CN106295992B - 基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，该系统包括N个现场工作站、监控中心工作站和通信网络组，其中，N为自然数且N≥1。设置于现场运维端的现场工作站，发送风力发电机组的状态信息和运维现场全息化影像至设置于远程运维端的监控中心工作站，监控中心工作站生成全息化的运维指导信息并将该指导信息发送回现场工作站，用于指导现场运维人员进行现场运维。该系统还包括N个现场工作站之间的信息交互。本发明通过将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，实现了风电现场运维端和远程运维端全息信息的实时交互，提高了状态监控和运维指导的准确性、高效性和实时性。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域。更具体地，涉及一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风能蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。
近年来，我国风电行业迅速发展，完全实现了大规模商业化应用，已成为我国能源结构中的重要组成部分。据统计2014年，累计装机容量114609MW，同比增长25.4％，根据《中国可再生能源发展路线图2050》，到2020年，风电装机容量将达到2亿kW，2050年风电装机容量将达到10亿kW，届时将满足17％的国内电力需求，风电行业未来具有非常广阔的市场前景。
随着风电行业的日渐成熟，政府支持力度的减弱，风电场经济效益的提升，主要体现在如何缩减风电场自身运维成本和提高风电场出力水平上，然而，目前风电场的运维水平低下，运维成本居高不下，主要体现在以下三个方面：
第一，风力发电属于典型的分布式能源，具有单机容量小，服役环境恶劣，分布区域广的特点。风电运维工作需要现场运维人员逐一攀爬风电机组进行故障分析和诊断，风电运维的这一特点决定了运维效率的高低很大程度上取决于现场运维人员解决问题的效率。
第二，风力发电是涉及到众多学科的复杂系统，其中包括空气动力学、机械工程、电气系统、自动控制理论等众多学科的交叉应用。因此，风电机组的一些重大故障需要具有相当实践经验和深厚理论知识的运维人员才能解决，而具备这些素质的运维人员一般年龄都比较大，身体素质就决定了不能经常攀爬风机，造成高效的运维资源不能复制，运维人员利用率偏低。
第三，风电远程专家会诊模式效率低下。主要体现在远程专家虽然远程指导现场运维人员进行运维操作，实现运维专家经验的复制，但是由于目前的技术手段低下，一般都采用电话或离线图片的传送的模式进行信息沟通，降低了信息交流的准确性和实时性，影响了运维效率。
目前，市场上也出现了一些针对风电运维的产品，主要是风电机组状态监控系统。但是，此类监控系统主要是对风电机组核心部件的振动监控，并不能有效地解决风电场目前运维过程中存在的矛盾，尤其是不能解决如何有效地帮助运维人员进行现场作业的问题。
全息(Holography)特指一种技术，可以让从物体发射的衍射光能够被重现，其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体，其显示的像也会变化。因此，这种技术拍下来的照片是三维的。
全息影像技术可以被用于光学储存、重现，同时可以用来处理信息，该技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术，是一种在三维空间中投射三维立体影像的次世代显示技术。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到清晰的全息图像。
因此，需要提供一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统。
发明内容
本发明将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，通过构建基于全息影像技术的风电机组状态监控体系构架，实现风电运维现场端和远程运维端全息信息的实时交互，从而提高风电现场运维效率。
本发明的目的在于提供一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，该系统包括N个现场工作站、监控中心工作站和通信网络组，其中，N为自然数且N≥1。
现场工作站，设置于现场运维端，用于现场运维工作人员根据监控中心工作站的远程运维工作人员的全息化运维指导信息或其他现场工作站现场运维人员的全息化运维操作信息对风力发电机组进行运维操作；还用于采集风力发电机组的状态信息并将该状态信息传输至所述监控中心工作站，监控中心工作站的远程运维工作人员根据该状态信息做出运维指导，使得运维专家能够对风力发电机组运行状态数据信息进行实时评估，进而制定高效合理的运维策略；还用于生成运维现场的全息化影像信息并将该全息化影像信息传输至所述监控中心工作站，还用于接收并显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息。
优选地，现场工作站包括数字采集模块、第一全息投影模块、第一全息摄像模块、第一音频模块和第一动作识别模块，其中
数字采集模块，用于对风力发电机组状态信息进行采集。
第一全息投影模块，用于显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息，并将该全息化运维指导信息显示到第一屏幕上。
第一全息摄像模块，用于生成运维现场的全息化影像信息。
第一音频模块，用于识别并采集现场运维端的音频信息，还用于播放来自所述监控中心工作站的音频信息。
第一动作识别模块，用于识别并采集现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息。
优选地，N个现场工作站之间通过通信网络组进行全息化影像信息的交互，实现多个现场工作站之间的信息交互，提高运维效率。
优选地，风力发电机组的状态信息包括但不限于风电机组的震动状态信息、温度状态信息、齿轮箱润滑油油品油质信息和叶片应力信息。
监控中心工作站，设置于远程运维端，用于接收所述风力发电机组的状态信息并对风力发电机组状态进行监控，还用于接收并显示运维现场的全息化影像信息，还用于远程运维工作人员根据所述风力发电机组的状态信息和所述运维现场的全息化影像信息对风力发电机组运维操作做出运维指导；还用于生成远程运维端的全息化运维指导信息并将该全息化运维指导信息传输至所述现场工作站。
优选地，监控中心工作站包括第二全息投影模块、第二全息摄像模块、第二音频模块和第二动作识别模块，其中
第二全息投影模块，用于显示来自所述现场工作站的全息化影像信息。
第二全息摄像模块，用于生成远程运维端的全息化运维指导信息。
第二音频模块，用于识别并采集远程运维端的音频信息，还用于播放来自所述现场工作站的音频信息。
第二动作识别模块，用于识别并采集远程运维端的远程运维工作人员的运维指导信息。
优选地，现场工作站和/或监控中心工作站为基于工控机系统、ARM嵌入式系统、DSP嵌入式系统或MCU嵌入式系统中任一种的工作站。
通信网络组，用于N个现场工作站和监控中心工作站之间的信息传输，以及N个现场工作站之间的信息传输。
优选地，通信网络组为以太网络或无线网络，该系统的通信网络可以选择风力发电现场光纤以太环网，或者采用基于无线通信技术组建的无线通信技术。
优选地，全息化影像信息包括风力发电机组现场设备运行状态信息和现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息。
优选地，现场运维端的音频信息包括风力发电现场设备的音频信息和现场运维端的现场运维工作人员的音频信息。
优选地，第一、第二全息投影模块为舞台全息幻影成像设备或展示幻影成像设备。
优选地，第一、第二全息摄像模块为全息摄像仪。
优选地，数据采集模块为基于工控机系统、PLC嵌入式系统或MCU嵌入式系统中任一种的数据采集装置，用于对风力发电设备运行状态信息进行采集。
优选地，第一、第二动作识别设备为具有动作识别功能的全息摄影设备。
优选地，第一、第二音频模块为音频采集器和音频播放设备。
本发明的有益效果如下：
1.本发明基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，通过构建基于全息影像技术的风电机组状态监控和运维指导体系构架，实现了风电现场运维端和远程运维端全息信息的实时交互，提高了状态监控和运维指导的实时性。
2.本发明基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，通过构建基于全息影像技术的风电机组状态监控和运维指导体系构架，对风电机组的状态和运维过程中的操作有更加直观和多角度的观测，提高了状态监控和运维指导的准确性。
3.本发明基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，通过构建基于全息影像技术的风电机组状态监控和运维指导体系构架，克服了现场运维工作人员运维过程中多学科知识交叉的局限性和高水平运维人员经验不能复制的困难，得到最高效合理的运维策略，大大提高了状态监控和运维指导的高效性。
4.本发明中储存的状态监控和运维指导信息可作为教学模版，能直观高效地提高其他运维工作人员的运维经验。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统结构示意图。
图2示出基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统模块化信号流向图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，将全息影像技术引入风力发电机组状态监控领域，通过构建基于全息影像技术的风电机组状态监控和运维指导体系构架，实现风电运维现场端和远程运维端全息信息的实时交互，从而提高风电现场运维效率。
如图1所示，本发明提供了一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，该系统包括N个现场工作站、监控中心工作站和通信网络组，其中，N为自然数且N≥1。
如图2所示，本发明所述的现场工作站，设置于现场运维端，用于现场运维工作人员根据监控中心工作站的远程运维工作人员的全息化运维指导信息或其他现场工作站现场运维人员的全息化运维操作信息对风力发电机组进行运维操作。
本发明所述的现场工作站还用于采集风力发电机组的状态信息并将该状态信息传输至所述监控中心工作站，监控中心工作站的远程运维工作人员根据该状态信息做出运维指导，使得运维专家能够对风力发电机组运行状态数据信息进行实时评估，进而制定高效合理的运维策略。
本发明所述的现场工作站还用于生成运维现场的全息化影像信息并将该全息化影像信息传输至所述监控中心工作站。
本发明所述的现场工作站还用于接收并显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息，该全息化运维指导信息将显示在现场工作站屏幕上。
现场工作站屏幕可采用高背投幕或者空气雾幕。
本发明所述的现场工作站包括数字采集模块、第一全息投影模块、第一全息摄像模块、第一音频模块和第一动作识别模块。
数字采集模块，数据采集模块为基于工控机系统、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)嵌入式系统或微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)嵌入式系统中任一种的数据采集装置，用于对风力发电设备运行状态信息进行采集。
第一全息投影模块，用于显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息，并将该全息化运维指导信息显示到第一屏幕上。
本发明中，第一全息投影模块为舞台全息幻影成像设备或展示幻影成像设备，优选地选择360度全息投影仪。
第一全息摄像模块，用于生成运维现场的全息化影像信息。
本发明中，第一全息摄像模块采用全息摄影仪实现对风力发电现场设备运行状态信息和现场运维工作人员操作信息的全息化信息采集。
第一音频模块，用于识别并采集现场运维端的音频信息，还用于播放来自所述监控中心工作站的音频信息。
本发明中，第一音频模块采用音频采集器和音频播放设备实现，优选地选择音响放大器和麦克设备。
第一动作识别模块，用于识别并采集现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息。
本发明中，第一动作识别模块采用动作识别专用设备或者具有动作识别功能的全息摄影设备实现，动作识别专用设备优选地采用红外动作识别设备。
应该注意的是，N个现场工作站之间通过通信网络组进行全息化影像信息的交互，实现多个现场工作站之间的信息交互，提高运维效率。
本发明所述的风力发电机组的状态信息包括但不限于风电机组的震动状态信息、温度状态信息、齿轮箱润滑油油品油质信息和叶片应力信息。
本发明所述的监控中心工作站，设置于远程运维端，用于接收所述风力发电机组的状态信息并对风力发电机组状态进行监控。
本发明所述的监控中心工作站还用于接收并将运维现场的全息化影像信息显示在监控中心屏幕上。
监控中心工作站屏幕可采用高背投幕或者空气雾幕。
本发明所述的监控中心工作站还用于远程运维工作人员根据所述风力发电机组的状态信息和所述运维现场的全息化影像信息对风力发电机组运维操作做出运维指导。
本发明所述的监控中心工作站还用于生成远程运维端的全息化运维指导信息并将该全息化运维指导信息传输至所述现场工作站。
本发明所述的监控中心工作站包括第二全息投影模块、第二全息摄像模块、第二音频模块和第二动作识别模块，其中
第二全息投影模块，用于显示来自所述现场工作站的全息化影像信息。
本发明中，第二全息投影模块为舞台全息幻影成像设备或展示幻影成像设备，优选地选择360度全息投影仪。
第二全息摄像模块，用于生成远程运维端的全息化运维指导信息。
本发明中，第二全息摄像模块采用全息摄影仪实现对远程运维端的远程运维工作人员指导信息的全息化信息采集。
第二音频模块，用于识别并采集远程运维端的音频信息，还用于播放来自所述现场工作站的音频信息。
本发明中，第二音频模块采用音频采集器和音频播放设备实现，优选地选择音响放大器和麦克设备。
第二动作识别模块，用于识别并采集远程运维端的远程运维工作人员的运维指导信息。
本发明中，第二动作识别模块采用动作识别专用设备或者具有动作识别功能的全息摄影设备实现，动作识别专用设备优选地采用红外动作识别设备。
本发明所述的全息化影像信息包括风力发电机组现场设备运行状态信息和现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息。
本发明所述的现场运维端的音频信息包括风力发电现场设备的音频信息和现场运维端的现场运维工作人员的音频信息；远程运维端的音频信息包括远程运维工作人员的指导音频信息。
本发明所述的现场工作站和/或监控中心工作站为基于工控机系统、ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式系统、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)嵌入式系统或(Microcontroller Unit，MCU)嵌入式系统中任一种的工作站。
通信网络组，用于N个现场工作站和监控中心工作站之间的信息传输，以及N个现场工作站之间的信息传输。
通信网络组为以太网络或无线网络，该系统的通信网络可以选择风力发电现场光纤以太环网，或者采用基于无线通信技术组建的无线通信技术。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种基于全息影像的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，该系统包括N个现场工作站、监控中心工作站和通信网络组，其中
现场工作站，设置于现场运维端，用于现场运维工作人员对风力发电机组进行运维操作，还用于采集风力发电机组的状态信息并将该状态信息传输至所述监控中心工作站，还用于生成运维现场的全息化影像信息并将该全息化影像信息传输至所述监控中心工作站，还用于接收并显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息；
监控中心工作站，设置于远程运维端，用于接收所述风力发电机组的状态信息并对风力发电机组状态进行监控，还用于接收并显示运维现场的全息化影像信息，还用于远程运维工作人员根据所述风力发电机组的状态信息和所述运维现场的全息化影像信息对风力发电机组运维操作做出运维指导；还用于生成远程运维端的全息化运维指导信息并将该全息化运维指导信息传输至所述现场工作站；
通信网络组，用于N个现场工作站和监控中心工作站之间以及N个现场工作站之间的信息传输；
其中，N为自然数且N≥1；
所述生成运维现场的全息化影像信息包括：
利用干涉和衍射原理来生成运维现场的全息化影像信息；
所述现场工作站包括数字采集模块、第一全息投影模块、第一全息摄像模块、第一音频模块和第一动作识别模块，其中
数字采集模块，用于对风力发电机组状态信息进行采集；
第一全息投影模块，用于显示来自所述监控中心工作站的全息化运维指导信息；
第一全息摄像模块，用于生成运维现场的全息化影像信息；
第一音频模块，用于识别并采集现场运维端的音频信息，还用于播放来自所述监控中心工作站的音频信息；
第一动作识别模块，用于识别并采集现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息；
所述监控中心工作站包括第二全息投影模块、第二全息摄像模块、第二音频模块和第二动作识别模块，其中
第二全息投影模块，用于显示来自所述现场工作站的全息化影像信息；
第二全息摄像模块，用于生成远程运维端的全息化运维指导信息；
第二音频模块，用于识别并采集远程运维端的音频信息，还用于播放来自所述现场工作站的音频信息；
第二动作识别模块，用于识别并采集远程运维端的远程运维工作人员的运维指导信息。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述通信网络组为以太网络或无线网络。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述风力发电机组的状态信息包括风电机组的震动状态信息、温度状态信息、齿轮箱润滑油油品油质信息和叶片应力信息。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述全息化影像信息包括风力发电机组现场设备运行状态信息和现场运维端的现场运维工作人员的运维操作信息。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述现场运维端的音频信息包括风力发电现场设备的音频信息和现场运维端的现场运维工作人员的音频信息。
6.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述N个现场工作站之间通过通信网络组进行全息化影像信息的交互，N个现场工作站与监控中心工作站之间通过通信网络组进行全息化影像信息的交互。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述现场工作站和/或监控中心工作站为基于工控机系统、ARM嵌入式系统、DSP嵌入式系统或MCU嵌入式系统中任一种的工作站，所述第一、第二全息投影模块为舞台全息幻影成像设备或展示幻影成像设备，所述第一、第二全息摄像模块为全息摄像仪。
8.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监控与运维指导系统，其特征在于，所述数字采集模块为基于工控机系统、PLC嵌入式系统或MCU嵌入式系统中任一种的数字采集模块，所述第一、第二动作识别模块为具有动作识别功能的全息摄影设备，所述第一、第二音频模块为音频采集器和音频播放设备。
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