本發(fā)明涉及電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)領域，尤其涉及一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢方法及系統(tǒng)。

背景技術：

定期進行電網(wǎng)巡檢是保證電網(wǎng)正常運行，消除事故或安全隱患的重要措施，現(xiàn)有巡檢方式多為人工配合檢測設備進行巡查檢測，受天氣等因素影響，效率較低。隨著無線傳輸及計算機技術的進步，市場上出現(xiàn)了在現(xiàn)實巡檢系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)反饋速度快，但需要對電網(wǎng)系統(tǒng)各部分進行改進完善，投資較大。

近年來無人機技術飛速發(fā)展，利用無人機進行巡航檢測在各種領域得到廣泛應用。中國具有復雜龐大的電網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)分布環(huán)境及場景復雜，傳統(tǒng)的人工巡檢或在線巡檢無法較好的滿足整個電網(wǎng)系統(tǒng)的巡檢要求，將無人機巡航監(jiān)測應用于電網(wǎng)巡檢具有廣泛市場前景。現(xiàn)有無人機巡航是基于模擬視頻信號，將無人機拍攝獲得的視頻信息傳遞回在線服務器。將該技術應用于電網(wǎng)巡檢存在幾個問題，一方面對大面積電網(wǎng)進行巡檢意味著龐大的數(shù)據(jù)信息量，而由于在電網(wǎng)附近的巡檢作業(yè)不可避免受電網(wǎng)干擾，數(shù)據(jù)量越龐大，其保真度、傳遞效率也將受到不利影響，特別是在山區(qū)或邊遠地區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸效率低，這些數(shù)據(jù)可能無法及時得到反饋，進而影響系統(tǒng)巡檢效率；另一方面，實際電網(wǎng)運行過程中，絕大部分結構及功能處于正常狀態(tài)，巡檢的目的是發(fā)現(xiàn)極少數(shù)的結構異常導致的短接、接地等故障，因此進行連續(xù)拍攝作業(yè)以及大量的模擬視頻信號將造成大量贅余工作及數(shù)據(jù)資源的浪費。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢方法及系統(tǒng)，其能夠即時且準確的檢測并反饋電網(wǎng)狀態(tài)，同時數(shù)據(jù)傳輸量低。

本發(fā)明的一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢方法主要包括以下步驟：

1、在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，根據(jù)供電節(jié)點位置將每兩個節(jié)點間的電網(wǎng)劃分為獨立的巡檢區(qū)域，在每一個獨立的巡檢區(qū)域內(nèi)，根據(jù)電網(wǎng)要素點分別檢測和計算要素點固定距離內(nèi)的磁感應強度信息，所述要素點包括，重要輸電線纜上中間點或者附件點的磁感應強度信息，還包括節(jié)點內(nèi)重要輸電設備前后端各輸電電纜附近的磁感應強度信息；

將電網(wǎng)劃分為多個巡檢區(qū)域，便于分別管理和收集數(shù)據(jù)信息，同時減少無人機內(nèi)數(shù)據(jù)存儲量，節(jié)省成本，通過磁感應強度的變化信息，可以直接判斷電纜以及用電設備前后端電纜通電狀態(tài)，可以方便的對現(xiàn)場狀況進行分析，磁感應強度數(shù)據(jù)量較少，能夠避免數(shù)據(jù)量過大造成數(shù)據(jù)傳輸不暢通等情況。

2、根據(jù)上一步驟獲取的磁感應強度信息數(shù)據(jù)建立每一個獨立巡檢區(qū)域的磁感應強度信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)各獨立巡檢區(qū)域的地理位置關系或者連接關系建立整個電網(wǎng)的常態(tài)磁感應強度信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)；

定周期收集整理電網(wǎng)常態(tài)信息，位系統(tǒng)進行判斷甄別提供依據(jù)。

3、根據(jù)每個無人機巡檢的區(qū)域在無人機內(nèi)存儲待巡檢區(qū)域的常態(tài)磁感應強度信息數(shù)據(jù)；

通過本地數(shù)據(jù)對比，避免遠程傳遞信息和處理信息造成延宕，減小分析處理中心工作量，提高系統(tǒng)效率。

4、根據(jù)劃分的區(qū)域釋放相應的無人機收集實時磁感應強度信息，根據(jù)收集到的實時磁感應強度信息，無人機主動或根據(jù)分析處理中心的指令被動進行數(shù)據(jù)上傳或信息收集等操作；

5、無人機內(nèi)的第二處理系統(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)對比，在未檢測到異常信號時，僅定期向分析處理中心傳輸正常信號，在檢測到異常信號時，無人機停駐在異常區(qū)域，上傳異常信號，并在一定時期內(nèi)等待分析處理中心的指令，若無指令，根據(jù)設定動作繼續(xù)。

6、根據(jù)無人機反饋的信息，分析處理中心對電網(wǎng)狀況進行判斷分析，并根據(jù)無人機實時反饋的信息對無人機工作內(nèi)容進行控制。

進一步地，上述步驟中無人機收集的信息還可以包括區(qū)域內(nèi)的視頻圖像。

本發(fā)明的一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)，包括分析處理中心以及無人機，所述遠程處理控制系統(tǒng)包括存儲單元、無線收發(fā)系統(tǒng)、分析處理單元。

所述無人機設有無線收發(fā)系統(tǒng)、本地存儲單元、第二分析處理單元及攝像頭，所述電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)還包括移動控制端，所述移動控制端包括無線收發(fā)系統(tǒng)、第三分析處理單元。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢方法的主要步驟示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于無人機的電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)中無人機系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

隨著工業(yè)的發(fā)展，電力設備的普及，人們電力需求的持續(xù)增長，目前的電網(wǎng)規(guī)模和配電格局都在不斷發(fā)生變化。電網(wǎng)的電壓等級己經(jīng)從高壓220kv提升到超高壓500kv，甚至是特高壓1000kv，在可以預見的未來，隨著電網(wǎng)技術的發(fā)展，為適應需求，電壓更高的輸電線路也將不斷出現(xiàn)，電網(wǎng)電壓的提高意味著電磁強度的提高，電網(wǎng)系統(tǒng)通過改良電塔等其他結構或者提高電塔高度來降低電磁對下方區(qū)域的影響，而本發(fā)明的無人機則需要利用電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁場來對電網(wǎng)運行狀況進行監(jiān)測。

在工頻情況下，特高壓輸電線路的磁場是由線路上的交變電流產(chǎn)生的，可將其視為準靜態(tài)場，這樣便可直接應用安培定律來計算其磁場強度。首先計算每根導線電流產(chǎn)生的磁場，然后經(jīng)過計算疊加，即可求出導線周圍的磁場強度。

對于工頻交流輸電線路，其電流和電壓是穩(wěn)定變化的三角函數(shù)值，通過三角函數(shù)結合向量計算可分別得到整體和局部的磁感應強度。

如針對常見的三相高壓輸電線路在空間某一點處的磁感應強度可近似計算為：

其中in為電線中電流；xn、yn為導線空間相對位置坐標；

bx、bx為水平和豎直方向磁感應強度。

(針對三相高壓輸電線路)

依據(jù)上面的計算方法，我們也可以計算得到實際應用中不同的導線布置形式下其磁感應強度大小及分布特點，在實際檢測中，不同導線布置形式的磁感應強度有變化，例如在1000kv高壓輸電線路中，電纜附近電磁強度從20～50μt不等。

在某一條輸電線路中，任意兩個節(jié)點之間的電流電壓是相等，節(jié)點間輸電線路的電磁分布特點及強度也相近，通過分析計算或者實地測量，可以對輸電線路中任意節(jié)點以及節(jié)點之間的電磁強度進行統(tǒng)計形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中應當包括多個要素點：

1)任意兩個相同節(jié)點(指結構相同的電桿、橫擔、支架等支撐結構)之間各電纜磁場分布相同，取其測量點一個；

2)變壓器、控制系統(tǒng)前端及后端各電纜其磁感應強度；

3)某些特殊區(qū)域如變壓站、發(fā)電站等地區(qū)的針對性測量；

4)上述數(shù)據(jù)應該包括該區(qū)域多個線纜其綜合磁感應強度并計算得到單個線纜其磁感應強度分布特點；

5)其他臨時的或突發(fā)的節(jié)點信息收集處理。

電網(wǎng)巡檢過程中，需要及時發(fā)現(xiàn)存在的缺陷或不穩(wěn)定因素，針對不同區(qū)域其巡查重點不同，包括針對長距離輸電線路的電纜，針對各電網(wǎng)節(jié)點的變壓設備等，因此實際的數(shù)據(jù)系統(tǒng)應當根據(jù)巡檢需要分類別分區(qū)域的進行，其主要步驟見圖1。

上述內(nèi)容主要是為了建立帶巡查路線上電網(wǎng)的信息系統(tǒng)，在上述系統(tǒng)的基礎上，通過無人機在線巡查，收集并反饋在線磁感應強度信息進而判斷電網(wǎng)狀態(tài)。

為實現(xiàn)正常巡檢，無人機需要沿電網(wǎng)線路飛行，現(xiàn)有的無人機已經(jīng)能夠按照設定好的路線往返巡查或者暫停，為實現(xiàn)本系統(tǒng)正常運轉，無人機需要能夠實現(xiàn)以下功能：

1)沿電網(wǎng)線路巡查，并將相關數(shù)據(jù)信息傳遞到分析處理系統(tǒng)；

2)能夠初步判斷線路異常信息，之后自動停駐于故障區(qū)域并進行拍照等操作以收集現(xiàn)場信息；

3)能夠收集如地理位置信息以輔助人工排查；

為便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理以及保證巡查穩(wěn)定性，無人機應當沿電網(wǎng)線路并以一定距離進行測量，執(zhí)行拍照等工作之后可以自動回到初始位置繼續(xù)進行巡查。

基于上述基本要求，無人機系統(tǒng)需要搭載如下單元：飛行控制單元、本地存儲單元、無線收發(fā)單元、定位單元、攝像單元、磁強度測量單元以及本地處理單元。

其中飛行控制單元用于維持無人機正確的飛行姿態(tài)，特別的還包括距離傳感器以測量無人機與電網(wǎng)電纜的距離，分析處理系統(tǒng)或者飛行控制單元可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)飛行參數(shù)以保證在合適的距離內(nèi)進行測量。

其中本地存儲單元用于存儲經(jīng)過測量的電網(wǎng)系統(tǒng)磁感應強度數(shù)據(jù)，以供本地處理單元進行對比分析，初步判斷磁感應強度是否異常。

其中無線收發(fā)單元包括遠程數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，如依靠成熟的gprs/gsm網(wǎng)絡建立數(shù)據(jù)通信，但由于受供應商以及地域的影響，在偏遠地區(qū)可能無法適用，考慮到無人機巡查時速度較低，因此可以結合北斗定位系統(tǒng)，同時北斗定位系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)收發(fā)功能，而本系統(tǒng)使用的信息是經(jīng)過處理的當前位置點磁感應強度數(shù)據(jù)，且僅當數(shù)據(jù)異常時發(fā)送即時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較少，因此可以整合數(shù)據(jù)傳輸及定位功能，簡化系統(tǒng)結構。

其中本地處理單元用于接收無人機實時測量的磁感應強度數(shù)據(jù)，并與本地存儲單元中的正常狀態(tài)下該出磁感應強度數(shù)據(jù)進行對比，若發(fā)現(xiàn)異常，即控制無人機懸停于該處進行拍照等其他信息收集工作，并將上述信息通過無線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送到分析處理中心。

本分明方案中，根據(jù)巡查時電網(wǎng)即時狀況，本系統(tǒng)可能有如下動作：

1)正常狀態(tài)

無人機沿電網(wǎng)線路進行巡查，同時無人機對電纜及要素點前后端磁感應強度數(shù)據(jù)進行測量收集與本地存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行對比分析，狀態(tài)正常，繼續(xù)沿線纜不斷巡查并定期與遠程分析處理系統(tǒng)通信以通報巡查進度，分析處理中心可以根據(jù)需要對無人機下達操作指令，以對重點區(qū)域提前或者重復進行監(jiān)測或者進行其他配合工作。

2)異常(接地、短路)

無人機沿某一電網(wǎng)線路進行巡查，在某兩個節(jié)點之間某一輸電電纜發(fā)生接地，無人機檢測到磁場異常后即傳送異常信號以及位置信息到分析處理中心，并在異常信號發(fā)生出停駐，分析處理中心根據(jù)異常信號位置，通知附近維護人員進行檢修，在無法即時維護的狀況下，可對無人機發(fā)出指令對異常信號發(fā)生區(qū)域進行拍攝，根據(jù)反饋的信息數(shù)據(jù)判斷異常情況嚴重程度已進行下一步處理。同時此兩個節(jié)點間電磁場已經(jīng)改變，無人機根據(jù)分析處理中心指令飛至下一節(jié)點或返航。

同時，在上述系統(tǒng)之外，為便于現(xiàn)場維護工作的展開，還可以設置多個移動控制端，該移動控制端可以收發(fā)控制信號，并對無人機進行遠程操作。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質(zhì)和范圍。