变电站内巡检无人机飞行器控制技术

魏晓伟 张金祥 王建伟 马国义 李广渊 李伟靖

摘 要：随着科学技术的进步和电力体制的改革，电力系统自动化程度不断加强，变电站巡检工作正朝着无人化的趋势发展，借助无人机设备对变电站内的设备进行检验和监察，本文分析了无人机飞行器在变电站巡检中应用，通过那个科学技术的探究，优化无人机的飞行器控制技术，提高变电站的运行效率，让输变电生产安全和社会稳定性大大提高。

关键词：变电站 巡检 无人机飞行器 控制技术

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（a）-0001-02

变电站内电力设备的巡检人员每天面临的工作量巨大，工作任务艰巨，传统地面人工和机器人的巡检方式存在死角，对于高空及间隙内设备存在巡检不到位和无法带电巡检问题。为了有效保障变电站日常巡检工作的质量，引入无人机飞行器有效控制电路设备安全，防治变电设备遗漏、误检等问题，实现最佳的检测效果，保障变电站的运行质量和效率。

1 变电站巡检无人机飞行器控制关键技术分析

我国的变电站巡检无人机在发展起步较晚，但是有良好的发展前景，机器人定位导航、模式识别以及智能分析等技术层面已经有了领先的发展水平，当前的无人机已经融合移动控制、导航以及路径规划、视觉模式识别、多传感器融合、电磁兼容、无线控制器等形成了一套一体化的智能型系统，有助于变电站的安全、合理运行，无人机在运行的时候有以下几点关键技术。

1.1 巡检无人机导航控制技术

首先，巡检无人机在视觉导航的时候要注意移动摄像机的安装和运行，通过图像的实时监视和识别，让关联的无人机在实际的位置上实现基础的自主导航和定位。使用视觉导航的技术可以在变电站内获取最大监控信息，针对图像处理计算技术优化计算量，提高系统的实用性，通过巡检无人机的视频导航技术、自主定位、融合环境光照、烟雾等多种因素实现最佳的导航。

其次，巡检无人机可以利用激光反射光导航技术，利用激光扫描周边的环境，借助系统进行计算反射的接收时间来进行物体与无人机之间的距离，按照距离信息进行导航和定位，有助于巡检无人机的平行运行，提高距离的分辨率，降低周围环境对巡检无人机的干扰，借助激光的导航技术，巡检无人机可以更准确地获取距离信息，及时定期累积和进行误差校正。

最后，在巡检无人机内安装惯性导航系统，使用加速度计、陀螺仪等设备测量无人机的加速度和运动方向，通过速度和位置找寻变电站内的位置和搜集信息，一旦出现位置误差的问题，巡检无人机可以快速地针对误差进行校正，提高巡检无人机的整体运行精度。

1.2 巡检无人机自主充电技术

变电站的巡检机器人可以使用磷酸铁锂电池进行供电，由于巡检无人机的运行时间、不间断工作时间不同，对电池供电能力的需求也有不同的要求，为此巡检无人机的自主充电技术显得尤为重要。巡检无人机可以使用接触式自主充电技术，利用机器人本体以及固定接口进行自动定位和连接，采用激光定位的方式进行充电接头的定位，在接触的时候可以精准定位，提高充电的容忍度。巡检无人机还可以使用光能自主充电技术，按照光能转换让无人机进行自主补能，光能技术在应用的时候成本低、技术成熟，光能的转换效率不高，需要在无人机充电的时候调整整体面积，让无人机在移动的时候可以自主充电。巡检无人机利用非接触式自主充电技术，通过无线感应的方式进行能量传输，按照电磁感应、磁共振、微博无线等几种充电的方式实现对无人机的控制，可以让巡检无人机在运行的时候控制功率，简单运行。

1.3 巡检无人机无线通信网络技术

巡检无人机在变电控制的时要按照变电站的作业模式进行后台系统的信息交互，确保无人机在巡检的时候可以及时与后台系统进行信息交互，为了确保巡检无人机的正常运行，要在传输通道内搭建高速、稳定和可靠的无线通道传输通道，传输技术有WiFi、UWB以及LiFi技术。

首先，WiFi技术在短距离无线载波信息技术，在变电站内有广泛的覆盖范围，传播速率也变得非常快，在百米内可以提供11～600Mbps的传输速率，实现网络内高效的信息传输，提高运行效率。

UWB采用无载波通信技术可以提供高量级的频带宽和极高的通信安全性，虽然传数据的距离较短，但是巡检无人机的室内定位效果得到保障。

LiFi技术采用酒光谱而非无线电波技术当作载体进行数据传输，应用在巡检无人机中可以突显绿色环保的功效，不占用无线酒电频带资源，提高无人机信息传输的保密性，突出巡检无人机的信息传输效果。

2 变电站巡检无人机飞行控制系统的结构

2.1 巡检无人机的飞行控制系统的运行技术

在巡检无人机内飞行科目要优化控制指令，在飞行控制指令内进行 纵向线速度、横向线速度以及垂直向就位置的控制，做好之灵信息的控制，将飞行指令输入到轨迹控制器内，根据期望的输入量计算得出总距操纵量，包括轨道的滚转角、俯仰角、偏航角等姿态，使得无人机在飞行的过程中可以根据输入的指令运算得出就纵向操纵量、横向操纵量以及尾浆操纵量，这些操纵量能够控制无人旋转翼的飞行器模型，让无人机在变电站巡检运行的时候取得最佳的效果酒，反馈到实际的操作系统内。

2.2 巡检无人的飞行姿态控制系统

无人机飞行要按照實现输入的机动飞行命令运行，在变电站内运行的时候要注意飞行的姿态，控制好飞行的姿态可以让机体在设备检验的时候做好全面控制。姿态控制器的稳定性直接决定了无人飞行器的飞行质量，在实际飞行的过程中，姿态控制要做好误差计算，控制好跟踪效果。按照二阶参考模型、线性控制器、神经网络误差补偿器以及姿态逆控制器的进行姿态控制系统的组装和运行，按照线性控制器的作用调节无人机系统的响应性能，以此来减小超调量的调节时间，提高系统的加速度。

2.3 巡检无人机的轨迹控制系统运行

无人机飞行器在变电站内要做好检测、搜索以及监视的工作，变电站内的后台工作人员要对无人机的速度和位置进行精确控制，随时掌握无人机的飞行轨迹和反馈回来的信息。为此，在无人机轨迹控制的时候将轨迹控制系统分为快回路、慢回路，根据无人机的姿态稳定性和控制进行飞行轨道的控制，给定通道飞行的操纵量，让无人机的飞行通按照姿态角和角速率达到最高的稳定性，使得轨道的控制系统实现完整的运行和控制。

在轨迹控制器运行的时候计算出准确的期望滚转角、俯仰角等控制变量，消除总距的操纵量，让姿态控制指令作为姿态控制器进行运行，消除轨迹控制系统，力求实现最佳控制效果。

3 变电站内巡检无人机的变电站巡检功能的分析

3.1 变电站内巡检无人机实时数据的曲线分析

变电站内设备的温度随着负荷变化而发生一定的波动，无人机在巡检的过程中要做好温度趋势的监控，尤其是当变电站内出现老旧设备的时候，巡检无人机要根据温度曲线的变化来进行设备老旧情况的分析，在机器巡检的时候度对变电站设备各个附件的温度情况进行分析，与关联的变电站运行输入MIS系统，使得变电站内的管理人员做好数据存储和查询的功能，借助无人机来提高巡检数据的智能管理。

3.2 变电站内巡检无人机自动导航定位功能的分析

巡检无人机综合多种信息技术进行导航和定位，根据传感器搜集信息进行深入分析，掌握变电站内的实际生产情况，通过无人机的信息反馈情况变电站内的人员可以随时了解设备的运行情况，变电站巡检无人机进行自动导航定位和图像巡检，制定出科学的规划路线，在变电站的运行中制定全局的规划路径，有效提高变电站的设备巡检工作效率和质量。

3.3 变电站内巡检无人机的红外采集功能分析

变电站内的巡检无人机要根据系统结构进行红外采集，依靠红外热像仪增强整个变电站内测温效果，强化对变电站内各种生产设备的安全可靠性能进行分析，得出可靠性的评估结果，延长变电站的设备使用寿命。在无人机测量检测的时候，借助红外探测头、图像处理器以及其他的检测监控，完善变电站的智能化管理。在红外监测的过程中，依据设备的表面温度进行情况分析，及时反馈给变电站内技术检修人员，修改变电站内状态维修情况，降低变电站的生产成本，让变电站的设备得到最佳的保障和优化。

3.4 变电站内徐建无人机的运动控制以及视频采集功能分析

巡检无人机在飞行检测的时候运用高清摄像头进行图像的实时采集，将重要的视频数据和图像传递到基站中去，在基站内进行视频数据的分析，按照相应的模块分析效果进行有效处理，并及时在实际操作和运行中给予实际的指导，确保变电站的有效运行，有效降低设备的故障发生率。通过巡检无人机的运用，给变电站运行带来原始的驱动力，合理规划电力管理路径，使得变电站在伺服系统的支持下构建可靠的运动模型，并发出遥控之灵，有效提高变电站实际问题运行效率和处理效率。

4 结语

随着科学技术的发展和无人机技术的广泛应用，变电站的运行和管理可以借助无人机的智能技术提高管理，完善变电站的巡检工作，使得变电站的巡检工作降低人为失误的概率，优化整个变电站的管理效力，提高变电站的生产质量和生产效率。有效提高变电站的智能电网的发展和建设，本文分析了无人机在变电站巡检中的应用和控制技术，探究如何优化无人机飞行控制，为变电站管理做出贡献。

参考文献

[1] 陈正伦.无人机输电线路巡检中安全距离测量方法[J].工程技术：全文版，2017（2）：170.

[2] 王志方，付兴建，沈洁.电力巡检无人机的鲁棒自适应容错控制[J].武汉大学学报：工学版，2018（7）：198.

[3] 王小巍，胡濤.基于STC89S52的无人机飞行器监控系统设计[J].仪表技术，2010（11）：17-19.

[4] 徐健.无人机巡检输电线路技术的应用探析[J].科研，2016（7）：21-22.