魏曉偉 張金祥 王建偉 馬國義 李廣淵 李偉靖

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電力體制的改革，電力系統(tǒng)自動化程度不斷加強(qiáng)，變電站巡檢工作正朝著無人化的趨勢發(fā)展，借助無人機(jī)設(shè)備對變電站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行檢驗和監(jiān)察，本文分析了無人機(jī)飛行器在變電站巡檢中應(yīng)用，通過那個科學(xué)技術(shù)的探究，優(yōu)化無人機(jī)的飛行器控制技術(shù)，提高變電站的運(yùn)行效率，讓輸變電生產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定性大大提高。

關(guān)鍵詞：變電站 巡檢 無人機(jī)飛行器 控制技術(shù)

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-0001-02

變電站內(nèi)電力設(shè)備的巡檢人員每天面臨的工作量巨大，工作任務(wù)艱巨，傳統(tǒng)地面人工和機(jī)器人的巡檢方式存在死角，對于高空及間隙內(nèi)設(shè)備存在巡檢不到位和無法帶電巡檢問題。為了有效保障變電站日常巡檢工作的質(zhì)量，引入無人機(jī)飛行器有效控制電路設(shè)備安全，防治變電設(shè)備遺漏、誤檢等問題，實現(xiàn)最佳的檢測效果，保障變電站的運(yùn)行質(zhì)量和效率。

1 變電站巡檢無人機(jī)飛行器控制關(guān)鍵技術(shù)分析

我國的變電站巡檢無人機(jī)在發(fā)展起步較晚，但是有良好的發(fā)展前景，機(jī)器人定位導(dǎo)航、模式識別以及智能分析等技術(shù)層面已經(jīng)有了領(lǐng)先的發(fā)展水平，當(dāng)前的無人機(jī)已經(jīng)融合移動控制、導(dǎo)航以及路徑規(guī)劃、視覺模式識別、多傳感器融合、電磁兼容、無線控制器等形成了一套一體化的智能型系統(tǒng)，有助于變電站的安全、合理運(yùn)行，無人機(jī)在運(yùn)行的時候有以下幾點關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 巡檢無人機(jī)導(dǎo)航控制技術(shù)

首先，巡檢無人機(jī)在視覺導(dǎo)航的時候要注意移動攝像機(jī)的安裝和運(yùn)行，通過圖像的實時監(jiān)視和識別，讓關(guān)聯(lián)的無人機(jī)在實際的位置上實現(xiàn)基礎(chǔ)的自主導(dǎo)航和定位。使用視覺導(dǎo)航的技術(shù)可以在變電站內(nèi)獲取最大監(jiān)控信息，針對圖像處理計算技術(shù)優(yōu)化計算量，提高系統(tǒng)的實用性，通過巡檢無人機(jī)的視頻導(dǎo)航技術(shù)、自主定位、融合環(huán)境光照、煙霧等多種因素實現(xiàn)最佳的導(dǎo)航。

其次，巡檢無人機(jī)可以利用激光反射光導(dǎo)航技術(shù)，利用激光掃描周邊的環(huán)境，借助系統(tǒng)進(jìn)行計算反射的接收時間來進(jìn)行物體與無人機(jī)之間的距離，按照距離信息進(jìn)行導(dǎo)航和定位，有助于巡檢無人機(jī)的平行運(yùn)行，提高距離的分辨率，降低周圍環(huán)境對巡檢無人機(jī)的干擾，借助激光的導(dǎo)航技術(shù)，巡檢無人機(jī)可以更準(zhǔn)確地獲取距離信息，及時定期累積和進(jìn)行誤差校正。

最后，在巡檢無人機(jī)內(nèi)安裝慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，使用加速度計、陀螺儀等設(shè)備測量無人機(jī)的加速度和運(yùn)動方向，通過速度和位置找尋變電站內(nèi)的位置和搜集信息，一旦出現(xiàn)位置誤差的問題，巡檢無人機(jī)可以快速地針對誤差進(jìn)行校正，提高巡檢無人機(jī)的整體運(yùn)行精度。

1.2 巡檢無人機(jī)自主充電技術(shù)

變電站的巡檢機(jī)器人可以使用磷酸鐵鋰電池進(jìn)行供電，由于巡檢無人機(jī)的運(yùn)行時間、不間斷工作時間不同，對電池供電能力的需求也有不同的要求，為此巡檢無人機(jī)的自主充電技術(shù)顯得尤為重要。巡檢無人機(jī)可以使用接觸式自主充電技術(shù)，利用機(jī)器人本體以及固定接口進(jìn)行自動定位和連接，采用激光定位的方式進(jìn)行充電接頭的定位，在接觸的時候可以精準(zhǔn)定位，提高充電的容忍度。巡檢無人機(jī)還可以使用光能自主充電技術(shù)，按照光能轉(zhuǎn)換讓無人機(jī)進(jìn)行自主補(bǔ)能，光能技術(shù)在應(yīng)用的時候成本低、技術(shù)成熟，光能的轉(zhuǎn)換效率不高，需要在無人機(jī)充電的時候調(diào)整整體面積，讓無人機(jī)在移動的時候可以自主充電。巡檢無人機(jī)利用非接觸式自主充電技術(shù)，通過無線感應(yīng)的方式進(jìn)行能量傳輸，按照電磁感應(yīng)、磁共振、微博無線等幾種充電的方式實現(xiàn)對無人機(jī)的控制，可以讓巡檢無人機(jī)在運(yùn)行的時候控制功率，簡單運(yùn)行。

1.3 巡檢無人機(jī)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

巡檢無人機(jī)在變電控制的時要按照變電站的作業(yè)模式進(jìn)行后臺系統(tǒng)的信息交互，確保無人機(jī)在巡檢的時候可以及時與后臺系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，為了確保巡檢無人機(jī)的正常運(yùn)行，要在傳輸通道內(nèi)搭建高速、穩(wěn)定和可靠的無線通道傳輸通道，傳輸技術(shù)有WiFi、UWB以及LiFi技術(shù)。

首先，WiFi技術(shù)在短距離無線載波信息技術(shù)，在變電站內(nèi)有廣泛的覆蓋范圍，傳播速率也變得非?？欤诎倜變?nèi)可以提供11～600Mbps的傳輸速率，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高效的信息傳輸，提高運(yùn)行效率。

UWB采用無載波通信技術(shù)可以提供高量級的頻帶寬和極高的通信安全性，雖然傳數(shù)據(jù)的距離較短，但是巡檢無人機(jī)的室內(nèi)定位效果得到保障。

LiFi技術(shù)采用酒光譜而非無線電波技術(shù)當(dāng)作載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用在巡檢無人機(jī)中可以突顯綠色環(huán)保的功效，不占用無線酒電頻帶資源，提高無人機(jī)信息傳輸?shù)谋Ｃ苄裕怀鲅矙z無人機(jī)的信息傳輸效果。

2 變電站巡檢無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 巡檢無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)的運(yùn)行技術(shù)

在巡檢無人機(jī)內(nèi)飛行科目要優(yōu)化控制指令，在飛行控制指令內(nèi)進(jìn)行 縱向線速度、橫向線速度以及垂直向就位置的控制，做好之靈信息的控制，將飛行指令輸入到軌跡控制器內(nèi)，根據(jù)期望的輸入量計算得出總距操縱量，包括軌道的滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、偏航角等姿態(tài)，使得無人機(jī)在飛行的過程中可以根據(jù)輸入的指令運(yùn)算得出就縱向操縱量、橫向操縱量以及尾漿操縱量，這些操縱量能夠控制無人旋轉(zhuǎn)翼的飛行器模型，讓無人機(jī)在變電站巡檢運(yùn)行的時候取得最佳的效果酒，反饋到實際的操作系統(tǒng)內(nèi)。

2.2 巡檢無人的飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)

無人機(jī)飛行要按照實現(xiàn)輸入的機(jī)動飛行命令運(yùn)行，在變電站內(nèi)運(yùn)行的時候要注意飛行的姿態(tài)，控制好飛行的姿態(tài)可以讓機(jī)體在設(shè)備檢驗的時候做好全面控制。姿態(tài)控制器的穩(wěn)定性直接決定了無人飛行器的飛行質(zhì)量，在實際飛行的過程中，姿態(tài)控制要做好誤差計算，控制好跟蹤效果。按照二階參考模型、線性控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償器以及姿態(tài)逆控制器的進(jìn)行姿態(tài)控制系統(tǒng)的組裝和運(yùn)行，按照線性控制器的作用調(diào)節(jié)無人機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)性能，以此來減小超調(diào)量的調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)的加速度。

2.3 巡檢無人機(jī)的軌跡控制系統(tǒng)運(yùn)行

無人機(jī)飛行器在變電站內(nèi)要做好檢測、搜索以及監(jiān)視的工作，變電站內(nèi)的后臺工作人員要對無人機(jī)的速度和位置進(jìn)行精確控制，隨時掌握無人機(jī)的飛行軌跡和反饋回來的信息。為此，在無人機(jī)軌跡控制的時候?qū)④壽E控制系統(tǒng)分為快回路、慢回路，根據(jù)無人機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定性和控制進(jìn)行飛行軌道的控制，給定通道飛行的操縱量，讓無人機(jī)的飛行通按照姿態(tài)角和角速率達(dá)到最高的穩(wěn)定性，使得軌道的控制系統(tǒng)實現(xiàn)完整的運(yùn)行和控制。

在軌跡控制器運(yùn)行的時候計算出準(zhǔn)確的期望滾轉(zhuǎn)角、俯仰角等控制變量，消除總距的操縱量，讓姿態(tài)控制指令作為姿態(tài)控制器進(jìn)行運(yùn)行，消除軌跡控制系統(tǒng)，力求實現(xiàn)最佳控制效果。

3 變電站內(nèi)巡檢無人機(jī)的變電站巡檢功能的分析

3.1 變電站內(nèi)巡檢無人機(jī)實時數(shù)據(jù)的曲線分析

變電站內(nèi)設(shè)備的溫度隨著負(fù)荷變化而發(fā)生一定的波動，無人機(jī)在巡檢的過程中要做好溫度趨勢的監(jiān)控，尤其是當(dāng)變電站內(nèi)出現(xiàn)老舊設(shè)備的時候，巡檢無人機(jī)要根據(jù)溫度曲線的變化來進(jìn)行設(shè)備老舊情況的分析，在機(jī)器巡檢的時候度對變電站設(shè)備各個附件的溫度情況進(jìn)行分析，與關(guān)聯(lián)的變電站運(yùn)行輸入MIS系統(tǒng)，使得變電站內(nèi)的管理人員做好數(shù)據(jù)存儲和查詢的功能，借助無人機(jī)來提高巡檢數(shù)據(jù)的智能管理。

3.2 變電站內(nèi)巡檢無人機(jī)自動導(dǎo)航定位功能的分析

巡檢無人機(jī)綜合多種信息技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航和定位，根據(jù)傳感器搜集信息進(jìn)行深入分析，掌握變電站內(nèi)的實際生產(chǎn)情況，通過無人機(jī)的信息反饋情況變電站內(nèi)的人員可以隨時了解設(shè)備的運(yùn)行情況，變電站巡檢無人機(jī)進(jìn)行自動導(dǎo)航定位和圖像巡檢，制定出科學(xué)的規(guī)劃路線，在變電站的運(yùn)行中制定全局的規(guī)劃路徑，有效提高變電站的設(shè)備巡檢工作效率和質(zhì)量。

3.3 變電站內(nèi)巡檢無人機(jī)的紅外采集功能分析

變電站內(nèi)的巡檢無人機(jī)要根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行紅外采集，依靠紅外熱像儀增強(qiáng)整個變電站內(nèi)測溫效果，強(qiáng)化對變電站內(nèi)各種生產(chǎn)設(shè)備的安全可靠性能進(jìn)行分析，得出可靠性的評估結(jié)果，延長變電站的設(shè)備使用壽命。在無人機(jī)測量檢測的時候，借助紅外探測頭、圖像處理器以及其他的檢測監(jiān)控，完善變電站的智能化管理。在紅外監(jiān)測的過程中，依據(jù)設(shè)備的表面溫度進(jìn)行情況分析，及時反饋給變電站內(nèi)技術(shù)檢修人員，修改變電站內(nèi)狀態(tài)維修情況，降低變電站的生產(chǎn)成本，讓變電站的設(shè)備得到最佳的保障和優(yōu)化。

3.4 變電站內(nèi)徐建無人機(jī)的運(yùn)動控制以及視頻采集功能分析

巡檢無人機(jī)在飛行檢測的時候運(yùn)用高清攝像頭進(jìn)行圖像的實時采集，將重要的視頻數(shù)據(jù)和圖像傳遞到基站中去，在基站內(nèi)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的分析，按照相應(yīng)的模塊分析效果進(jìn)行有效處理，并及時在實際操作和運(yùn)行中給予實際的指導(dǎo)，確保變電站的有效運(yùn)行，有效降低設(shè)備的故障發(fā)生率。通過巡檢無人機(jī)的運(yùn)用，給變電站運(yùn)行帶來原始的驅(qū)動力，合理規(guī)劃電力管理路徑，使得變電站在伺服系統(tǒng)的支持下構(gòu)建可靠的運(yùn)動模型，并發(fā)出遙控之靈，有效提高變電站實際問題運(yùn)行效率和處理效率。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，變電站的運(yùn)行和管理可以借助無人機(jī)的智能技術(shù)提高管理，完善變電站的巡檢工作，使得變電站的巡檢工作降低人為失誤的概率，優(yōu)化整個變電站的管理效力，提高變電站的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。有效提高變電站的智能電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)，本文分析了無人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用和控制技術(shù)，探究如何優(yōu)化無人機(jī)飛行控制，為變電站管理做出貢獻(xiàn)。

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