變電站內巡檢無人機飛行器控制技術

魏曉偉 張金祥 王建偉 馬國義 李廣淵 李偉靖

摘 要：隨著科學技術的進步和電力體制的改革，電力系統自動化程度不斷加強，變電站巡檢工作正朝著無人化的趨勢發展，借助無人機設備對變電站內的設備進行檢驗和監察，本文分析了無人機飛行器在變電站巡檢中應用，通過那個科學技術的探究，優化無人機的飛行器控制技術，提高變電站的運行效率，讓輸變電生產安全和社會穩定性大大提高。

關鍵詞：變電站 巡檢 無人機飛行器 控制技術

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

變電站內電力設備的巡檢人員每天面臨的工作量巨大，工作任務艱巨，傳統地面人工和機器人的巡檢方式存在死角，對于高空及間隙內設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量，引入無人機飛行器有效控制電路設備安全，防治變電設備遺漏、誤檢等問題，實現最佳的檢測效果，保障變電站的運行質量和效率。

1 變電站巡檢無人機飛行器控制關鍵技術分析

我國的變電站巡檢無人機在發展起步較晚，但是有良好的發展前景，機器人定位導航、模式識別以及智能分析等技術層面已經有了領先的發展水平，當前的無人機已經融合移動控制、導航以及路徑規劃、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，有助于變電站的安全、合理運行，無人機在運行的時候有以下幾點關鍵技術。

1.1 巡檢無人機導航控制技術

首先，巡檢無人機在視覺導航的時候要注意移動攝像機的安裝和運行，通過圖像的實時監視和識別，讓關聯的無人機在實際的位置上實現基礎的自主導航和定位。使用視覺導航的技術可以在變電站內獲取最大監控信息，針對圖像處理計算技術優化計算量，提高系統的實用性，通過巡檢無人機的視頻導航技術、自主定位、融合環境光照、煙霧等多種因素實現最佳的導航。

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

最后，在巡檢無人機內安裝慣性導航系統，使用加速度計、陀螺儀等設備測量無人機的加速度和運動方向，通過速度和位置找尋變電站內的位置和搜集信息，一旦出現位置誤差的問題，巡檢無人機可以快速地針對誤差進行校正，提高巡檢無人機的整體運行精度。

1.2 巡檢無人機自主充電技術

變電站的巡檢機器人可以使用磷酸鐵鋰電池進行供電，由于巡檢無人機的運行時間、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，為此巡檢無人機的自主充電技術顯得尤為重要。巡檢無人機可以使用接觸式自主充電技術，利用機器人本體以及固定接口進行自動定位和連接，采用激光定位的方式進行充電接頭的定位，在接觸的時候可以精準定位，提高充電的容忍度。巡檢無人機還可以使用光能自主充電技術，按照光能轉換讓無人機進行自主補能，光能技術在應用的時候成本低、技術成熟，光能的轉換效率不高，需要在無人機充電的時候調整整體面積，讓無人機在移動的時候可以自主充電。巡檢無人機利用非接觸式自主充電技術，通過無線感應的方式進行能量傳輸，按照電磁感應、磁共振、微博無線等幾種充電的方式實現對無人機的控制，可以讓巡檢無人機在運行的時候控制功率，簡單運行。

1.3 巡檢無人機無線通信網絡技術

巡檢無人機在變電控制的時要按照變電站的作業模式進行后臺系統的信息交互，確保無人機在巡檢的時候可以及時與后臺系統進行信息交互，為了確保巡檢無人機的正常運行，要在傳輸通道內搭建高速、穩定和可靠的無線通道傳輸通道，傳輸技術有WiFi、UWB以及LiFi技術。

首先，WiFi技術在短距離無線載波信息技術，在變電站內有廣泛的覆蓋范圍，傳播速率也變得非常快，在百米內可以提供11～600Mbps的傳輸速率，實現網絡內高效的信息傳輸，提高運行效率。

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

LiFi技術采用酒光譜而非無線電波技術當作載體進行數據傳輸，應用在巡檢無人機中可以突顯綠色環保的功效，不占用無線酒電頻帶資源，提高無人機信息傳輸的保密性，突出巡檢無人機的信息傳輸效果。

2 變電站巡檢無人機飛行控制系統的結構

2.1 巡檢無人機的飛行控制系統的運行技術

在巡檢無人機內飛行科目要優化控制指令，在飛行控制指令內進行 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，根據期望的輸入量計算得出總距操縱量，包括軌道的滾轉角、俯仰角、偏航角等姿態，使得無人機在飛行的過程中可以根據輸入的指令運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翼的飛行器模型，讓無人機在變電站巡檢運行的時候取得最佳的效果酒，反饋到實際的操作系統內。

2.2 巡檢無人的飛行姿態控制系統

無人機飛行要按照實現輸入的機動飛行命令運行，在變電站內運行的時候要注意飛行的姿態，控制好飛行的姿態可以讓機體在設備檢驗的時候做好全面控制。姿態控制器的穩定性直接決定了無人飛行器的飛行質量，在實際飛行的過程中，姿態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、神經網絡誤差補償器以及姿態逆控制器的進行姿態控制系統的組裝和運行，按照線性控制器的作用調節無人機系統的響應性能，以此來減小超調量的調節時間，提高系統的加速度。

2.3 巡檢無人機的軌跡控制系統運行

無人機飛行器在變電站內要做好檢測、搜索以及監視的工作，變電站內的后臺工作人員要對無人機的速度和位置進行精確控制，隨時掌握無人機的飛行軌跡和反饋回來的信息。為此，在無人機軌跡控制的時候將軌跡控制系統分為快回路、慢回路，根據無人機的姿態穩定性和控制進行飛行軌道的控制，給定通道飛行的操縱量，讓無人機的飛行通按照姿態角和角速率達到最高的穩定性，使得軌道的控制系統實現完整的運行和控制。

在軌跡控制器運行的時候計算出準確的期望滾轉角、俯仰角等控制變量，消除總距的操縱量，讓姿態控制指令作為姿態控制器進行運行，消除軌跡控制系統，力求實現最佳控制效果。

3 變電站內巡檢無人機的變電站巡檢功能的分析

3.1 變電站內巡檢無人機實時數據的曲線分析

變電站內設備的溫度隨著負荷變化而發生一定的波動，無人機在巡檢的過程中要做好溫度趨勢的監控，尤其是當變電站內出現老舊設備的時候，巡檢無人機要根據溫度曲線的變化來進行設備老舊情況的分析，在機器巡檢的時候度對變電站設備各個附件的溫度情況進行分析，與關聯的變電站運行輸入MIS系統，使得變電站內的管理人員做好數據存儲和查詢的功能，借助無人機來提高巡檢數據的智能管理。

3.2 變電站內巡檢無人機自動導航定位功能的分析

巡檢無人機綜合多種信息技術進行導航和定位，根據傳感器搜集信息進行深入分析，掌握變電站內的實際生產情況，通過無人機的信息反饋情況變電站內的人員可以隨時了解設備的運行情況，變電站巡檢無人機進行自動導航定位和圖像巡檢，制定出科學的規劃路線，在變電站的運行中制定全局的規劃路徑，有效提高變電站的設備巡檢工作效率和質量。

3.3 變電站內巡檢無人機的紅外采集功能分析

變電站內的巡檢無人機要根據系統結構進行紅外采集，依靠紅外熱像儀增強整個變電站內測溫效果，強化對變電站內各種生產設備的安全可靠性能進行分析，得出可靠性的評估結果，延長變電站的設備使用壽命。在無人機測量檢測的時候，借助紅外探測頭、圖像處理器以及其他的檢測監控，完善變電站的智能化管理。在紅外監測的過程中，依據設備的表面溫度進行情況分析，及時反饋給變電站內技術檢修人員，修改變電站內狀態維修情況，降低變電站的生產成本，讓變電站的設備得到最佳的保障和優化。

3.4 變電站內徐建無人機的運動控制以及視頻采集功能分析

巡檢無人機在飛行檢測的時候運用高清攝像頭進行圖像的實時采集，將重要的視頻數據和圖像傳遞到基站中去，在基站內進行視頻數據的分析，按照相應的模塊分析效果進行有效處理，并及時在實際操作和運行中給予實際的指導，確保變電站的有效運行，有效降低設備的故障發生率。通過巡檢無人機的運用，給變電站運行帶來原始的驅動力，合理規劃電力管理路徑，使得變電站在伺服系統的支持下構建可靠的運動模型，并發出遙控之靈，有效提高變電站實際問題運行效率和處理效率。

4 結語

隨著科學技術的發展和無人機技術的廣泛應用，變電站的運行和管理可以借助無人機的智能技術提高管理，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，優化整個變電站的管理效力，提高變電站的生產質量和生產效率。有效提高變電站的智能電網的發展和建設，本文分析了無人機在變電站巡檢中的應用和控制技術，探究如何優化無人機飛行控制，為變電站管理做出貢獻。

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