Dronitehnoloogia rakendamine liitlaua järjestikustesse juhtimisoperatsioonides

Intellektuaalsete võrgutehnoloogiate edenemisega on järjestikune juhtimine (SCADA-põhine automaatne lülitamine) alamvoolupunktides saanud põhiline tehnika stabiilse energiasüsteemi toimimise tagamiseks. Kuigi olemasolevad järjestikuse juhtimise tehnoloogiad on laialdaselt kasutusel, on keeruliste töötingimustega ja seadmete omavahelise ühilduvusega seotud väljakutsed endiselt olulised. Ei-juhitav lennuk (UAV) -tehnoloogia, mis on iseloomustatud oma kiirguse, liikuvuse ja kontaktivaba inspekteerimisoskuse poolest, pakub innovaatilist lahendust järjestikuse juhtimise protsesside optimeerimiseks.

Ühendades sügavalt UAV-põhiseid funktsioone, nagu õhusurve ja reaalajas seisundite jälgimine, traditsioonilistesse järjestikuste juhtimissüsteemidesse, saab efektiivselt ületada käsitsi tehtavate operatsioonide piiranguid, lubades täpset ja reaalajas seadmete staatuse mõistmist ning oluliselt suurendades nii järjestikuse juhtimise usaldusväärsust kui ka intelligentsust. UAV-de rakenduste uurimine allikavoolupunkti järjestikuses kontrollis on oluline praktiline tähtsus smartgridi arengu edendamisel.

1. Alamvoolupunkti järjestikuse juhtimise ülevaade
1.1 Definitsioon
Alamvoolupunkti järjestikune juhtimine tähendab elektrooniliste seadmete operaatsioonide automaatset, samm-sammult seda järgides, etteantud protseduuride ja loogiliste reeglite järgi automaatkontrollisüsteemi kaudu. Näiteks bussi ülekandmise (lülitamise) operatsioonide puhul peavad traditsiooniliselt operaatorid käsitsi lülitama katkestajaid, eraldajaid ja muud seadmeid ükshaaval. Järjestikuse juhtimise korral vajab operaator ainult andma ühe kogumise käsu jälgimisjaost, ja süsteem siis automaatselt ja täpselt täidab kogu jada, näiteks lülitab välja liini katkestaja, järgnevad assootsieeritud eraldajad, oluliselt lihtsustades töövoogu.

1.2 Tehnilised printsiibid
Alamvoolupunkti järjestikune juhtimine sõltub integreeritud automeetmisest, mis koosneb olulistest komponentidest, sealhulgas järelevalvehost, mõõtmis- ja juhtimise üksustest ning intelligentsed terminaalidest. Järelevalvehost on inimese-mašiini interfaced, vastab operaatori käskudele ja teisendab need täitvatavaks kontrollisignaaliks. Mõõtmis- ja juhtimise üksused koguvad pidevalt reaalajas operatsioonandmeid, näiteks elektrivool, pingeväärtus ja seadme asukoht, pakkudes nii situatsiooni teadvustamist operaatoritele kui ka olulisi sisendeid järjestikuse loogika otsustele. Intelligentsed terminaalid siduvad otse esimeste seadmetega, et teha lülitamisoperatsioone, ja suhelduvad mõõtmis/juhtimise üksustega ja muude seadmetega optiliste kabeleide või kaablite kaudu, tagades kiire ja täpse andmete edastamise, et toetada ohutut ja tõhusat järjestikust juhtimist.

1.3 Eelised
1.3.1 Töödelduse parandamine
Traaditsioonilistes alamvoolupunktide operatsioonides kannatab lülitamisprotsessidel märkimisväärne ebateoste. Näiteks 220 kV bussi ülekandmise ajal peavad inimesed pidevalt liikuma paigutuste vahel, et kontrollida seadmete ID-d, kinnitada staatuseid ja käsitsi lülitada katkestajaid ja eraldajaid. Inimeste piirangute tõttu võtab üks täielik operatsioon tavaliselt 2–3 tundi, kulutades suuri inimressursse ja kandedes omane veavigade riski, mis mõjutavad võrguefektiivsust.

Intellektuaalsete võrkude tehnoloogiate arenedes pakuvad järjestikused juhtimissüsteemid transformatiivse lähenemise. Kui saab käsk jälgimise taustaprogrammilt, siis süsteem täidab automaatselt kogu jada, sealhulgas seadme staatuse kontroll, operatsioonipileti kehtivuse kontroll ja lülituskäsklusi millisekundilisel kiirusel, põhinedes eelprogrammeeritud loogikal. Valdkonnandmed näitavad, et järjestikuse juhtimise kasutamisel väheneksid 220 kV bussi ülekandmise aeg alla 20 minutit – see on üle 80% parandus traditsiooniliste meetoditega võrreldes. See läbimurdeparandus suurendab võrgutöödeldust, võimaldades kiiret ümberkonfigureerimist koormuse lülitumise ajal ja oluliselt lühendades katkestuste kestust vigade korral, seega parandades üldist elektritoitu kindlust ja kvaliteeti.

1.3.2 Turvalisuse parandamine
Käsitsi alamvoolupunkti operatsioonid on haavatavad paljudest ebatõenäoliste inimlikust teguritest, mis esindavad peidetud ohusriske. Operaatori valvelt on kriitiline; näiteks ööpäeva vahetusel tekkinud väsimus võib viia sümboolsete valeloetamiseni või sammude valejärjekorra täitmiseni. Lisaks varieeruvad oskustasemed inimeste vahel – uued töötajad on palju vähem tuttavad keerulistega protseduuridega kui kogenud töötajad – suurendades vigade tõenäosust. Täielikud statistikad näitavad, et igal aastal tekivad sadad alamvoolupunkti seadmete ja võrgu sündmuste tõttu inimlike vigade tõttu.

Järjestikune juhtimine luuab tugeva turvalisusebarjääri. Enne täitmist kontrollib sisseehitatud loogika validatsioon rangelt iga sammu vastavust eeldefineeritud turvalisuse- ja elektrilise lukustamise reeglitele. Vain kui kõik tingimused on rahuldatud, jätkab süsteem. Näiteks joone energiaga varustamisel kontrollib süsteem automaatselt katkestajate ja eraldajate staatust; kui tuvastatakse mingi anomalia, siis operatsioon peatatatakse kohe ja aktiveeritakse häiresignaal. See takistab rasketest vigadest, nagu laduga eraldaja avamine või maadamise lülitaja sulgemine energiaga, fundamentaalselt vähendades seadmekahjustuste ja võrguõnnetuste riski, tagades ohutuma ja stabiilima alamvoolupunkti töö.

1.4 Praegune rakendamisstaatus
Kuna Hiina jätkab oma intellektuaalse võrgu algatuse edendamist, on järjestikune juhtimine saanud modernse alamvoolupunkti töödelda põhikujunduseks. Uutesse alamvoolupunktidesse on nüüd standardiks saanud intelligentsed disainiprinsipid, kus järjestikune juhtimine on integreeritud põhifunktsionaalsena. Näiteks Ida-Hiinas on viimase viie aasta jooksul jõudnud uutesse alamvoolupunktidesse järjestikuse juhtimise kasutamiseni 95%. Majanduslikult arenenud linnades, nagu Shenzhen ja Shanghai, on 220 kV ja suuremate pingete alamvoolupunktide kattuvus ületanud 80%, oluliselt suurendades piirkondliku võrgutöödeldust ja turvalisust.

Samas edeneb ka vanemate alamvoolupunktide varustamine intelligentsusega. Põhja-Hiinas oli 20-aastane 110 kV alamvoolupunkt edukalt uuendatud järjestikuse juhtimise funktsiooniga, asendades intelligentsed sisend/väljund ühikud ja moderniseerides järelevalvesüsteemi, mille tulemusena oluliselt paranes töödeldus ja usaldusväärsus.

Kuid kui järjestikune juhtimine suureneb, muutuvad keerukates stsenaariumides tehnoloogilised püksitakud ilmsemaks. Äärmusliku ilmamaa, mitmejoonevigade või ootamatute laetundide lünkedes peab süsteem töötlema suuri andmemahte ja täitma keerulisi loogikateid, mis võivad põhjustada reageerimisviivitusi, loogikapausi või isegi veadega toiminguid. Lisaks põhjustavad erinevate tootjate seadmete vahelised ühilduvuseprobleemid – kommunikatsiooniprotokollide, andmeformaatide ja liideseadmete standardite ebaühtivuse tõttu – sageli ebainelaadseid andmete edastusi või viivitatud käskluste vastuseid, mille tulemuseks on järjestikuste operatsioonide sileduse ja täpsuse halvenemine.

Nende väljakutsete lahendamiseks jälgib elektrisektor kahte paralleelset lahendust: tehnoloogilist innovatsiooni ja standardiseerimist. Tehnoloogiliselt optimeeritakse algoritme, et parandada andmetöötlust ja otsustamist keerukates tingimustes. Standardite osas keskendutakse kommunikatsiooniliideste ja protokollide ühtlustamisele, et parandada tootjaülene ühilduvust.

Selles kontekstis pakub UAV-tehnoloogia – pakkudes paindlikku manööverdamist, mitmekülgsete vaatepunktide ja kontaktivaba andmetoobimise võimet – uue innovaatilise tee järjestikuse juhtimise täiustamiseks. Järjestikuste operatsioonide käigus saavad UAV-d reaalajas dünaamiliselt jälgida seadmete staatust mitmespektriliste pilte, infrapunakasvu termograafiat ja muudeid edasisid meetodeid kasutades, mis võimaldavad täpse parameetrite andmise ja kiire anomaalsuse tuvastamise. See reaalaja tagasiside toetab tõhusalt järjestikuse juhtimissüsteemi intelligentsemat otsustamist, tõstes elektrivõrgu operatsioonide intelligentsust ja usaldatavust.

2. UAV-tehnoloogia rakendamine allikajate järjestikuses juhtimises
2.1 Allikaja 3D realistliku mudeli ehitamine UAV-tehnoloogia abil
UAV-tehnoloogia integreerimine allikaja kõrge resolutsiooniga 3D digitaalse dublina ehitamiseks esindab väga innovaatilist ja praktilist edusammu järjestikuse juhtimises. Varustatud kõrgepresidentsusega külastuskameraid kasutades saavad UAV-d läbi viia üksikasjaliku õhuväljakuva mitmest kõrgusest ja nurgast, hõlmates nii üldist plaanijätust kui ka kriitiliste seadmete detailseid andmeid. See genereerib rikkaliku andmebaasi kõrge resolutsiooniga pilte, mis on olulised täpseks 3D modelleerimiseks. Andmete kooskõlla ja geomeetrilise täpsuse tagamiseks tuleb lendamismissioonidel järgida täpselt määratud UAV-operaatoriparameetreid, nagu tabelis 1 kirjeldatud.

Nendest parameetritest on lennualtus seatud 120 meetriks – see kõrgus tagab, et UAV (drone) saaks kogu ümblussüsteemi pildistada, säilitades samal ajal piisava üksikasjade selguse. Lennukiirus hoidetakse 2–5 m/s vahemikus, et säilitada UAV stabiilsust lennul ja vältida liigset kiirust tekitatud liigutuskohiseid. Kaadristiku intervall on seatud 2–3 sekundile, mis võimaldab järjepidevat pildiheledust ja usaldusväärset kvaliteeti erinevates valgustingimustes.

85% eespoole ja 75% külje kaadristiku ülekatekstivus tagavad piisava ülekatekstivuse naaberlike piltide vahel, pakkudes vajalikku redunduantsi järgmiseks piltide kokkuühendamiseks ja 3D modelleerimiseks. Kaameraobjektiivi fookuspikkus ulatub 35–50 mm, mis kombinatsioonis 6,048 × 4,032 pikslit resolutsiooniga sensooriga, võimaldab tõhusalt erineva varustuse väikeste üksikasjade pildistamist. Lisaks tagab 1,5 cm/piksli maapindilahtrise (GSD) sagedus, et iga pikk vastab täpselt reaalmaailma mõõtmisele, oluliselt suurendades ruumilist täpsust.

Näiteks antud lennuparameetrite järgimisel saab UAV kõrgekvaliteedilisi pilte, mis – töötlemise järel professionaalse fotogrammeetilise tarkvara abil, sealhulgas piltide kokkuühendamise, segunevuse ja 3D rekonstrueerimise kaudu – annab väga realistliku ja üksikasjaliku 3D digitaalse ümblussüsteemi. See mudel pakub intuitsioonilist ja täpset ruumilist viitetehnilist informatsiooni järjestikuste juhtimiste operatsioonide jaoks, võimaldades operaatoritel selgesti mõista varustuse paigutust ja staatust, seega loodav solide alus täpseks automatiseeritud lülitamiseks.

2.2 Ühendlüliti asukoha "topelt kinnitamine" ümblussüsteemides
Ühendlüliti asukoha "topelt kinnitamise" seade on oluline osa lüliti asukoha kontrollimiseks. See kasutab sensorit, mis on otse peamise mehaanilise juhtimismehehendusele paigutatud, et jälgida tegelikku ühendlüliti staatust. Süsteem sisaldab kahte mikrolüliti: teine mikrolülit on otseses ühenduses sensoriga ja vastutab ühendlüliti veerendi tegeliku füüsika asukoha registreerimise eest. Kogutud signaal edastatakse sensori kaudu signaalisaaja juurde, mis seejärel edastab andmed ümblussüsteemi mõõtmise ja juhtimissüsteemile. See suletud tsükli edastamismehehendus võimaldab reaalajas, kõrgefideelsusega ühendlüliti asukoha tuvastamist, pakkudes usaldusväärset asukoha kinnitust järjestikute juhtimiste operatsioonide jaoks.

Kui keskne hub, ümblussüsteemi mõõtmise ja juhtimise üksus vastab esimese mikrolülit (mehaaniline tagasiside) ja teise mikrolülit (sensoripõhine tagasiside) töödeldud signaalidele. Pärast nende kahe sisendi integreerimist ja kinnitamist saatatakse konsolideeritud staatuse andmed järjestikute juhtimiste peamisele üksusele. Samal ajal kontrollib vigade vastu võitleva hosti kõik järjestikute juhtimiste peamise üksuse poolt välja antud käsklusi. Ainus siis, kui see anti-viga kinnitamine läbitakse, võidakse järjestikut operatsiooni jätkata.

See "topelt kinnitamise" mehehendus tehniliselt elimineerib ühekohalise signaali ebaõnnestumise või eksitusohtude, oluliselt parandades ühendlüliti asukoha tuvastamise usaldusväärsust. Reaalmaailma stsenaariumides – nii tavapärasel lülitamisel kui ka hädaolukordades – tagab topeltkinnitusega ühendlüliti operaatoritel alati täpset asukoha teavet, tõhusalt vältides eksitusi ja tugevdades järjestikute juhtimistesüsteemide ohutust ja stabiilsust.

2.3 Praktika rakendamine
110 kV ümblussüsteemi laiendamisel projekti uue varustuse integreerimine olemasolevasse järjestikutes juhtimissesüsteemi tõstatas olulisi väljakutseid – väljakutseid, mille lahendamisel UAV tehnoloogia oli tõhus. Operaatorid kasutasid UAVsid range lennuparameetrite järgi: 120 meetri lennualtus tagas kogu ümblussüsteemi üldise katta, säilitades varustuse taseme üksikasju; 2–5 m/s lennukiirus säilitas platvormi stabiilsust teravate pilte silmas pidades; ja 2–3 sekundi kaadristiku intervall kohandas muutuvate valgustingimuste all kõrgekvaliteediliste fotoede tagamiseks. 85% eespoole ja 75% külje kaadristiku ülekatekstivus andis piisava redunduantsi tugevale fotogrammeetilisele töötlemisele.

Kasutades eduka fotogrammeetilise ja 3D modelleerimise tehnikaid, muututi kõrge resolutsiooniga UAV pilte täpseks 3D digitaalseks ümblussüsteemiks. See immersiivne ruumiline mudel võimaldas operatsioonimeeskonnal täpselt analüüsida vanemate ja uute varustuse elemendid vahelised ruumilised suhted. Järjestikute juhtimiste protseduuride simulatsioonide käigus kasutas operaatorid mudelit, et eelplaanida optimaalsed operatsioonide marsruudid ja täpsed geospaatsed koordinaadid – drastiliselt vähendades uue varustuse integreerimiseks kulunud aega.

Praktikas võimaldas see lähenemine projektiteamidel lõpetada järjestikute juhtimistesüsteemi integreerimise ja töölevõtmise kolm päeva enne plaanitud aega. See lühendas mitte ainult üldist projekti aega, vaid kiirendas ka ümblussüsteemi üleminekut intelligentsesse toimimisse, lootes solide aluse selle turvalisele ja usaldusväärselle pikaajaliselle toimimisele.

Selles 110 kV ümblussüsteemi igapäevases järjestikutes juhtimistes ja hooldusescenarioos, on ühendlüliti "topelt kinnitamine" mehehendus oluline turvamehehendus operatsioonide ohutuse ja efektiivsuse jaoks, samas kui UAV tehnoloogia pakub tugevat abivaldkonda. Võttes näiteks ööpäevase hädaolukorra järjestikute juhtimise: pärast seda, kui operaatorid andsid ühendlüliti avamise käsku järjestikute juhtimiste peamiselt, aktiveeris "topelt kinnitamine" seade oma täpse signaali edastamise ja kinnitamise mehehenduse. Seadme sees olevad kaks mikrolüliti edastasid ühendlüliti veerendi asukoha signaale reaalajas ümblussüsteemi mõõtmise ja juhtimise üksusele. See üksus integreeris ja eeltöödles signaale, enne kui need edastati järjestikute juhtimiste peamisele üksusele. Samal ajal tegi anti-viga hosti loogika põhine kontroll käsklustele; ainult pärast anti-viga hosti kinnitust, et käsk on kehtiv, võidakse avamisoperatsiooni läbi viia.

Sel ajal mängis UAV ka olulist rolli. Kasutades oma paindlikke lennukaubasid, teostas UAV reaalajas kõikümberjärelevalvet ümblussüsteemi varustusele – eriti keskendudes ühendlüliti alale. Kui "topelt kinnitamine" seade töötab, edastab UAV live videokanalid kontrolliruumi, pakkudes operaatoritele lisavisiuaalset viitet, et veelgi tagada operatsioonide täpsus.

Võrreldes traditsioonilise manuaalse kohaliku kontrolliga, vähendab see integreeritud lähenemine toiminguaega algsest 10 minutist vaid 3 minutini, oluliselt parandades nii tõhusust. Muidugi, see elimineerib tõhusalt veavõimaluse, mis tekib hea valguse puudumise ja operaatori väsimuse tõttu öösel tehtaval manuaalsel kontrollil.

3.Järeldus
Lennukitehnoloogia on toonud inovaatilisi läbimurdeid alamvoolustiku järjestikuliste juhtimisoperatsioonides. Kolmemõõtmeliste realistlike mudelite ehitamisel tõstab see tõhusalt uute seadmete integreerimist järjestikulisse juhtimissüsteemi ja kiirendab projektide elluviimist. Koostöös disjunktori "kahekordse kinnituse" seadmetega parandavad lennukid oluliselt seadmete töö ohutust ja täpsust. Kui lennukitehnoloogia jätkab arenemist ja süvendab oma sidusust järjestikuse juhtimissüsteemiga, pakub see võimet edasi lahendada väljakutseid, nagu sopevus keerulistel töötingimustel ja seadmete omavaheline ühilduvus, pidevalt edastades alamvoolustiku operatsioone suurema intelligentsuse ja usaldusväärsuse poole, pakkudes stabiilsele ja tõhusale energiaüsteemi töötamisele tugevat tehnilist toetust.