无人机巡检技术在智慧风电场的应用

无人机巡检技术在智慧风电场的应用2023年4月目录CONTENTS技术背景无人机在风电场集电线路巡检中的应用无人机在风电机组叶片巡检中的应用无人机风电场智能运维技术展望PA

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1技术背景1.12022年4月2日，国家能源局、科学技术部印发了《“十四五”能源领域科技创新规划》，围绕先进可再生能源、新型电力系统、安全高效核能等方面，制定了中国能源发展与项目布局的技术路线图。文件中提出包含风电机组与风电场数字化智能化技术的技术提升要求，风电场关键设备状态智能监测和故障诊断、大数据智能分析与信息智能管理等关键技术研究的要求。国家相关部门为风力发电的产业升级制定了明确的发展方向。1.2与风电行业蓬勃发展相对应的，是风电运维工作需求量的激增，为了保证风电机组的高效运行，防止生产事故的发生，需要定期对风电机组进行缺陷排查、维修、清洁等工作。传统的风电运维大多采用人工检修的方式，一方面，随着风电装机规模的扩大，人工作业效率逐渐跟不上产业的发展，另一方面，人工高空作业蕴含的风险始终值得风电人的警惕。以对风电机组的叶片检查任务为例，传统的叶片检查模式主要分为两种：1）目测检查2）绳索垂降人工检查而这些传统检修模式往往存在诸多痛点难点：1）人工高空作业存在较高的安全隐患2）巡检效率低，工人劳动强度大，成本高3）运维需要机组长时间停机，发电量损失大4）检测范围无法完全覆盖机组整体5）受天气影响较大，风速＞8m/s时不能作业1.3得益于无人机、人工智能等新兴技术的快速发展，无人机逐渐在风电场站运维工作中得到广泛应用。u无人机能满足风电行业巡检环境复杂性需求，并大大提高巡检的质量和效率，巡检成本相对较低，安全性较高u无人机能满足数据采集的实时、全面、精细要求，通过搭载不同功能的负载满足风电场站各种场景的需求。风电运维的工作内容十分广泛，目前我们无人机智能运维主要有以下三个应用模块。分别是风电机组叶片检测、风电场集电线路巡检、架空线路无人机放线。1.3序号风电运维无人机应用应用概述图例利用无人机搭载传感器，及时对风电机组叶片的鼓包、皱褶、脱胶、裂纹等缺陷进行准确巡查检测，排除机组运行安全隐患12风电机组叶片检查无人机在提前规划好航线的前提下，沿线路对导线、金具、绝缘子、铁塔等进行全自主飞行检查，排除线路运行安全隐患风电场集电线路巡检架空线路无人机放线在线路走廊长、地形复杂、地势险要的地区，使用无人机放线施工效果更加显著。无人机放线可以减少对环境的破坏，降低施工成本节省工期。3PA

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2无人机在风电场集电线路巡检中的应用2.1风电场集电线路覆盖面积广泛，多为架空线路，是风力发电不可或缺的重要环节之一，针对架空输电线路的人工巡检模式不仅存在安全性差、稳定运行，直接关系风电场的安全稳定，存在工作量大、效率低等问题，而且受观测角度影响，不能全面及时地发现问题。2.2第一：巡线距离长，工作量大，徒步巡检效率缓慢，

无人机自身优势：携带方便、操作简单、自主飞行、无法提高巡检效率。反应迅速，机动性强、任务用途广泛。无人机行业优势：第二：遇到冰雪、滑坡等异常天气时，巡检工作将第一：无人机巡检提高了电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了线路稳定巡行。无法开展。第三：山区巡检具有高风险性，时刻威胁巡检人员生命安全。在山区林区易遇到蛇、蜜蜂等的伤害，特别是夏季，山地草木茂盛，行走过程中脚易踩空摔伤。第二：采用无人机进行常规输电线路巡检，可降低劳动强度，与徒步巡检相比，可提高巡检作业安全性，降低劳动成本。第三：无人机具有巡检速度快，巡检质量高，机动性强，能及时发现缺陷，能对发现的缺陷及时分析记录。输电线路通道巡检输电线路精细化巡检无人机搭载激光雷达负载，实现精确的净空排查，准确获取架空线路周围所有障碍物的位置信息，有效、精确判断出树线距离、交跨距离、通道环境等技术难题。无人机搭载可见光红外双光云台，按预设路径执行巡检作业，采集输电线路杆塔及通道的图像信息，主要用于发现线路塔身、金具、导线、通道等各类缺陷问题，包括接触不良导致的发热。点云数据处理：基于原始数据的杆塔位置快速进行标定与切档，内嵌深度学习算法，采用条件式分类算法对地面点、建筑物和噪声点进行自动分类，交互编辑工具可对自动分类结果进行人工精细修改。杆塔航线规划：基于高精度三维点云数据，依据特定的拍摄规则（部位+顺序+视角+安全约束），以高效的空间几何算法为支撑，为架空线路自动生成路径规划。2.3点云数据采集三维航线规划无人机搭自动飞行采集线路点云建模，自动生成航线，人工进行复核修正点云数据采集三维航线生成AI故障识别无人机自动化作业无人机自动化作业

自动飞行采集线路图像数据归档数据上传及重命名自动缺陷识别，人工复核AI故障识别通过管理平台进行缺陷跟踪，闭环消缺机巡缺陷管理平台数据归档缺陷闭环风电场集电线路精细化巡检报告缺陷展示线夹形变玻璃绝缘子自爆缺陷展示螺栓松动复合绝缘子破损缺陷展示螺栓缺失销钉缺失缺陷展示导线断股导线松股缺陷展示鸟害对线路的影响PA

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3无人机在风电机组叶片巡检中的应用3.1风电机组叶片表面常见缺陷表面漆层脱落胶衣裂纹边缘开裂叶片是风电机组将风能转化为机械能的重要部件，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，而叶片承受载荷较大，运行环境恶劣，长期暴露于雷击、结冰、风沙侵蚀、盐雾侵蚀等环境下，因此不可避免的会出现损伤缺陷。为维护风电机组高效率运行，需要定期对风电机组叶片进行巡检，及时发现问题并维修。雷击损伤纤维层表面破损前缘腐蚀3.2全飞行航线高度自动化，飞行过程无需人工介入360度全范围覆盖叶片表面拍摄,叶片、塔筒、机舱任意点起飞（电站操控室、停机平台、道路、塔筒…）停机刹车，无需倒Y停机白天拍摄效果不受光照度影响，自动曝光设置雷达测距确保安全、可靠单台风机巡检时长20-25分钟AI自动识别故障，可识别5~10mm缺陷自动生成报告3.3巡检部位压力面（PS面）前缘（风切入侧）吸力面（SS面）后缘（风切出侧）3.4专门针对风电叶片检查开发的地面站软件控制无人机飞行、飞行安全、路径稳定可靠通过机器视觉自动识别风机叶片当前姿态，动态生成覆盖各叶片四个面的巡检航线（可选择性生成局部检查航线）在稳定飞行的前提下，程序控制相机连续稳定的检查拍摄作业（计算无人机航线上移动的距离进行定距连拍）3.53.6风电场三维地图风电智维APP风机叶片巡检报告3.6无人机可以利用5G的高速度、低功耗、低时延等特性，解决远程控制和远程监控受限、图像和视频流回传延迟等问题，实现无人机的全新升级。表现在以下方面（1）实时传输高清画面/视频。无人机与5G结合，实现以每秒1Gbps以上的速度传送数据，不仅能承载大量的图像、视频流传送，还能实现超清晰、超流畅的视频直播画面。（2）建立无人机远程控制系统。无人机搭载5G通信模组可解决无人机超视距远程控制、远程监控等范围受限问题，使得无人机飞行更安全可靠。（3）定位更精准。无人机可以在基于5G通信系统上建立更加高精度的定位，可实现厘米级导航。缺陷照片展示胶衣脱落缺陷照片展示胶衣裂纹缺陷照片展示前缘腐蚀缺陷照片展示叶片雷击PA

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4无人机风电场智能运维技术展望4.1新一轮科技革命和产业变革正在萌发，大数据的形成、理论算法的革新、计算能力的提升及网络设施的演进驱动人工智能发展进入新阶段，智能化成为和产业发展的重要方向。当前无人机智能运维虽然已经高度自动化，但是还有部分环节需要人为干预，例如需要选择合适的时间段起降，电池更换以及人工监测无人机状态，包括后期的分析处理，这些技术环节都有待突破智能化。在未来，随着新一代人工智能技术与方向的深度融合，AI智能运维技术将有重大突破，主要有以下几个方向：基于智能机库的智慧风场风电机组不停机无人机巡检无人机智能除冰技术大数据智能化分析技术4.2在风电场周边部署无人机智慧机场，AI监测环境状态，自主决定在适宜的条件下调遣无人机进行起飞工作，并且自主监测无人机状态，引导降落并自动充电，突破现有无人机续航能力限制，实现全流程的无人化作业，为“无人值班、少人值守”的运维模式打下坚实的基础。4.3无人机搭载具备更高的感光度、更宽的动态范围、超高的快门速度的工业相机，在距风机80~100米的位置对叶片进行远距离拍摄，该方案无需停机，不影响生产，避免了停机巡检时发电量的损失。4.4在无人机工作过程中，AI识别叶片是否结冰，智能分析出冰层种类、厚度，给出相应的除冰方案