用于变电站监视系统的FPGA图像处理研究与实现

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近年来,随着国网公司智能变电站建设的不断推进,电网中越来越多的控制与信息业务需要经由电力通信设备进行传输。对于变电站中相关电力通信设备的运维水平也提出了更高的要求。由于国网公司安全规程明确规定电力通信设备不得通过互联网对其进行监控,因此只得通过视频监控平台对其进行间接状态监测。而当前国网公司在运行的统一视频监控平台主要针对一次电气设备而设置,缺乏专业针对机房内通信设备的监控平台。因此迫切需要一种专门针对通信设备监测而设计的视频监控系统,来帮助通信运维人员实现对于大量电力通信设备的远程实时监控。从上述需求出发,本文研究并实现了一种用于变电站监视系统的FPGA(Field Programmable Gate Array)图像处理算法。通过分析当前电力通信网中在运行的电力通信设备的状态面板及运行环境特点,归纳出了算法的设计原则与功能指标。进而提出了利用FPGA对通信设备面板LED(Light Emitting Diode)进行监测以实现设备工作状态监测的具体实现方案。最终利用FPGA技术实现了在通信机房暗光环境下对通信设备面板LED的状态监测。同时还将视频图像与监测结果利用上位机软件进行显示,并最后结合LED灯光状态逻辑实现了设计目标中对于电力通信设备的运行状态与故障的自动判定。针对主要研究内容通信设备的LED识别,本文在研究中提出了两种方式对其进行设计实现。一种是通过对传输图像数据中的每帧像素点进行满足设定阈值条件的行列计数,通过最终得出的列像素计数值按转换关系转换为LED监测结果;另一种方法是直接对图像数据帧进行满足颜色阈值的像素点进行统计,并根据像素点统计值与LED的转换关系输出检测结果。通过对两种检测方式进行对比测试得出,第二种方法具有较高的检测准确率及较好的稳定性。故最终采用第二种检测方式得到了正确稳定的LED识别结果输出。另外还基于C#编程语言设计了上位机结果显示软件的主要转换代码,达到了识别结果的上位机直观显示的设计目标。最后,结合电力通信设备的LED灯光状态逻辑,实现了电力通信设备运行状态与故障的自动判定。本文的研究对FPGA在电力通信设备运行状态监测中的应用做出了探索性的尝试,提出了一种通过LED状态检测来实现通信设备运行监测的研究思路与实现方案。设计并实现了一种基于FPGA的电力通信设备运行状态监测算法,对FPGA在电力系统监测领域的研究有着积极的意义与参考价值。
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