基于機器人的變電站物聯網技術研究綜述

陳纓 吳天寶 馬小敏 劉小江 劉益岑

摘要：本文首先分析了變電站智能化發展方向;進一步地，介紹了目前國內外變電站巡檢機器人技術發展現狀;最后基于巡檢機器人的發展水平，利用物聯網技術，分析了物聯網技術在智能變電站中各個方面的應用。

關鍵詞：變電站;巡檢機器人;物聯網

1 引言

20世紀80年代以來，隨著我國經濟的騰升，電力系統在社會發展中的比重越來越大。人民生活水平的不斷提升，對于安全、可靠、連續的電能需求也日益增加。而一旦電網發生故障出現大面積的停電事故，將會給社會帶來非常嚴重的損失。為了避免大停電事故的發生，保障電力系統穩定安全的運行，并滿足現代社會對于電能質量的要求，在電網發生故障以后，快速準確找出故障元件，減少停電時間，保障電網供電的可靠性是主要任務之一。通過以物聯網和人工智能為基礎，以變電站智能巡檢機器人為依托，結合在線狀態檢測設備，開發機器人與智能運檢管控系統數據接口，實現機器人與智能運檢信息互聯，對保障變電站安全、穩定運行具有重要意義。

2 變電站巡檢機器人技術

以智能機器人服務于變電站巡檢是當前國內外技術發展趨勢，研究內容包括機器人自主定位和導航、任務路徑規劃等。在國外，日本學者2003年率先提出了變電站巡檢機器人的研究方案并完成了實驗室模擬實驗。2005年Birk 等研制了軌道式變電站巡檢機器人，并在美國西部電力公司投入應用，有效實現了變電站電氣設備的紅外測溫。Carnegie等提出了一種由光纖陀螺、里程儀、加速度計、激光雷達、差分GPS和導航計算機構成的導航系統，基于差分GPS定位、航位推算導航原理設計了該組合導航系統軟件，實驗表明，該系統能為變電站設備巡檢機器人提供連續、實時、較高精度的導航定位;Suzuki等提出基于機器視覺與3D像素地圖的移動機器人導航定位方法，并將其應用于變電站設備巡檢，取得比常規方法更好的定位精度;Gueaieb等提出了智能移動機器人的RFID定位方法，為變電站巡檢機器人的精確定位提供了新思路;Katrasnik設計了一種基于視覺的變電站智能巡檢機器人，并通過現場試驗證明了其有效性; Park 等對巡檢機器人的的關鍵技術進行了分析與展望，指出在巡檢機器人上應用仿人立體視覺技術將會有效地提升變電設備狀態監控的智能化程度，是巡檢機器人的發展方向。

我國起步較晚，2007年出現了變電站巡檢機器人的研究報道，魯守銀等提出了一種巡檢機器人的體系結構，給出了基于該體系結構的車體運動學建模和避障算法;矯德余等研制了嵌入式系統的巡檢機器人，該系統攜帶紅外熱像儀、可見光攝像機等檢測設備，基于磁軌跡實現最優路徑規劃和雙向行走，以自主或遙控方式實現站內一次設備溫度的自動巡檢，肖鵬等針對現有云臺產品無法滿足變電站現場巡檢要求這一情況，設計了巡檢機器人云臺控制系統并通過實驗驗證了該系統的有效性;王建元等針對無人值守變電站遙視系統的網絡化和智能化多點監測趨勢，結合巡檢機器人技術，提出一種基于圖論的智能尋跡方案并利用基于傳遞閉包理論的路徑搜索算法，對各檢測點關聯信息進行關聯路徑搜索，為智能巡檢提供了新思路。當前機器人研究以伺服控制等研究為主，對變電站設備的智能分析研究較弱。

3 機器人與運檢管控系統間的物聯網技術

物聯網技術是實現機器人和運管平臺信息互通協同控制的關鍵技術。智能變電站的發展促進了物聯網技術在變電站監測中的初步應用。智能化的變電站監測，首先依賴于電網各個環節重要運行參數的在線監測和實時信息掌控，物聯網作為推動智能電網發展的信息感知和“物物互聯”重要技術手段，已經在電力設備狀態監測、智能巡檢等方面得到應用。電網各個環節重要運行參數的在線監測，對設備狀態的預測、預防、調控，基于可靠監控信息，建立電網各個環節的輔助決策和配電環節的智能決策。而這些智能化任務的實現，必須依托于透徹的信息感知、可靠的數據傳輸、健全的網絡架構及海量信息的智能管理和多級數據的高效處理等技術。

我國在物聯網領域的布局較早，中科院10年前就啟動了傳感網研究，中科院上海微系統與信息技術研究所、南京航空航天大學、西北工業大學等科研單位，目前正加緊研發"物聯網"技術。2009年10月，中國研發出首顆物聯網核心芯片---"唐芯一號"。2010年工信部和發改委出臺了系列政策支持物聯網產業化發展，到2020年之前我國已經規劃了3.86萬億元的資金用于物聯網產業化的發展。在國家重大科技專項、國家自然科學基金和"863"計劃的支持下，國內新一代寬帶無線通信、高性能計算與大規模并行處理技術、光子和微電子器件與集成系統技術、傳感網技術、物聯網體系架構及其演進技術等研究與開發取得重大進展。目前，北京、上海、江蘇、浙江、無錫和深圳等地都在開展物聯網發展戰略研究，制定物聯網產業發展規劃，出臺扶持產業發展的相關優惠政策。

在物聯網與電力系統結合方面，從20世紀90年代開始，清華大學、西安交通大學、武漢大學、武漢高壓研究所等科研單位陸續開展了基于物聯網的輸電在線監測技術研究。2009年4月開始，國網信息通信有限公司在智能用電方面率先開展工作，開展相關技術研究并在北京建立了智能用戶服務試點工程。智能用電服務試點工程主要基于光纖通信技術和電力線寬帶網絡技術構建，采用雙向互動智能表計、用戶智能交互終端等，建立用戶與電網之間實時連接、互動開放的數字網絡。從2009年開始，國家電網公司先后啟動了智能變電站、狀態監測與檢修、智能調度、配網自動化、智能用電等試點工作，有力地扎動了智能電網的建設，也促進了物聯網在智能電網葉的應用。

參考文獻：

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基金項目：國網四川省電力公司科技項目（項目號：521997180016）