一种基于配网特点的无人机接力测控方法及系统研究

0引言

配网作为电网的最末端网络,其运行的稳定性和可靠性直接关乎电力用户的正常用电。由于配网系统分布广泛,一旦发生永久性故障,则难以在短时间内恢复正常供电。因此,如何在配网巡检工作中加快故障点及隐患缺陷点精准定位成为配网运维工作的关键。当前配网巡检工作已由传统的“人巡”模式转换成“人巡十机巡”模式,无人机在配电巡检工作中已占据主要地位,能更快速、高效地对故障点或隐患缺陷点进行定位,全面提高了配网巡检工作的效率[1]。目前,在无法安装机巢实现“蛙跳式”无人机巡检技术的地区,无人机的控制方式普遍是以无人机的起飞地点作为无人机的回收地点,即无人机在沿架空线路巡视时,一旦遇到电池电量低或因通信信号差导致控制信号中断等情况,均会按照已飞行路线原路返航。在巡视过程中,无人机需多次往返,这一过程损耗了大量的电池电量,因此当前的无人机控制方式无法最大程度发挥无人机巡线的效用。此外,当前无人机机巡操作模式以单人操作为主,这种操作模式对操作人员的注意力集中度要求甚高,操作人员长时间对着屏幕进行观察,难免会出现注意力不集中或视线模糊疲劳的不良反应,导致配网线路的部分隐患缺陷点难以被及时发现,这就为配网的安全运行埋下了隐患。而当前已有的无人机接力测控技术多用于军事领域,其发起点仅限于无人机控制器,并且无法实现在配网巡检特定条件下进行控制权转移,操作过于简单,并不适用于配网领域的无人机巡检接力[2—3]。

基于上述配网无人机巡检背景,在此提出一种基于配网特点的无人机接力测控方法及相关系统。该无人机接力测控方法的接力信号可由无人机控制器手动触发,也可结合配网机巡的特点以及无人机所处环境状况通过无人机自身进行触发。该无人机接力测控方法能够结合配电线路的特点,将无人机巡检的效用发挥到最大,同时通过无人机接力测控的方式,提高配网巡检工作的效率,进一步保障配网运行的安全性。

1基于配网特点的无人机接力测控系统工作原理

基于配网特点的无人机接力测控系统工作原理图如图1所示。

基于配网特点的无人机接力测控系统主要由多个无人机控制器以及一架无人机组成,其最小单元包括A控制器、B控制器以及无人机,其中A控制器为无人机的当前控制器,B控制器为待接力的控制器。控制器和无人机的通信模块主要由数据接收模块、数据处理模块、控制模块以及数据发送模块组成。数据接收模块用于接收控制器以及无人机发出的各种信号,主要包括无人机控制权转移申请信号、无人机控制权转移应答信号以及各种无人机飞行控制信号。数据处理模块用于处理数据接收模块接收到的各种数据,并输出处理结果,其是整个接力测控系统的核心模块。控制模块用于将数据处理模块输出的处理结果转换成相应的数据信号。数据发送模块利用无线信号将控制模块输出的各种数据信号发送出去。

无人机控制器在控制无人机飞行时,其数据发送模块将飞行动作相关的控制信号通过无线信号发送给无人机的数据接收模块。在无人机控制器转移无人机控制权时,若该操作由人工发起,则A控制器的数据发送模块向B控制器以及无人机的数据接收模块发送无人机控制权转移申请信号,B控制器的数据发送模块向A控制器以及无人机的数据接收模块发送无人机控制权转移应答信号;若该操作由无人机自动发起,则无人机的数据发送模块向A控制器和B控制器的数据接收模块发送无人机控制权转移申请信号,A控制器和B控制器的数据发送模块向无人机的数据接收模块发送无人机控制权转移应答信号,B控制器的数据发送模块会再向A控制器的数据接收模块发送无人机控制权转移应答信号。

2基于配网特点的无人机接力测控设计

2.1 无人机特定角度自动触发控制权转移设计

在配网无人机巡线过程中,无人机的行进路线是按架空线路的布局沿线单向飞行。而在无人机控制权转移过程中,由于数据信号切换、人为疏忽等多方面影响,容易存在小部分的巡检盲区,降低无人机巡检结果的可靠性。由于配网电力架空线的电杆(塔)布局是等距分布,所以为减少无人机接力测控过程中的变量因素,选择电杆(塔)所在位置作为无人机控制器的布局点。电杆(塔)是配网设备及金具的主要安装位置,是无人机巡检过程中的重要巡检节点。为此,在无人机控制权转移过程中,接力位置需在电杆(塔)前置位置。综合实践经验得出,无人机和控制器的连线在与控制器法线之间的夹角为30O时,最有利于操作人员对前方线路及设备进行观察,且无人机相较于A控制器更靠近B控制器,有利于加快无人机控制权转移的进度。由于接力位置位于巡检前进方向的前置位置且留有足够裕度,这就方便了B控制器的操作人员接力后开展巡检工作,降低了配网隐患缺陷点被遗漏的可能性。无人机在检测到当前位置满足上述30O夹角要求时, 自动向A控制器和B控制器发送无人机控制权转移申请信号。无人机与B控制器夹角示意图如图2所示。

2.2 无人机低电量自动触发控制权转移设计

传统的无人机巡检过程中,一旦出现电量低的问题,无人机控制器便会提示电量低或使无人机自动返航。这种控制模式使得无人机在巡检过程中的效用大打折扣,无人机的电池电量无法在配网巡检中得到充分利用。为此,定义d为无人机剩余行进里程,d1为A控制器至无人机所在位置的水平投影距离,d2为B控制器至无人机所在位置的水平投影距离,有计算公式如下:

式中:q为无人机剩余电量百分比;L为无人机标定行进里程;x为无人机起飞点或接力点到现位置的飞行距离,由于无人机正常状态下进行自主接力时采用的是无人机特定角度自动触发控制权转移接力模式,所以该x的理论值略大于d1,但相比于两无人机控制器之间的距离,该差值可忽略;n为两无人机控制器之间的电杆(塔)数量;k为相邻两电杆(塔)之间的距离。

在无人机巡检过程中,无人机检测到自身电量低,则判断d与d1和d2之间的大小关系,对无人机的行进路线做出决策。若d大于d1且小于d2,则无人机返航,其余情况下无人机均自动向A控制器和B控制器发送无人机控制权转移申请信号。

2.3 无人机失控状态自动触发控制权转移设计

配网线路布局广泛,一部分配网线路建设于城镇郊区、农村甚至山区,这些地方由于通信建设不发达,经常出现通信信号不佳的问题。无人机在对这些区域进行巡检时,一旦遇到通信中断的问题,将处于失控状态。此时,常规的处理手段是无人机按照已飞路径原路返航,但这在一定程度上降低了无人机巡检的效用。基于无人机失控问题,在无人机接收不到A控制器的控制信号时,其可自动向B控制器发送无人机控制权转移申请信号,若无人机接收不到B控制器的无人机控制权转移应答信号,则按原路径自动返航。

3基于配网特点的无人机接力测控系统运行方法

基于配网特点的无人机接力测控系统运行时所有接力模式的优先级如表1所示。

无人机失控状态自动触发控制权转移模式的接力优先级最高,响应速度最快。当无人机自动触发该接力模式时,其向B控制器发送无人机控制权转移申请信号。在得到B控制器返回的无人机控制权转移应答信号后,无人机将内部接收控制信号的模式从A控制器模式切换成B控制器模式,将控制权转移给B控制器。

无人机低电量自动触发控制权转移模式是第二优先级,响应速度仅次于无人机失控状态自动触发控制权转移模式。当无人机自动触发该接力模式时,其自动向A控制器和B控制器发送无人机控制权转移申请信号。A控制器和B控制器随后向无人机发送无人机控制权转移应答信号,在接收到这两个应答信号后,无人机将内部接收控制信号的模式从A控制器模式切换成B控制器模式,将控制权转移给B控制器。

人工发起无人机控制权转移模式是第三优先级,响应速度较慢。当A控制器发起无人机控制权转移申请时,A控制器向B控制器以及无人机发送无人机控制权转移申请信号。B控制器在接收到该信号后,向A控制器以及无人机发送无人机控制权转移应答信号。无人机在接收到A控制器发出的无人机控制权转移申请信号以及B控制器发出的无人机控制权转移应答信号时,将内部接收控制信号的模式从A控制器模式切换成B控制器模式,将控制权转移给B控制器。

无人机特定角度自动触发控制权转移模式是第四优先级,响应速度最慢,其转移无人机控制权的方法与无人机低电量自动触发控制权转移模式相同。

4结束语

基于配网特点的无人机接力测控系统根据无人机配网巡检的特点设计四种接力模式,并据此设置四种优先级。该系统可通过人工触发无人机控制权转移,也可由无人机根据自身所处环境自动触发控制权转移。通过该系统的开发与应用,提高了无人机在配网巡检过程中的利用率与稳定控制程度,解决了传统的单人操作无人机巡检的弊端,有效提高了

配网巡检的工作效率。

[参考文献]

[1]刘盼,崔庆傲,宋裕,等.配网无人机接力控制方法探讨[J].电工技术,2020(8):7—8.

[2]李超,朱铁林,李明,等.基于CDMA技术的无人机接力测控系统[J].科技风,2020(19):17.

[3]律会丽,李平敏.无人机接力测控数据链设计[J].电讯技术,2021,61(8):939—944.

《机电信息》2025年第16期第21篇