劉 川

(南京華盾電力信息安全測(cè)評(píng)有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引言

目前，新能源電站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員一般根據(jù)紙質(zhì)圖紙了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，沒有對(duì)圖紙進(jìn)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(duì)工作人員技能要求高，現(xiàn)有電站管理模式缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)督和指導(dǎo)，當(dāng)工作人員遇到疑難問題時(shí)無法及時(shí)得到專家的指導(dǎo)，直接影響故障排查和搶修的速度；而且缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)督，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作人員的搶修流程不規(guī)范現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響維修質(zhì)量。隨著新技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)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(shè)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(shè)計(jì)中，提出一個(gè)高效實(shí)用的新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)。本遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)包括智能穿戴設(shè)備、圖像識(shí)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(duì)電站故障檢修過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)督和指導(dǎo)，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(chǎng)語音和視頻圖像信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程管理中心人員，遠(yuǎn)程管理中心人員可以實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)維修情況，并根據(jù)實(shí)際情況將合理的檢修方案發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)工作人員，現(xiàn)場(chǎng)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(jí)要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行搶修，同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)屝捱^程全程進(jìn)行錄制，并將搶修結(jié)果傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

2 新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)模塊功能

新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)由智能可穿戴設(shè)備終端、服務(wù)器以及遠(yuǎn)程管理軟件組成。智能可穿戴設(shè)備終端硬件主要提供語音視頻數(shù)據(jù)采集、語音自動(dòng)識(shí)別、信息顯示、提供數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能；服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)語音和視頻通信控制、檢修報(bào)告單數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、運(yùn)檢方案的存儲(chǔ)等；遠(yuǎn)程管理軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督和指導(dǎo)、數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程考勤等。新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 遠(yuǎn)程對(duì)話

遠(yuǎn)程對(duì)話主要分為語音對(duì)話和視頻對(duì)話兩個(gè)功能?，F(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程管理中心進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻及語音通話，當(dāng)兩個(gè)智能終端設(shè)備同時(shí)在線時(shí)，系統(tǒng)可以和現(xiàn)場(chǎng)工作人員共享畫面。除此之外，每一次的視頻通話會(huì)自動(dòng)保存、進(jìn)行回放。保存的視頻內(nèi)容會(huì)定期地清理。實(shí)現(xiàn)管理中心專家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)檢工作的指導(dǎo)。通過智能穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)畫面的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)管理中心對(duì)運(yùn)檢執(zhí)行全過程進(jìn)行監(jiān)管。

2.2 遠(yuǎn)程檢修

遠(yuǎn)程檢修主要分為生成檢修單和故障警報(bào)兩個(gè)功能。技術(shù)人員在電站現(xiàn)場(chǎng)利用智能穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢記錄的語音錄入，運(yùn)檢情況拍照存檔，同時(shí)將照片插入巡檢記錄，自動(dòng)生成運(yùn)檢報(bào)告，并將運(yùn)檢報(bào)告上傳至服務(wù)器，也可在無網(wǎng)絡(luò)期間存儲(chǔ)在終端，待恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)行續(xù)傳。

故障預(yù)警功能[1-2]是用來提醒維護(hù)人員對(duì)設(shè)備及時(shí)維修。故障預(yù)警分為輕度預(yù)警、中度預(yù)警和重度預(yù)警。輕度預(yù)警表示設(shè)備存在問題，但是問題不大。中度預(yù)警表示設(shè)備存在嚴(yán)重問題，應(yīng)該及時(shí)維修。重度預(yù)警表示設(shè)備問題很嚴(yán)重，應(yīng)聯(lián)系維護(hù)團(tuán)隊(duì)立馬維修。故障預(yù)警與QQ、微信、郵箱綁定，一旦存在故障問題，及時(shí)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(yuǎn)程考勤

遠(yuǎn)程考勤分為遠(yuǎn)程打卡和生成考勤表兩個(gè)功能。此模塊功能結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)，利用生物特征識(shí)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(shí)別打卡上下班，系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間將上下班信息保存，并生成每位員工的工作考勤表?？记诒碇袝?huì)自動(dòng)標(biāo)注出提前下班和加班的工作人員，并將提前下班和加班時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方便管理人員進(jìn)行管理和獎(jiǎng)勵(lì)。

2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控分為人員定位和檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)兩個(gè)功能。每個(gè)工作人員的智能穿戴設(shè)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(yuǎn)程管控系統(tǒng)應(yīng)時(shí)刻了解工作人員的位置和工作路線。遠(yuǎn)程監(jiān)控還可以與遠(yuǎn)程對(duì)話聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)智能終端使用者隨時(shí)進(jìn)行語音和視頻通信，還可以進(jìn)行圖片和文檔資料接收和發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)人員的遠(yuǎn)程監(jiān)督和指導(dǎo)。

3 新能源電站管控所需設(shè)備說明

新能源電站管控系統(tǒng)綜合利用先進(jìn)的GPS定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)語音視頻技術(shù)、條碼識(shí)別技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、AR/MR等技術(shù)，提升運(yùn)維巡檢過程管理，實(shí)現(xiàn)以“安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)”為目標(biāo)的智能運(yùn)維巡檢模式?？蓮V泛應(yīng)用于光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)、變電站的巡回檢查，設(shè)備倒閘操作、異常問題處理、設(shè)備維護(hù)、檢修、試驗(yàn)等業(yè)務(wù)。

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(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻采集、語言對(duì)講功能；照明工具提供強(qiáng)光照明，便于夜間工作。

手持巡檢終端基于Android系統(tǒng)的設(shè)備(采用三防手機(jī))研制移動(dòng)終端應(yīng)用，提供巡回檢查、設(shè)備倒閘操作、設(shè)備異常情況處理、維護(hù)、檢修、試驗(yàn)等業(yè)務(wù)相關(guān)的各種功能應(yīng)用。

紅外熱成像測(cè)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(diǎn)。

巡檢管理平臺(tái)基于安全管理和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建立，包括設(shè)備層、支撐層和業(yè)務(wù)層。其中，設(shè)備層是由智能頭盔、無線通信網(wǎng)絡(luò)、集控室服務(wù)器等組成；支撐層是由多媒體通信平臺(tái)、視頻監(jiān)控平臺(tái)、地理信息平臺(tái)和數(shù)據(jù)接入平臺(tái)組成；業(yè)務(wù)層是由移動(dòng)終端應(yīng)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(tái)各層次結(jié)構(gòu)

4 技術(shù)難點(diǎn)

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(qiáng)電磁場(chǎng)、作業(yè)過程中大風(fēng)等天氣因素都會(huì)嚴(yán)重干擾智能終端對(duì)語音信號(hào)識(shí)別的準(zhǔn)確性。因此，語音降噪是新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4.2視頻通信的實(shí)時(shí)性

系統(tǒng)基于4G、5G和無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，由于電站的地理位置移動(dòng)通信信號(hào)較弱，信道質(zhì)量不好，導(dǎo)致信道容量較小，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)延時(shí)。為了降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，視頻壓縮和重構(gòu)是本新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

5 系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)研究

5.1 語音增強(qiáng)

為了降低噪聲對(duì)語音信號(hào)的干擾，提高語音信號(hào)的信噪比，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用基于仿生小波變換和陣列麥克風(fēng)的語音增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)語音信號(hào)初步去噪，然后利用陣列麥克風(fēng)對(duì)去噪聲的多路語音信號(hào)進(jìn)行融合。

5.2 視頻壓縮和重構(gòu)

系統(tǒng)在進(jìn)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(shí)性，需要對(duì)采集到的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮后再傳輸，接收端對(duì)壓縮后的視頻圖像信號(hào)先進(jìn)行重構(gòu)再顯示[3]，降低通信過程中視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量，保證視頻通話的順利進(jìn)行。

SAMP算法是重構(gòu)算法中應(yīng)用最廣泛的算法，因?yàn)樵撍惴梢栽谖粗∈瓒鹊臈l件下進(jìn)行對(duì)信號(hào)的重構(gòu)。SAMP算法在迭代初始階段設(shè)定一個(gè)階段數(shù)stage=1以及步長s，并在開始時(shí)將估計(jì)稀疏度值設(shè)定為1，每次迭代通過階段數(shù)控制估計(jì)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(jì)稀疏度值，k為迭代次數(shù)。在每次迭代中估計(jì)稀疏度值都增加一個(gè)步長大小，直到估計(jì)稀疏度值與真實(shí)稀疏度值相近時(shí)，將信號(hào)重構(gòu)出來。

6 項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則

6.1 系統(tǒng)的可拓展性

系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)的過程中，會(huì)隨著項(xiàng)目的需求變化而變化，項(xiàng)目需求具有不確定新，因此在項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(jí)的問題，應(yīng)提前預(yù)留好接口的改造空間。

6.2 系統(tǒng)的先進(jìn)性

系統(tǒng)在選擇智能穿戴設(shè)備和軟硬件時(shí)，應(yīng)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(yīng)選擇兼容性高，易于維護(hù)的編程語言。新能源電站管控系統(tǒng)涉及多個(gè)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(jì)性

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從遠(yuǎn)程管理人員、專家、現(xiàn)場(chǎng)工作人員3個(gè)方面考慮。充分利用既有的網(wǎng)絡(luò)資源、軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)資源和人力資源，實(shí)現(xiàn)一個(gè)符合預(yù)期的目標(biāo)系統(tǒng)。項(xiàng)目應(yīng)盡可能地方便人員使用，降低人力成本，與此同時(shí)，在保證軟硬件先進(jìn)的同時(shí)，節(jié)約成本。

7 結(jié)語

當(dāng)前，信息化技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到了在各個(gè)行業(yè)，電力行業(yè)也不例外。本文介紹了新能源電站遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高企業(yè)對(duì)電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、提高運(yùn)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(chǔ)數(shù)據(jù)的價(jià)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。