新能源電站遠程管控系統(tǒng)設計

劉 川

(南京華盾電力信息安全測評有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引言

目前，新能源電站現(xiàn)場作業(yè)人員一般根據(jù)紙質(zhì)圖紙了解現(xiàn)場設備情況，沒有對圖紙進行電子化，查詢不便，影響搶修速度。此外，由于電站故障類型多樣，對工作人員技能要求高，現(xiàn)有電站管理模式缺乏遠程監(jiān)督和指導，當工作人員遇到疑難問題時無法及時得到專家的指導，直接影響故障排查和搶修的速度；而且缺乏對現(xiàn)場工作人員的實時監(jiān)督，導致現(xiàn)場工作人員的搶修流程不規(guī)范現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴重影響維修質(zhì)量。隨著新技術(shù)的發(fā)展，人們對電力供電質(zhì)量的要求不斷提高，促使供電企業(yè)必須提高精益化管理能力，提升工作效率，不斷提高電網(wǎng)設備安全可靠供電的能力。為了解決上述問題，新能源電站將現(xiàn)今流行的新技術(shù)融到系統(tǒng)設計中，提出一個高效實用的新能源電站遠程管控系統(tǒng)。本遠程管控系統(tǒng)包括智能穿戴設備、圖像識別技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)等。

1 新能源電站管控系統(tǒng)

新能源電站管控系統(tǒng)的主要目的是對電站故障檢修過程中進行實時在線監(jiān)督和指導，提高配電網(wǎng)故障搶修質(zhì)量和過程管理信息化水平。搶修人員通過系統(tǒng)可以將現(xiàn)場語音和視頻圖像信息通過無線通信網(wǎng)絡傳輸給遠程管理中心人員，遠程管理中心人員可以實時掌握現(xiàn)場維修情況，并根據(jù)實際情況將合理的檢修方案發(fā)送給現(xiàn)場工作人員，現(xiàn)場工作人員可查看到搶修方案或者搶修工單等，并根據(jù)上級要求對現(xiàn)場設備進行搶修，同時系統(tǒng)能夠?qū)屝捱^程全程進行錄制，并將搶修結(jié)果傳輸?shù)竭h程服務器進行存儲。

2 新能源電站遠程管控系統(tǒng)模塊功能

新能源電站遠程管控系統(tǒng)由智能可穿戴設備終端、服務器以及遠程管理軟件組成。智能可穿戴設備終端硬件主要提供語音視頻數(shù)據(jù)采集、語音自動識別、信息顯示、提供數(shù)據(jù)運算等功能；服務器端主要負責語音和視頻通信控制、檢修報告單數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、運檢方案的存儲等；遠程管理軟件系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)督和指導、數(shù)據(jù)管理、遠程考勤等。新能源電站遠程管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新能源電站遠程管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 遠程對話

遠程對話主要分為語音對話和視頻對話兩個功能。現(xiàn)場與遠程管理中心進行實時視頻及語音通話，當兩個智能終端設備同時在線時，系統(tǒng)可以和現(xiàn)場工作人員共享畫面。除此之外，每一次的視頻通話會自動保存、進行回放。保存的視頻內(nèi)容會定期地清理。實現(xiàn)管理中心專家對現(xiàn)場運檢工作的指導。通過智能穿戴設備實現(xiàn)畫面的實時采集，實現(xiàn)管理中心對運檢執(zhí)行全過程進行監(jiān)管。

2.2 遠程檢修

遠程檢修主要分為生成檢修單和故障警報兩個功能。技術(shù)人員在電站現(xiàn)場利用智能穿戴設備實現(xiàn)運檢記錄的語音錄入，運檢情況拍照存檔，同時將照片插入巡檢記錄，自動生成運檢報告，并將運檢報告上傳至服務器，也可在無網(wǎng)絡期間存儲在終端，待恢復網(wǎng)絡后進行續(xù)傳。

故障預警功能[1-2]是用來提醒維護人員對設備及時維修。故障預警分為輕度預警、中度預警和重度預警。輕度預警表示設備存在問題，但是問題不大。中度預警表示設備存在嚴重問題，應該及時維修。重度預警表示設備問題很嚴重，應聯(lián)系維護團隊立馬維修。故障預警與QQ、微信、郵箱綁定，一旦存在故障問題，及時通過通信方式發(fā)送維修提醒。維修人員在接收到短信后，可選擇聯(lián)系專家陪同檢修。

2.3 遠程考勤

遠程考勤分為遠程打卡和生成考勤表兩個功能。此模塊功能結(jié)合圖像識別技術(shù)，利用生物特征識別工作員工。系統(tǒng)提前錄入所有員工的照片，員工通過人臉識別打卡上下班，系統(tǒng)會在第一時間將上下班信息保存，并生成每位員工的工作考勤表。考勤表中會自動標注出提前下班和加班的工作人員，并將提前下班和加班時間進行統(tǒng)計，方便管理人員進行管理和獎勵。

2.4 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控分為人員定位和檢測設備狀態(tài)兩個功能。每個工作人員的智能穿戴設備上都有定位功能，由于電站地理位置偏僻，為保證工作人員的安全，遠程管控系統(tǒng)應時刻了解工作人員的位置和工作路線。遠程監(jiān)控還可以與遠程對話聯(lián)動，實現(xiàn)遠程監(jiān)測設備狀態(tài)智能終端使用者隨時進行語音和視頻通信，還可以進行圖片和文檔資料接收和發(fā)送，實現(xiàn)對作業(yè)人員的遠程監(jiān)督和指導。

3 新能源電站管控所需設備說明

新能源電站管控系統(tǒng)綜合利用先進的GPS定位技術(shù)、網(wǎng)絡語音視頻技術(shù)、條碼識別技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、AR/MR等技術(shù)，提升運維巡檢過程管理，實現(xiàn)以“安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟”為目標的智能運維巡檢模式。可廣泛應用于光伏電站、風電場、變電站的巡回檢查，設備倒閘操作、異常問題處理、設備維護、檢修、試驗等業(yè)務。

智能頭盔由照明工具、可見光攝像頭、耳麥、腰掛式無線收發(fā)器、供電電源構(gòu)成。其中，無線收發(fā)器支持音頻、視頻和數(shù)據(jù)傳輸功能，并且根據(jù)使用環(huán)境配套不同的網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)視頻采集、語言對講功能；照明工具提供強光照明，便于夜間工作。

手持巡檢終端基于Android系統(tǒng)的設備(采用三防手機)研制移動終端應用，提供巡回檢查、設備倒閘操作、設備異常情況處理、維護、檢修、試驗等業(yè)務相關(guān)的各種功能應用。

紅外熱成像測溫儀與手持巡檢終端通過WiFi連接，具有重量輕、操作簡單、溫度分辨靈敏度高、安全方便等特點。

巡檢管理平臺基于安全管理和標準規(guī)范體系建立，包括設備層、支撐層和業(yè)務層。其中，設備層是由智能頭盔、無線通信網(wǎng)絡、集控室服務器等組成；支撐層是由多媒體通信平臺、視頻監(jiān)控平臺、地理信息平臺和數(shù)據(jù)接入平臺組成；業(yè)務層是由移動終端應用和巡檢管理系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺各層次結(jié)構(gòu)

4 技術(shù)難點

4.1 系統(tǒng)的抗環(huán)境噪聲和電磁干擾能力

系統(tǒng)工作穩(wěn)定性受工作環(huán)境影響較大，高電壓強電磁場、作業(yè)過程中大風等天氣因素都會嚴重干擾智能終端對語音信號識別的準確性。因此，語音降噪是新能源電站遠程管控系統(tǒng)的研究重點和難點。

4.2視頻通信的實時性

系統(tǒng)基于4G、5G和無線移動網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的遠程傳輸，由于電站的地理位置移動通信信號較弱，信道質(zhì)量不好，導致信道容量較小，進而導致系統(tǒng)延時。為了降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)的實時性，視頻壓縮和重構(gòu)是本新能源電站遠程管控系統(tǒng)的研究重點和難點。

5 系統(tǒng)技術(shù)難點研究

5.1 語音增強

為了降低噪聲對語音信號的干擾，提高語音信號的信噪比，在系統(tǒng)設計中使用基于仿生小波變換和陣列麥克風的語音增強方法。它包括的內(nèi)容有：構(gòu)建仿生小波變換閾值函數(shù)，采用人工蜂群算法尋找最優(yōu)閾值，利用構(gòu)建的新閾值函數(shù)和最優(yōu)閾值實現(xiàn)語音信號初步去噪，然后利用陣列麥克風對去噪聲的多路語音信號進行融合。

5.2 視頻壓縮和重構(gòu)

系統(tǒng)在進行語音和視頻通話的過程中受網(wǎng)速影響較大，為了降低系統(tǒng)的延時性，需要對采集到的視頻信號進行壓縮后再傳輸，接收端對壓縮后的視頻圖像信號先進行重構(gòu)再顯示[3]，降低通信過程中視頻信號的數(shù)據(jù)量，保證視頻通話的順利進行。

SAMP算法是重構(gòu)算法中應用最廣泛的算法，因為該算法可以在未知稀疏度的條件下進行對信號的重構(gòu)。SAMP算法在迭代初始階段設定一個階段數(shù)stage=1以及步長s，并在開始時將估計稀疏度值設定為1，每次迭代通過階段數(shù)控制估計稀疏度值的增長。如公式1和2所示：

stage=stage+1

(1)

Lk=stagek×x

(2)

其中l(wèi)為估計稀疏度值，k為迭代次數(shù)。在每次迭代中估計稀疏度值都增加一個步長大小，直到估計稀疏度值與真實稀疏度值相近時，將信號重構(gòu)出來。

6 項目設計原則

6.1 系統(tǒng)的可拓展性

系統(tǒng)在整體設計的過程中，會隨著項目的需求變化而變化，項目需求具有不確定新，因此在項目初期設計時，應充分考慮這部分的不確定性。此外，系統(tǒng)也面臨著更新升級的問題，應提前預留好接口的改造空間。

6.2 系統(tǒng)的先進性

系統(tǒng)在選擇智能穿戴設備和軟硬件時，應首選在國內(nèi)均處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品。在技術(shù)的選擇上，應選擇兼容性高，易于維護的編程語言。新能源電站管控系統(tǒng)涉及多個數(shù)據(jù)庫的調(diào)用，因此，還需要額外考慮技術(shù)所具有的安全性。

6.3 系統(tǒng)的經(jīng)濟性

系統(tǒng)的設計應從遠程管理人員、專家、現(xiàn)場工作人員3個方面考慮。充分利用既有的網(wǎng)絡資源、軟件系統(tǒng)、硬件設備、數(shù)據(jù)資源和人力資源，實現(xiàn)一個符合預期的目標系統(tǒng)。項目應盡可能地方便人員使用，降低人力成本，與此同時，在保證軟硬件先進的同時，節(jié)約成本。

7 結(jié)語

當前，信息化技術(shù)已經(jīng)普遍應用到了在各個行業(yè)，電力行業(yè)也不例外。本文介紹了新能源電站遠程管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高企業(yè)對電站設備的遠程監(jiān)控、提高運維檢修的水平。此外，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)深入挖掘長期存儲數(shù)據(jù)的價值，為公司提供更精益的管理方式，提高電廠的生產(chǎn)經(jīng)營效益。