0引言

配網(wǎng)作為電網(wǎng)的最末端網(wǎng)絡(luò),其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)乎電力用戶的正常用電。由于配網(wǎng)系統(tǒng)分布廣泛,一旦發(fā)生永久性故障,則難以在短時間內(nèi)恢復(fù)正常供電。因此,如何在配網(wǎng)巡檢工作中加快故障點(diǎn)及隱患缺陷點(diǎn)精準(zhǔn)定位成為配網(wǎng)運(yùn)維工作的關(guān)鍵。當(dāng)前配網(wǎng)巡檢工作已由傳統(tǒng)的“人巡”模式轉(zhuǎn)換成“人巡十機(jī)巡”模式,無人機(jī)在配電巡檢工作中已占據(jù)主要地位,能更快速、高效地對故障點(diǎn)或隱患缺陷點(diǎn)進(jìn)行定位,全面提高了配網(wǎng)巡檢工作的效率[1]。目前,在無法安裝機(jī)巢實(shí)現(xiàn)“蛙跳式”無人機(jī)巡檢技術(shù)的地區(qū),無人機(jī)的控制方式普遍是以無人機(jī)的起飛地點(diǎn)作為無人機(jī)的回收地點(diǎn),即無人機(jī)在沿架空線路巡視時,一旦遇到電池電量低或因通信信號差導(dǎo)致控制信號中斷等情況,均會按照已飛行路線原路返航。在巡視過程中,無人機(jī)需多次往返,這一過程損耗了大量的電池電量,因此當(dāng)前的無人機(jī)控制方式無法最大程度發(fā)揮無人機(jī)巡線的效用。此外,當(dāng)前無人機(jī)機(jī)巡操作模式以單人操作為主,這種操作模式對操作人員的注意力集中度要求甚高,操作人員長時間對著屏幕進(jìn)行觀察,難免會出現(xiàn)注意力不集中或視線模糊疲勞的不良反應(yīng),導(dǎo)致配網(wǎng)線路的部分隱患缺陷點(diǎn)難以被及時發(fā)現(xiàn),這就為配網(wǎng)的安全運(yùn)行埋下了隱患。而當(dāng)前已有的無人機(jī)接力測控技術(shù)多用于軍事領(lǐng)域,其發(fā)起點(diǎn)僅限于無人機(jī)控制器,并且無法實(shí)現(xiàn)在配網(wǎng)巡檢特定條件下進(jìn)行控制權(quán)轉(zhuǎn)移,操作過于簡單,并不適用于配網(wǎng)領(lǐng)域的無人機(jī)巡檢接力[2—3]。

基于上述配網(wǎng)無人機(jī)巡檢背景,在此提出一種基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控方法及相關(guān)系統(tǒng)。該無人機(jī)接力測控方法的接力信號可由無人機(jī)控制器手動觸發(fā),也可結(jié)合配網(wǎng)機(jī)巡的特點(diǎn)以及無人機(jī)所處環(huán)境狀況通過無人機(jī)自身進(jìn)行觸發(fā)。該無人機(jī)接力測控方法能夠結(jié)合配電線路的特點(diǎn),將無人機(jī)巡檢的效用發(fā)揮到最大,同時通過無人機(jī)接力測控的方式,提高配網(wǎng)巡檢工作的效率,進(jìn)一步保障配網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

1基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)工作原理

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)主要由多個無人機(jī)控制器以及一架無人機(jī)組成,其最小單元包括A控制器、B控制器以及無人機(jī),其中A控制器為無人機(jī)的當(dāng)前控制器,B控制器為待接力的控制器?？刂破骱蜔o人機(jī)的通信模塊主要由數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成。數(shù)據(jù)接收模塊用于接收控制器以及無人機(jī)發(fā)出的各種信號,主要包括無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號、無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號以及各種無人機(jī)飛行控制信號。數(shù)據(jù)處理模塊用于處理數(shù)據(jù)接收模塊接收到的各種數(shù)據(jù),并輸出處理結(jié)果,其是整個接力測控系統(tǒng)的核心模塊。控制模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊輸出的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊利用無線信號將控制模塊輸出的各種數(shù)據(jù)信號發(fā)送出去。

無人機(jī)控制器在控制無人機(jī)飛行時,其數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將飛行動作相關(guān)的控制信號通過無線信號發(fā)送給無人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊。在無人機(jī)控制器轉(zhuǎn)移無人機(jī)控制權(quán)時,若該操作由人工發(fā)起,則A控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向B控制器以及無人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號,B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向A控制器以及無人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號;若該操作由無人機(jī)自動發(fā)起,則無人機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向A控制器和B控制器的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號,A控制器和B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向無人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號,B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊會再向A控制器的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號。

2基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控設(shè)計(jì)

2.1 無人機(jī)特定角度自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

在配網(wǎng)無人機(jī)巡線過程中,無人機(jī)的行進(jìn)路線是按架空線路的布局沿線單向飛行。而在無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移過程中,由于數(shù)據(jù)信號切換、人為疏忽等多方面影響,容易存在小部分的巡檢盲區(qū),降低無人機(jī)巡檢結(jié)果的可靠性。由于配網(wǎng)電力架空線的電桿(塔)布局是等距分布,所以為減少無人機(jī)接力測控過程中的變量因素,選擇電桿(塔)所在位置作為無人機(jī)控制器的布局點(diǎn)。電桿(塔)是配網(wǎng)設(shè)備及金具的主要安裝位置,是無人機(jī)巡檢過程中的重要巡檢節(jié)點(diǎn)。為此,在無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移過程中,接力位置需在電桿(塔)前置位置。綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出,無人機(jī)和控制器的連線在與控制器法線之間的夾角為30O時,最有利于操作人員對前方線路及設(shè)備進(jìn)行觀察,且無人機(jī)相較于A控制器更靠近B控制器,有利于加快無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移的進(jìn)度。由于接力位置位于巡檢前進(jìn)方向的前置位置且留有足夠裕度,這就方便了B控制器的操作人員接力后開展巡檢工作,降低了配網(wǎng)隱患缺陷點(diǎn)被遺漏的可能性。無人機(jī)在檢測到當(dāng)前位置滿足上述30O夾角要求時, 自動向A控制器和B控制器發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號。無人機(jī)與B控制器夾角示意圖如圖2所示。

2.2 無人機(jī)低電量自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的無人機(jī)巡檢過程中,一旦出現(xiàn)電量低的問題,無人機(jī)控制器便會提示電量低或使無人機(jī)自動返航。這種控制模式使得無人機(jī)在巡檢過程中的效用大打折扣,無人機(jī)的電池電量無法在配網(wǎng)巡檢中得到充分利用。為此,定義d為無人機(jī)剩余行進(jìn)里程,d1為A控制器至無人機(jī)所在位置的水平投影距離,d2為B控制器至無人機(jī)所在位置的水平投影距離,有計(jì)算公式如下:

式中:q為無人機(jī)剩余電量百分比;L為無人機(jī)標(biāo)定行進(jìn)里程;x為無人機(jī)起飛點(diǎn)或接力點(diǎn)到現(xiàn)位置的飛行距離,由于無人機(jī)正常狀態(tài)下進(jìn)行自主接力時采用的是無人機(jī)特定角度自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移接力模式,所以該x的理論值略大于d1,但相比于兩無人機(jī)控制器之間的距離,該差值可忽略;n為兩無人機(jī)控制器之間的電桿(塔)數(shù)量;k為相鄰兩電桿(塔)之間的距離。

在無人機(jī)巡檢過程中,無人機(jī)檢測到自身電量低,則判斷d與d1和d2之間的大小關(guān)系,對無人機(jī)的行進(jìn)路線做出決策。若d大于d1且小于d2,則無人機(jī)返航,其余情況下無人機(jī)均自動向A控制器和B控制器發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號。

2.3 無人機(jī)失控狀態(tài)自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

配網(wǎng)線路布局廣泛,一部分配網(wǎng)線路建設(shè)于城鎮(zhèn)郊區(qū)、農(nóng)村甚至山區(qū),這些地方由于通信建設(shè)不發(fā)達(dá),經(jīng)常出現(xiàn)通信信號不佳的問題。無人機(jī)在對這些區(qū)域進(jìn)行巡檢時,一旦遇到通信中斷的問題,將處于失控狀態(tài)。此時,常規(guī)的處理手段是無人機(jī)按照已飛路徑原路返航,但這在一定程度上降低了無人機(jī)巡檢的效用?；跓o人機(jī)失控問題,在無人機(jī)接收不到A控制器的控制信號時,其可自動向B控制器發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號,若無人機(jī)接收不到B控制器的無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號,則按原路徑自動返航。

3基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)運(yùn)行方法

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)運(yùn)行時所有接力模式的優(yōu)先級如表1所示。

無人機(jī)失控狀態(tài)自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式的接力優(yōu)先級最高,響應(yīng)速度最快。當(dāng)無人機(jī)自動觸發(fā)該接力模式時,其向B控制器發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號。在得到B控制器返回的無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號后,無人機(jī)將內(nèi)部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

無人機(jī)低電量自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第二優(yōu)先級,響應(yīng)速度僅次于無人機(jī)失控狀態(tài)自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式。當(dāng)無人機(jī)自動觸發(fā)該接力模式時,其自動向A控制器和B控制器發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號。A控制器和B控制器隨后向無人機(jī)發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號,在接收到這兩個應(yīng)答信號后,無人機(jī)將內(nèi)部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

人工發(fā)起無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第三優(yōu)先級,響應(yīng)速度較慢。當(dāng)A控制器發(fā)起無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請時,A控制器向B控制器以及無人機(jī)發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號。B控制器在接收到該信號后,向A控制器以及無人機(jī)發(fā)送無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號。無人機(jī)在接收到A控制器發(fā)出的無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請信號以及B控制器發(fā)出的無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號時,將內(nèi)部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

無人機(jī)特定角度自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第四優(yōu)先級,響應(yīng)速度最慢,其轉(zhuǎn)移無人機(jī)控制權(quán)的方法與無人機(jī)低電量自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式相同。

4結(jié)束語

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無人機(jī)接力測控系統(tǒng)根據(jù)無人機(jī)配網(wǎng)巡檢的特點(diǎn)設(shè)計(jì)四種接力模式,并據(jù)此設(shè)置四種優(yōu)先級。該系統(tǒng)可通過人工觸發(fā)無人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移,也可由無人機(jī)根據(jù)自身所處環(huán)境自動觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移。通過該系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用,提高了無人機(jī)在配網(wǎng)巡檢過程中的利用率與穩(wěn)定控制程度,解決了傳統(tǒng)的單人操作無人機(jī)巡檢的弊端,有效提高了

配網(wǎng)巡檢的工作效率。

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《機(jī)電信息》2025年第16期第21篇