直流換流站主控室智能監控機器人
2019年06月05日 10:46
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湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃
項 目 申 報 表
項目名稱:
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學校名稱
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長沙理工大學
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學生姓名
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學 號
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專 業
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性 別
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入 學 年 份
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戴逢哲
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201624050712
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電氣工程及其自動化
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男
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2016年9月
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毛首成
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201624050719
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電氣工程及其自動化
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男
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2016年9月
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陳早東
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201624050702
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電氣工程及其自動化
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女
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2016年9月
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羅涌恒
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201624050736
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電氣工程及其自動化
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男
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2016年9月
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指導教師
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姜飛
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職稱
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講師
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項目所屬
一級學科
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電氣工程
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項目科類(理科/文科)
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理科
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學生曾經參與科研的情況
（1）“戴逢哲、陳早東、羅涌恒”三位學生曾參與姜飛老師的課題：“綠色居民小區”電力能效優化管理系統設計；
（2）“羅涌恒、戴逢哲”兩位學生曾參與姜飛老師的課題：光伏組件熱斑故障在線診斷系統研制。
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指導教師承擔科研課題情況
姜飛老師主持的主要科研課題：
（1）國家自然科學基金：串聯接入電網的電壓源型變流器暫態特性與故障穿越研究；
（2）國家重點實驗室基金：光伏并網逆變器的性能劣化規律研究；
（3）省重點實驗室基金：光伏發電系統并網逆變器高電壓穿越技術研究；
（4）省教育廳科技項目：具有限流功能的新型串聯電壓源型逆變器研究；
（5）上海電氣集團科技項目：光伏組件熱斑故障檢測模塊軟件定制開發。
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項目研究和實驗的目的、內容和要解決的主要問題
近年來，隨著我國智能電網的快速發展，電力企業中各類設備的自動化程度越來越高。為提高電網資產利用率，實行集約化生產和專業化管理，各級電網企業在變電站逐步開展了“少人值守”，甚至“無人值守”的改革。然而，直流換流站不同于常規交流變電站，具有更多的設備類型和數量，更加復雜的控制和輔助系統，尤其在換流站實行“新老接替”、“技術傳承”過程中，運行管理制度的改革具有更大風險。因此，電力企業推進直流換流站“少人值守”方式的改革工作，勢必在主控室監控系統的自動化、智能化上尋求技術的進一步突破。
另一方面，直流換流站發揮大電網可靠互聯及大規模可再生能源外送的功能，是電網安全穩定運行的重要保障。上級調度部門及電網管理者對直流換流站內設備的運行狀態，尤其是站內設備缺陷、事件報警信息及故障處理情況尤為重視。然而，上級管理者對設備運行關鍵信息的獲取途徑有限，不利于及時、準確掌握設備實時運行狀態。目前各類故障信息及故障處理仍采用電話匯報方式，一定程度上影響了事故處理進度，對于電網可靠運行造成一定影響。通過調研，我們發現幾個問題：
（1）直流換流站內的運行監控系統具有實現監控、報警功能，但是“故障/異常”處理過程的信息查詢、分析、決策與實施完全依靠運行人員的經驗知識，缺乏故障處理方案的輔助決策功能；
（2）直流換流站各類異常報警信息種類繁多，現有監控系統并不具備信息篩選功能，事故處理方案的制定過程易受無效或低價值故障信息的影響；
（3）直流換流站的上級調度部門及相關管理者對于站內“故障/異常”信息、處理進度了解相對滯后，不利于管理層對于直流換流站運行的宏觀把握。
本項目主要思想：通過智能識別技術采集直流換流站運維監控系統的故障/事件信息，并基于數據識別技術對事件信息進行分類，提取關鍵知識，實現智能報警功能；其次，經過云處理技術實現數據通信，通過故障信息分析系統制定故障處理預案；同時，采用云處理技術將故障信息分析系統的處理建議發送至手機客戶端，為運行人員及管理者提供相關決策參考。智能監控機器人硬件架構設想如圖1所示。
本創新性實驗計劃項目的實施，將有助于提高創新創業精神和實踐能力，也可為直流換流站設備安全運行、智能化水平提升、基層電力企業的科學化管理等提供技術參考。
圖1 基本硬件架構設想圖
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國內外研究現狀和發展動態
（1）國外研究現狀及發展動態：關于“直流換流站主控室智能監控機器人”直接相關的研究國外尚未見報道，而與本項目研究較為相關的“視頻監控技術”國外已有一定程度的研究，下面對該理論研究現狀做重點介紹。美國馬里蘭大學的實時視覺監控系統融合了形狀分析和跟蹤技術，該系統不僅能夠定位人和分割出人的身體部分，而且通過建立人體外觀模型來實現對多個人的跟蹤，并且能夠檢測人是否攜帶物體等；英國雷丁大學對車輛和行人的跟蹤及其交互作用的識別進行了相關研究；美國ARDA機構主持的一項高級研究計劃VACE，旨在通過目標檢測、識別和跟蹤以達到檢測、識別和理解目標行為。
（2）國內研究現狀及發展動態：關于“直流換流站主控室智能監控機器人”直接相關的研究國內尚未提出，而與其相類似的智能巡檢機器人技術已有研究。例如：山東魯能智能技術有限公司分別在多個500kV、220kV和110kV的變電站安裝了智能巡檢系統；重慶科學研究院也在重慶巴南和隆盛兩座500kV變電站安裝了自主研發的智能巡檢機器人；廣州肇慶換流站率先引入了山東魯能智能技術有限公司智能巡檢機器人，對其站內交流場地進行了巡檢；四川電力公司開展的“換流站閥廳智能化巡檢監控系統研究”項目成為了我國換流站首個閥廳智能化巡檢監控系統，對于其它換流站的閥廳巡檢和監控工作具有較大參考價值，在一定程度上填補國內智能化巡檢監控系統在換流站閥廳巡檢領域的空白。但是，以上所提各個系統功能均僅限于智能巡視，并不具備對運維人員工作站的智能監控、在線故障處理、離線數據分析、輔助決策等功能。
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本項目學生有關的研究積累和已取得的成績
（1）研發的“直流換流站主控室智能監控機器人”包括硬件部分與軟件部分，其中，硬件部分包括：故障事件智能識別裝置、信息交換機等；軟件部分包括：直流換流站的事件信息報警系統、手機客戶端等。
（2）形成項目研究報告1份；申請專利1項、軟件著作權1項。
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項目的創新點和特色
1、主要特色如下：
“直流換流站主控室智能監控機器人”具備事故信息的智能監控、分析挖掘等功能，是對現有直流換流站的“運維人員工作站”監控系統的重要補充，有助于換流站管理者對設備運行狀態的實時獲取。研發架構特色如圖2所示。
圖2 研發系統實施架構圖
2、主要創新點如下：
（1）研發的“直流換流站主控室智能監控機器人”，能夠解決相關管理人員對設備報警信息的智能獲取，實現隨時隨地了解換流站運行情況；
（2）提出的高精度數據挖掘與快速處理技術，能夠快速對故障信息進行分類、分級處理，有效提升了直流換流站工作人員的事故排查能力；
（3）建立的故障預處理數據庫，能夠提供故障處理參考方案，是對運行人員故障處理效率的重要幫助。
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項目的技術路線及預期成果
1、技術路線
本項目研發技術路線如圖3所示。具體內容如下：
（1）直流換流站主控室監控系統智能告警技術研究
第一步，調研國內外關于視頻信息智能獲取技術，提出智能監測系統事件信息識別方法，建立關鍵技術的數學模型；
第二步，基于已建立的識別數學模型，提出故障事件信息智能分析優化算法，能夠滿足惡劣自然環境下圖像信息提取要求；
第三步，選擇滿足信息抓捕要求的硬件設備，并設計硬件電路。
（2）直流換流站主控室監控系統的事件信息快速分類分級研究
第一步，梳理直流換流站設備可能發生的故障信息類別，提出相應的分類優化算法，撰寫程序代碼；
第二步，依據運維人員工作站已有故障信息報警級別，提出故障信息快速分級優化準則，提出相應分級算法；
第三步，撰寫程序代碼，完成智能監控機器人硬件設計。
（3）直流換流站主控室智能監控機器人研制
第一步，建立故障處理方案資源庫，包括：事故處理預案信息、已發生故障處理方案信息，專家知識信息等；
第二步，建立一種直流換流站故障處理方案信息識別數學模型，包括：電網狀態信息分析數學模型、報警信息核對等內容；
第三步，基于故障事件關鍵信息，提出直流換流站故障處理方案信息智能匹配識別優化算法，調試硬件電路。
圖3 項目研究的技術路線
2、預期成果
（1）研發的“直流換流站主控室智能監控機器人”包括硬件部分與軟件部分，其中，硬件部分包括：故障事件智能識別裝置、信息交換機等；軟件部分包括：直流換流站的事件信息報警系統、手機客戶端等。
（2）形成項目研究報告1份；申請專利1項、軟件著作權1項。
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年度目標和工作內容（分年度寫）
1、2018年度
（1）1月-4月：查閱國內外文獻，調研項目研究現狀；
（2）5月-8月：完成現狀分析，提出智能監控視頻獲取算法，設計并搭建系統原型機；
（3）9月-12月：結合工作實際，提出關鍵事件快速分級準則。
年度目標：完成數據處理算法編寫；完成撰寫專利1項。
2、2019年度
（1）1月-4月：提出直流換流站故障處理方案的關鍵信息；
（2）5月-8月：搭建并優化硬件結構，完成模塊化設計；
（3）9月-12月：調試智能視頻監控機器人系統，現場測試。
年度目標：撰寫轉件著作權1份，撰寫相關報告，并完成項目驗收。
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指導教師意見
本項目研究內容與電氣工程專業學習聯系緊密，具有良好的創新及實用價值，有助于學生提高動手和創新創業能力。本人愿意擔任指教教師，并承諾在項目開展過程中提供充分的指導及必要的設備資助。
簽字： 姜飛 日期：2018年4月26日
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