基于电场信息的无人机输电线跟踪及预警技术研究

作     者：赵加文 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：索春光;胡特

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电场信息 无人机 输电线 跟踪 安全距离预警 

摘      要：随着我国输电线规模的日益扩大,无人机巡检已经成为当下输电线巡检的一种主要方式。由于无人机对于工作人员的操作技能要求较高,一旦出现操作失误,无人机便会偏离飞行路径,造成“诈机或者“撞塔的后果。因此,研究无人机对输电线的跟踪及安全预警技术对于推进无人机巡检输电线具有重要意义。针对于无人机对输电线的跟踪及预警技术来说,目前存在的技术手段主要有机器视觉、激光、红外等,但是这些方法的缺点是易受到环境因素的影响以及因为输电线直径太小而检测不到输电线。输电线周围的电场是其本身固有的物理性质,受环境因素的影响较小,因此,本文研究了基于输电线周围电场信息的无人机输电线跟踪及预警技术。本论文的研究内容分为以下几个部分:1)建立了三相输电线的电场计算模型,并使用MATLAB计算得到了不同电压等级下不同排列方式的电场分布曲线,根据电场分布规律提出了无人机对输电线的跟踪方法,然后划分了能够进行输电线跟踪的无人机飞行区域。最后提出使用卡尔曼滤波算法对输电线跟踪数据进行滤波处理,减小传感器移动过程中带来的干扰。2)针对目前缺乏无人机与输电线的安全距离的相关标准的问题,本论文从现有标准中不同电压等级的设备不停电安全距离、无人机所能承受的电场强度以及无人机的运动特性三个方面确定了无人机在不同电压等级输电线下的安全距离。为了解决使用电场强度预警会受到电压等级影响的问题,提出了基于电场环比变化率的安全距离预警方案。3)为了满足无人机测量输电线周围空间电场的需求,基于平行板电容器的原理设计了一种三个面互相垂直的三维电场测量系统。4)为了确定电场传感器的安装位置,通过有限元仿真的方式分析了无人机占位对不同排列方式的三相输电线周围电场的影响,根据仿真结果确定了传感器应该放置于无人机正上方15～40cm处的位置。5)搭建实验平台,通过实验证明了本论文所提出的无人机输电线跟踪方法和基于电场环比变化率预警的可行性。