新能源电站远程管控系统设计

刘 川

(南京华盾电力信息安全测评有限公司，江苏 南京 211106)

0 引言

目前，新能源电站现场作业人员一般根据纸质图纸了解现场设备情况，没有对图纸进行电子化，查询不便，影响抢修速度。此外，由于电站故障类型多样，对工作人员技能要求高，现有电站管理模式缺乏远程监督和指导，当工作人员遇到疑难问题时无法及时得到专家的指导，直接影响故障排查和抢修的速度；而且缺乏对现场工作人员的实时监督，导致现场工作人员的抢修流程不规范现象频繁发生，严重影响维修质量。随着新技术的发展，人们对电力供电质量的要求不断提高，促使供电企业必须提高精益化管理能力，提升工作效率，不断提高电网设备安全可靠供电的能力。为了解决上述问题，新能源电站将现今流行的新技术融到系统设计中，提出一个高效实用的新能源电站远程管控系统。本远程管控系统包括智能穿戴设备、图像识别技术、视频压缩技术等。

1 新能源电站管控系统

新能源电站管控系统的主要目的是对电站故障检修过程中进行实时在线监督和指导，提高配电网故障抢修质量和过程管理信息化水平。抢修人员通过系统可以将现场语音和视频图像信息通过无线通信网络传输给远程管理中心人员，远程管理中心人员可以实时掌握现场维修情况，并根据实际情况将合理的检修方案发送给现场工作人员，现场工作人员可查看到抢修方案或者抢修工单等，并根据上级要求对现场设备进行抢修，同时系统能够对抢修过程全程进行录制，并将抢修结果传输到远程服务器进行存储。

2 新能源电站远程管控系统模块功能

新能源电站远程管控系统由智能可穿戴设备终端、服务器以及远程管理软件组成。智能可穿戴设备终端硬件主要提供语音视频数据采集、语音自动识别、信息显示、提供数据运算等功能；服务器端主要负责语音和视频通信控制、检修报告单数据的发送和接收、运检方案的存储等；远程管理软件系统实现远程监督和指导、数据管理、远程考勤等。新能源电站远程管控系统结构如图1所示。

图1 新能源电站远程管控系统结构

2.1 远程对话

远程对话主要分为语音对话和视频对话两个功能。现场与远程管理中心进行实时视频及语音通话，当两个智能终端设备同时在线时，系统可以和现场工作人员共享画面。除此之外，每一次的视频通话会自动保存、进行回放。保存的视频内容会定期地清理。实现管理中心专家对现场运检工作的指导。通过智能穿戴设备实现画面的实时采集，实现管理中心对运检执行全过程进行监管。

2.2 远程检修

远程检修主要分为生成检修单和故障警报两个功能。技术人员在电站现场利用智能穿戴设备实现运检记录的语音录入，运检情况拍照存档，同时将照片插入巡检记录，自动生成运检报告，并将运检报告上传至服务器，也可在无网络期间存储在终端，待恢复网络后进行续传。

故障预警功能[1-2]是用来提醒维护人员对设备及时维修。故障预警分为轻度预警、中度预警和重度预警。轻度预警表示设备存在问题，但是问题不大。中度预警表示设备存在严重问题，应该及时维修。重度预警表示设备问题很严重，应联系维护团队立马维修。故障预警与QQ、微信、邮箱绑定，一旦存在故障问题，及时通过通信方式发送维修提醒。维修人员在接收到短信后，可选择联系专家陪同检修。

2.3 远程考勤

远程考勤分为远程打卡和生成考勤表两个功能。此模块功能结合图像识别技术，利用生物特征识别工作员工。系统提前录入所有员工的照片，员工通过人脸识别打卡上下班，系统会在第一时间将上下班信息保存，并生成每位员工的工作考勤表。考勤表中会自动标注出提前下班和加班的工作人员，并将提前下班和加班时间进行统计，方便管理人员进行管理和奖励。

2.4 远程监控

远程监控分为人员定位和检测设备状态两个功能。每个工作人员的智能穿戴设备上都有定位功能，由于电站地理位置偏僻，为保证工作人员的安全，远程管控系统应时刻了解工作人员的位置和工作路线。远程监控还可以与远程对话联动，实现远程监测设备状态智能终端使用者随时进行语音和视频通信，还可以进行图片和文档资料接收和发送，实现对作业人员的远程监督和指导。

3 新能源电站管控所需设备说明

新能源电站管控系统综合利用先进的GPS定位技术、网络语音视频技术、条码识别技术、移动互联网、物联网、AR/MR等技术，提升运维巡检过程管理，实现以“安全、稳定、高效、经济”为目标的智能运维巡检模式。可广泛应用于光伏电站、风电场、变电站的巡回检查，设备倒闸操作、异常问题处理、设备维护、检修、试验等业务。

智能头盔由照明工具、可见光摄像头、耳麦、腰挂式无线收发器、供电电源构成。其中，无线收发器支持音频、视频和数据传输功能，并且根据使用环境配套不同的网络设备，实现视频采集、语言对讲功能；照明工具提供强光照明，便于夜间工作。

手持巡检终端基于Android系统的设备(采用三防手机)研制移动终端应用，提供巡回检查、设备倒闸操作、设备异常情况处理、维护、检修、试验等业务相关的各种功能应用。

红外热成像测温仪与手持巡检终端通过WiFi连接，具有重量轻、操作简单、温度分辨灵敏度高、安全方便等特点。

巡检管理平台基于安全管理和标准规范体系建立，包括设备层、支撑层和业务层。其中，设备层是由智能头盔、无线通信网络、集控室服务器等组成；支撑层是由多媒体通信平台、视频监控平台、地理信息平台和数据接入平台组成；业务层是由移动终端应用和巡检管理系统组成。其结构如图2所示。

图2 平台各层次结构

4 技术难点

4.1 系统的抗环境噪声和电磁干扰能力

系统工作稳定性受工作环境影响较大，高电压强电磁场、作业过程中大风等天气因素都会严重干扰智能终端对语音信号识别的准确性。因此，语音降噪是新能源电站远程管控系统的研究重点和难点。

4.2视频通信的实时性

系统基于4G、5G和无线移动网络进行数据的远程传输，由于电站的地理位置移动通信信号较弱，信道质量不好，导致信道容量较小，进而导致系统延时。为了降低数据传输的数据量，提高系统的实时性，视频压缩和重构是本新能源电站远程管控系统的研究重点和难点。

5 系统技术难点研究

5.1 语音增强

为了降低噪声对语音信号的干扰，提高语音信号的信噪比，在系统设计中使用基于仿生小波变换和阵列麦克风的语音增强方法。它包括的内容有：构建仿生小波变换阈值函数，采用人工蜂群算法寻找最优阈值，利用构建的新阈值函数和最优阈值实现语音信号初步去噪，然后利用阵列麦克风对去噪声的多路语音信号进行融合。

5.2 视频压缩和重构

系统在进行语音和视频通话的过程中受网速影响较大，为了降低系统的延时性，需要对采集到的视频信号进行压缩后再传输，接收端对压缩后的视频图像信号先进行重构再显示[3]，降低通信过程中视频信号的数据量，保证视频通话的顺利进行。

SAMP算法是重构算法中应用最广泛的算法，因为该算法可以在未知稀疏度的条件下进行对信号的重构。SAMP算法在迭代初始阶段设定一个阶段数stage=1以及步长s，并在开始时将估计稀疏度值设定为1，每次迭代通过阶段数控制估计稀疏度值的增长。如公式1和2所示：

stage=stage+1

(1)

Lk=stagek×x

(2)

其中l为估计稀疏度值，k为迭代次数。在每次迭代中估计稀疏度值都增加一个步长大小，直到估计稀疏度值与真实稀疏度值相近时，将信号重构出来。

6 项目设计原则

6.1 系统的可拓展性

系统在整体设计的过程中，会随着项目的需求变化而变化，项目需求具有不确定新，因此在项目初期设计时，应充分考虑这部分的不确定性。此外，系统也面临着更新升级的问题，应提前预留好接口的改造空间。

6.2 系统的先进性

系统在选择智能穿戴设备和软硬件时，应首选在国内均处于领先地位的产品。在技术的选择上，应选择兼容性高，易于维护的编程语言。新能源电站管控系统涉及多个数据库的调用，因此，还需要额外考虑技术所具有的安全性。

6.3 系统的经济性

系统的设计应从远程管理人员、专家、现场工作人员3个方面考虑。充分利用既有的网络资源、软件系统、硬件设备、数据资源和人力资源，实现一个符合预期的目标系统。项目应尽可能地方便人员使用，降低人力成本，与此同时，在保证软硬件先进的同时，节约成本。

7 结语

当前，信息化技术已经普遍应用到了在各个行业，电力行业也不例外。本文介绍了新能源电站远程管控系统，该系统可提高企业对电站设备的远程监控、提高运维检修的水平。此外，可以利用大数据技术深入挖掘长期存储数据的价值，为公司提供更精益的管理方式，提高电厂的生产经营效益。