學校名稱

長沙理工大學

學生姓名

學  號

專      業(yè)

性 別

入 學 年 份

戴逢哲

201624050712

電氣工程及其自動化

男

2016年9月

毛首成

201624050719

電氣工程及其自動化

男

2016年9月

陳早東

201624050702

電氣工程及其自動化

女

2016年9月

羅涌恒

201624050736

電氣工程及其自動化

男

2016年9月

指導(dǎo)教師

姜飛

職稱

講師

項目所屬

一級學科

電氣工程

項目科類(理科/文科)

理科

學生曾經(jīng)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(qū)”電力能效優(yōu)化管理系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)研制。

指導(dǎo)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(lián)接入電網(wǎng)的電壓源型變流器暫態(tài)特性與故障穿越研究；

（2）國家重點實驗室基金：光伏并網(wǎng)逆變器的性能劣化規(guī)律研究；

（3）省重點實驗室基金：光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器高電壓穿越技術(shù)研究；

（4）省教育廳科技項目：具有限流功能的新型串聯(lián)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(fā)。

項目研究和實驗的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

近年來，隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力企業(yè)中各類設(shè)備的自動化程度越來越高。為提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率，實行集約化生產(chǎn)和專業(yè)化管理，各級電網(wǎng)企業(yè)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(guī)交流變電站，具有更多的設(shè)備類型和數(shù)量，更加復(fù)雜的控制和輔助系統(tǒng)，尤其在換流站實行“新老接替”、“技術(shù)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(yè)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(jiān)控系統(tǒng)的自動化、智能化上尋求技術(shù)的進一步突破。

另一方面，直流換流站發(fā)揮大電網(wǎng)可靠互聯(lián)及大規(guī)?？稍偕茉赐馑偷墓δ?，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。上級調(diào)度部門及電網(wǎng)管理者對直流換流站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)，尤其是站內(nèi)設(shè)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(shè)備運行關(guān)鍵信息的獲取途徑有限，不利于及時、準確掌握設(shè)備實時運行狀態(tài)。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(wǎng)可靠運行造成一定影響。通過調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)幾個問題：

（1）直流換流站內(nèi)的運行監(jiān)控系統(tǒng)具有實現(xiàn)監(jiān)控、報警功能，但是“故障/異?！碧幚磉^程的信息查詢、分析、決策與實施完全依靠運行人員的經(jīng)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(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)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(diào)度部門及相關(guān)管理者對于站內(nèi)“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(shù)采集直流換流站運維監(jiān)控系統(tǒng)的故障/事件信息，并基于數(shù)據(jù)識別技術(shù)對事件信息進行分類，提取關(guān)鍵知識，實現(xiàn)智能報警功能；其次，經(jīng)過云處理技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，通過故障信息分析系統(tǒng)制定故障處理預(yù)案；同時，采用云處理技術(shù)將故障信息分析系統(tǒng)的處理建議發(fā)送至手機客戶端，為運行人員及管理者提供相關(guān)決策參考。智能監(jiān)控機器人硬件架構(gòu)設(shè)想如圖1所示。

本創(chuàng)新性實驗計劃項目的實施，將有助于提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力，也可為直流換流站設(shè)備安全運行、智能化水平提升、基層電力企業(yè)的科學化管理等提供技術(shù)參考。

圖1  基本硬件架構(gòu)設(shè)想圖

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

（1）國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)：關(guān)于“直流換流站主控室智能監(jiān)控機器人”直接相關(guān)的研究國外尚未見報道，而與本項目研究較為相關(guān)的“視頻監(jiān)控技術(shù)”國外已有一定程度的研究，下面對該理論研究現(xiàn)狀做重點介紹。美國馬里蘭大學的實時視覺監(jiān)控系統(tǒng)融合了形狀分析和跟蹤技術(shù)，該系統(tǒng)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(xiàn)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(guān)研究；美國ARDA機構(gòu)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(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)：關(guān)于“直流換流站主控室智能監(jiān)控機器人”直接相關(guān)的研究國內(nèi)尚未提出，而與其相類似的智能巡檢機器人技術(shù)已有研究。例如：山東魯能智能技術(shù)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(tǒng)；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(fā)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(shù)有限公司智能巡檢機器人，對其站內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)研究”項目成為了我國換流站首個閥廳智能化巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，對于其它換流站的閥廳巡檢和監(jiān)控工作具有較大參考價值，在一定程度上填補國內(nèi)智能化巡檢監(jiān)控系統(tǒng)在換流站閥廳巡檢領(lǐng)域的空白。但是，以上所提各個系統(tǒng)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(jiān)控、在線故障處理、離線數(shù)據(jù)分析、輔助決策等功能。

本項目學生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

（1）研發(fā)的“直流換流站主控室智能監(jiān)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(tǒng)、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(quán)1項。

項目的創(chuàng)新點和特色

1、主要特色如下：

“直流換流站主控室智能監(jiān)控機器人”具備事故信息的智能監(jiān)控、分析挖掘等功能，是對現(xiàn)有直流換流站的“運維人員工作站”監(jiān)控系統(tǒng)的重要補充，有助于換流站管理者對設(shè)備運行狀態(tài)的實時獲取。研發(fā)架構(gòu)特色如圖2所示。

圖2  研發(fā)系統(tǒng)實施架構(gòu)圖

2、主要創(chuàng)新點如下：

（1）研發(fā)的“直流換流站主控室智能監(jiān)控機器人”，能夠解決相關(guān)管理人員對設(shè)備報警信息的智能獲取，實現(xiàn)隨時隨地了解換流站運行情況；

（2）提出的高精度數(shù)據(jù)挖掘與快速處理技術(shù)，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(yù)處理數(shù)據(jù)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。

項目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

1、技術(shù)路線

本項目研發(fā)技術(shù)路線如圖3所示。具體內(nèi)容如下：

（1）直流換流站主控室監(jiān)控系統(tǒng)智能告警技術(shù)研究

第一步，調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于視頻信息智能獲取技術(shù)，提出智能監(jiān)測系統(tǒng)事件信息識別方法，建立關(guān)鍵技術(shù)的數(shù)學模型；

第二步，基于已建立的識別數(shù)學模型，提出故障事件信息智能分析優(yōu)化算法，能夠滿足惡劣自然環(huán)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(shè)備，并設(shè)計硬件電路。

（2）直流換流站主控室監(jiān)控系統(tǒng)的事件信息快速分類分級研究

第一步，梳理直流換流站設(shè)備可能發(fā)生的故障信息類別，提出相應(yīng)的分類優(yōu)化算法，撰寫程序代碼；

第二步，依據(jù)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(yōu)化準則，提出相應(yīng)分級算法；

第三步，撰寫程序代碼，完成智能監(jiān)控機器人硬件設(shè)計。

（3）直流換流站主控室智能監(jiān)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(yù)案信息、已發(fā)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(shù)學模型，包括：電網(wǎng)狀態(tài)信息分析數(shù)學模型、報警信息核對等內(nèi)容；

第三步，基于故障事件關(guān)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(yōu)化算法，調(diào)試硬件電路。

圖3  項目研究的技術(shù)路線

2、預(yù)期成果

（1）研發(fā)的“直流換流站主控室智能監(jiān)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(tǒng)、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(quán)1項。

年度目標和工作內(nèi)容（分年度寫）

1、2018年度

（1）1月-4月：查閱國內(nèi)外文獻，調(diào)研項目研究現(xiàn)狀；

（2）5月-8月：完成現(xiàn)狀分析，提出智能監(jiān)控視頻獲取算法，設(shè)計并搭建系統(tǒng)原型機；

（3）9月-12月：結(jié)合工作實際，提出關(guān)鍵事件快速分級準則。

年度目標：完成數(shù)據(jù)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(guān)鍵信息；

（2）5月-8月：搭建并優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)，完成模塊化設(shè)計；

（3）9月-12月：調(diào)試智能視頻監(jiān)控機器人系統(tǒng)，現(xiàn)場測試。

年度目標：撰寫轉(zhuǎn)件著作權(quán)1份，撰寫相關(guān)報告，并完成項目驗收。

指導(dǎo)教師意見

本項目研究內(nèi)容與電氣工程專業(yè)學習聯(lián)系緊密，具有良好的創(chuàng)新及實用價值，有助于學生提高動手和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(dǎo)及必要的設(shè)備資助。

簽字：  姜飛   日期：2018年4月26日