发报警开关量输出、调用预置位、启动报警录像等；

●根据主站平台下发的联动指令，与EMS系统实现联动，当进行电网调度操作时自动调用该区域内摄像机的预置位，监视设备是否正常动作；

●支持NTP（网络对时）协议、SADP（自动搜索IP地址）协议、SMTP（邮件服务）协议、NFS（接入NAS）协议。

3）数量配置及存储计算

每个光伏电站初步计划安装20~25路摄像机，以每个站端最大25路、其中5路为720P高清考虑，需接入30路D1视频。

因DS-9016HF-SH支持接入8路模拟标清摄像机+16路IP标清摄像机（或16路模拟标清摄像机+8路IP标清摄像机），共24路D1视频，每个站端需配置2台DS-9016HF-SH，平均每台接入15路D1视频。

视频图像存储空间计算公式：

每个前端存储总容量（GB）＝【视频码流大小（Mb）×60秒×60分×24小时×存储天数/8】/1024。

以一路视频图像在7天、15天、30天所需要的占用空间估算如下：

存储天数

视频规格

7天

15天

30天

1280*720（HD720P），

4Mb码流（最佳显示效果）

295.31

632.81

1265.63

720*576（D1），

2Mb码流（最佳显示效果）

147.66

316.41

632.81

电站内的视频很多需连续存储30天，以15路D1接入为例，根据计算得出需要9492GB，实际配置时还需要考虑格式化开销，每台建议采用6块2TB硬盘。

3.3站端摄像机

站端摄像机是整个远程视频监控系统的视频信号源，主要负责对全站主要电气设备、安装地点及周边环境进行全天候的视频监视，同时能与其它子系统进行报警联动，满足生产运行对安全、巡视的要求。

站端摄像机的监控范围大小、视频采集质量将影响整个视频监控系统的质量，应结合电站实际监控需要选择合适的产品和技术方法，保障视频监控的效果。

我们在选择摄像机时可参考以下原则：

●围墙监控可采用高速球机，越界报警联动平台弹视频窗口时，由于围墙范围广，便于联动预置位及时看清可疑目标。

●全景监控（主控楼顶）可采用高速球机，实现大范围监控的需要；根据客户需求，也可选用高清球机。

●场地监控，可采用高速球机，实现大范围监控的需要。

●室内监控，如需对细节进行监控，可选用高清球机。

●模拟摄像机的清晰度应达到480线以上，网络高清有效像素达720p以上。

●需要夜间摄像的监控点，为保障夜间低照度条件下的清晰度，采用的摄像机应具有彩转黑、低照度（彩色≤1.0LUX、黑白≤0.01LUX）功能。

●室外球需达到IP66防护等级。

根据以上选型原则，电站内建议采用海康威视以下机型。

序号

监控位置

部署摄像机类型

设备选型

1

场地

6寸高速智能球机

DS-2AF1-613X

2

全景及室内

130万像素5寸网络高清智能球机

DS-2DF1-572

3.4管理服务器

安装有站端客户端软件，可以查看、配置、修改站端系统的参数，同时总控中心的中心服务器可与各子站管理服务器实现互联互通。

考虑监控系统的稳定运行，管理服务器可采用工作站，建议配置可参考下表：

设备

配置

工作站

处理器：

不低于酷睿2双核E7400档次（主频≥2.5GHz，L3≥4MB）；

内存：

≥4GB；

硬盘：

≥300GBSATA硬盘；

网络：

≥1个10/100/1000M自适应网口；

显卡：

独立3D显卡，板载显存≥256M。

3.5配套设施

3.5.1安装方式

3.5.1.1立杆安装

根据所需监控的范围、角度、场景以及现场条件来选择摄像机的安装方法，场地摄像机的安装固定以立杆为主。

杆底端焊接固定法兰盘，预留拉线孔，地基应是硬质，同时根据现场安装点的地质的实际情况，调整相应的尺寸。

立杆的安装应牢固，不得歪斜，需用水平仪来测定；制作要美观，其顶部应做防水帽。

立杆应有较高强度，抗台风、防摄像机抖动、防攀爬、防腐。

3.5.1.2支架安装

对于室内摄像机，除了吸顶安装，大都采用支架安装，摄像机支架的选择必须满足荷重要求，同时具备防锈防腐功能，安装应牢固，不得歪斜，制作要美观。

3.5.2补光灯

对于采光条件比较差的场所，以及夜晚低照度环境下的监控需要，为了保障监控质量，需要在监控点配置补光灯，在监控现场环境及设备时开启周围的灯光。

平台软件可远程控制电站的灯光，通过H-DVR开关量输出控制站内灯光的方法进行室内照明。

采用监控系统控制站内灯光的方法进行室内照明存在的最大问题是要解决远程控制与本地控制之间的关系，需要改造站内的灯光开关，改造后主站可以远程控制开灯，本地可以关闭，反之本地开灯，远程也可以关闭，同时系统可以设置定时开关灯、报警时自动开灯、延时关灯等。

灯光智能控制示意图如下：

图表3灯光控制示意图

3.5.3防雷

由于电站内具有强电场、磁场影响、以及雷击的威胁，容易对视频数据通信等信号产生干扰。

夏季是雷雨多发季节，摄像机工作在比较空旷的环境下，加上处于电站高压环境下，容易遭到雷电袭击和感应雷干扰，摄像机容易被破坏。

为确保综合监控系统可靠、稳定地运行，系统需进行合理、优化的防雷设计，具体从以下方面考虑：

●避雷针

对于支架安装的摄像机，由于位置较高，可能会受到直击雷的危害，因此需安装避雷针，采用扁钢或其他等效导体作为引下线，泄放雷击放电电流。

避雷针的架设需要综合考虑周边环境进行设计，确保视频监控站端设备（摄像机、终端盒）处于直击雷防护范围内。

●接地

摄像机外壳、摄像机支架及场地终端盒等应进行可靠接地，接入变电站接地系统。

●线缆防雷器

为进一步提高系统的抗雷击能力，除设备需具备防雷功能外，电源线应满足三级防雷要求，弱电线路应采取防浪涌措施。

各类可能引入雷击的线缆应加装各种防雷器。

对于模拟摄像机，建议采用三合一（电源、视频、485线缆）防雷器；对于IP摄像机，建议采用单相电源防雷器及机架式网络信号防雷器。

3.5.4抗干扰

远程视频监控系统较之其他监控系统更易产生各种干扰，干扰源会通过传输线缆进入监控系统，造成视频图像质量下降、数据采集不精确、系统控制失灵、运行不稳定等现象。

因此研究电站综合监控干扰源的性质、了解对综合监控系统的影响方式，以便采取措施解决干扰问题，对提高综合监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益。

目前电站的易受干扰的信号主要有：

模拟摄像机的视频信号及控制信号，IP摄像机的数字信号。

一般干扰通过网线、RS-485通讯线、同轴电缆进入系统。

抗干扰需从以下方面考虑：

1）系统采用的设备均按工业标准设计，能抗强电磁干扰，采用抗干扰能力强并经过DSP处理的摄像机。

2）对设备采用屏蔽的措施增强设备的抗干扰能力，场地终端盒及摄像机应采用全金属外壳，并可靠接地。

3）对设备可靠接地来抗干扰，将工作地和保护地严格分开，柜内设备采用铜芯绝缘导线或电缆引入到机柜接地母排上，机柜接地母排再通过绝缘电缆就近连接到变电站接地系统上，室外摄像机等设备就近接入变电站接地系统。

4）传输通道采用光缆，光缆的不导电性，可有效的避免来自变电站环境的各种电磁干扰、雷击和浪涌过电压、操作过电压及静电干扰等。

5）从抗干扰效果的角度讲，采用在主控室集中向前端设备提供交流220V，交流220V通过浪涌抑制保护器后再给前端设备供电，可有效避免来自电源的干扰和浪涌冲击。

第4章传输网络设计

4.1系统网络

光伏电站远程视频监控系统承载于运营商网络，采用专网加公网形式，光伏电站到当地电信运营商服务器采用专网形式，北京总部到当地电信运营商服务器采用专网形式，其余全部采用公网。

虽然光伏电站与总控中心到当地运营商都是通过专网传输，具有固定IP，但其余全部采用公网，安全性较差，易受黑客攻击。

为了确保远程视频监控系统的安全性，可使用VPN（虚拟专用网）。

VPN是通过公网建立一个临时的、安全的连接，可以对数据进行加密，达到安全使用互联网的目的。

VPN是对企业内部网的扩展，可以帮助远程用户、公司分支机构同公司的内部网建立可信的安全连接。

4.2站端网络

在站端系统中存在有多种网络设备，H-DVR、IP摄像机，但只有一个对外IP，为了实现