Aplicación da tecnoloxía UAV nas operacións de control secuencial en subestacións

Coñecendo o avance das tecnoloxías de rede inteligente, o control secuencial (baseado en SCADA) nas subestacións converteuse nunha técnica central para garantir a estabilidade da operación do sistema eléctrico. Aínda que as tecnoloxías de control secuencial existentes foron amplamente implantadas, os desafíos relacionados coa estabilidade do sistema en condicións operativas complexas e a interoperabilidade do equipo permanecen significativos. A tecnoloxía de Vehículos Aéreos Non Tripulados (UAV), caracterizada pola súa agilidade, mobilidade e capacidades de inspección sen contacto, ofrece unha solución innovadora para optimizar as operacións de control secuencial.

Ao integrar profundamente funcións basadas en UAV, como patrullas aéreas e monitorización en tempo real do estado, nos sistemas de control secuencial tradicionais, pódense superar eficazmente as limitacións das operacións manuais, permitindo unha percepción precisa e en tempo real do estado do equipo e mellorando significativamente a fiabilidade e o nivel de intelixencia do control secuencial. A investigación sobre as aplicacións de UAV no control secuencial de subestacións ten unha significación práctica substancial para o avance do desenvolvemento de redes inteligentes.

1. Visión xeral das operacións de control secuencial nas subestacións
1.1 Definición
O control secuencial nas subestacións refírese á execución automatizada, paso a paso, dunha serie de operacións de equipos eléctricos segundo procedementos e regras lóxicas predefinidos mediante un sistema de control de automatización. Tomando como exemplo as operacións de transferencia de barras (conmutación): tradicionalmente, os operadores deben manipular manualmente interruptores, seccionadores e outros dispositivos un por un. En contraste, co control secuencial, os operadores só necesitan emitir unha orde comprehensiva desde a estación de supervisión; o sistema entón executa automaticamente e con precisión toda a secuencia, como abrir un interruptor de liña seguido da apertura dos seccionadores asociados, simplificando enormemente o fluxo de traballo operativo.

1.2 Principios técnicos
O control secuencial de subestacións depende dun sistema de automatización integrado composto por componentes clave, incluíndo un host de supervisión, unidades de medida e control, e terminais intelixentes. O host de supervisión serve como interface humano-máquina, recibindo órdens do operador e convertíndolas en sinais de control executables. As unidades de medida e control recollen continuamente datos operativos en tempo real, como corrente, voltaxe e posición do equipo, proporcionando tanto a consciencia situacional para os operadores como entradas críticas para as decisións lóxicas secuenciais. Os terminais intelixentes interfazan directamente con o equipo primario para realizar operacións de conmutación e comunicarse con as unidades de medida/control e outros dispositivos mediante fibra óptica ou cables, asegurando unha transmisión rápida e precisa de datos para apoiar a execución segura e eficiente do control secuencial.

1.3 Ventajas
1.3.1 Melhora da eficiencia operativa
Nas operacións convencionais de subestacións, os procedementos de conmutación sofreram de notables ineficiencias. Por exemplo, durante unha operación de transferencia de barras de 220 kV, o persoal debe moverse repetidamente entre compartimentos para verificar identificadores de equipos, confirmar estados e operar manualmente interruptores e seccionadores. Debido ás limitacións humanas, unha operación completa típicamente leva 2-3 horas, consumindo considerable man power e levando a riscos inherentes de erro que afectan a eficiencia da rede.

Co evolución das tecnoloxías de rede inteligente, os sistemas de control secuencial ofrecen un enfoque transformador. Ao recibir unha orde do backend de supervisión, o sistema executa automaticamente a secuencia completa, incluíndo a verificación do estado do dispositivo, a validación do billete de operación e as órdenes de conmutación, a velocidade de milisegundos baseada en lóxica preprogramada. Os datos de campo mostran que o uso do control secuencial reduce o tempo de transferencia de barras de 220 kV a menos de 20 minutos, unha mellora superior ao 80% respecto aos métodos tradicionais. Esta ruptura mellora a flexibilidade operativa da rede, permitindo unha reconfiguración rápida durante as fluctuacións de carga e acortando significativamente a duración das interrupcións durante fallos, mellorando así a fiabilidade e a calidade global do suministro de enerxía.

1.3.2 Melhora da seguridade operativa
As operacións manuais de subestacións son vulnerables a moitos factores humanos imprevisibles que supoñen riscos ocultos de seguridade. A alerta do operador é crítica; a fadiga por turnos nocturnos, por exemplo, pode levar a malinterpretar etiquetas ou executar pasos fora de secuencia. Ademais, os niveis de habilidade varían entre o persoal, sendo que os novatos están menos familiarizados cos procedementos complexos que o persoal experimentado, aumentando a probabilidade de erros. Estatísticas incompletas indican que centos de fallos de equipos de subestacións e incidentes de rede anualmente derivan de erro humano.

O control secuencial establece unha robusta barreira de seguridade. Antes da execución, a validación lóxica incorporada verifica rigorosamente cada paso contra regras de seguridade e interbloqueo eléctrico predefinidas. Só cando todas as condicións están satisfeitas, o sistema prosigue. Por exemplo, durante a energización dunha liña, o sistema verifica automaticamente o estado dos interruptores e seccionadores; se detecta calquera anomalia, a operación detéñese inmediatamente e dispara unha alarma. Isto prevén erros graves como abrir un seccionador ba carga ou pechar un interruptor de terra mentres está energizado, reducindo fundamentalmente o risco de danos no equipo e accidentes na rede, asegurando así operacións de subestación máis seguras e estables.

1.4 Estado actual da aplicación
A medida que China continua avanzando na súa iniciativa de rede inteligente, o control secuencial converteuse nunha piedra angular das operacións modernas de subestacións. Nas subestacións recién construídas, os principios de deseño intelixente son agora estándar, co control secuencial integrado como un módulo funcional central. Por exemplo, no Leste de China, a taxa de adopción de control secuencial en subestacións novas nos últimos cinco anos alcanzou o 95%. En cidades economicamente desenvolvidas como Shenzhen e Xangai, a cobertura excede o 80% para subestacións de 220 kV e tensións superiores, impulsando significativamente a eficiencia e a seguridade da rede regional.

En paralelo, a renovación de subestacións máis antigas con capacidades intelixentes tamén está progresando de forma constante. No Norte de China, unha subestación de 110 kV de 20 anos foi actualizada con éxito coa funcionalidade de control secuencial a través da substitución de unidades I/O intelixentes e a modernización do sistema de supervisión, mellorando marcadamente a eficiencia e a fiabilidade operativa.

No obstante, a medida que o control secuencial se escala, as cuelles de botella técnicas en escenarios complexos están a facerse evidentes. En condicións meteorolóxicas extremas, fallos en múltiples liñas ou oscilacións súbitas da carga, o sistema debe procesar cantidades masivas de datos en tempo real e executar lóxica intrincada, o que pode levar a retardos na resposta, paradas lóxicas ou incluso accións erróneas. Ademais, os problemas de interoperabilidade entre equipos de diferentes fornecedores—debido ás incompatibilidades nos protocolos de comunicación, formatos de datos e estándares de interfaz—acostuman causar transmisión anómala de datos ou respostas de comandos retardadas, comprometendo a fluidez e precisión das operacións secuenciais.

Para abordar estes desafíos, a industria eléctrica está buscando solucións dual-track: innovación tecnolóxica e estandarización. Técnicamente, os algoritmos están a ser optimizados para mellorar o procesamento de datos e a toma de decisións en condicións complexas. No front das normas, os esforzos centranse en unificar as interfaces e protocolos de comunicación para mellorar a interoperabilidade entre fornecedores.

Neste contexto, a tecnoloxía UAV—que ofrece manobrabilidade flexible, diversos ángulos de visión e detección sen contacto—ofrece un camiño innovador para mellorar o control secuencial. Durante as operacións secuenciais, os UAV poden realizar unha monitorización dinámica en tempo real do estado dos equipos utilizando imaxe multiespectral, termografía infravermella e outras técnicas avanzadas, permitindo a adquisición precisa de parámetros e a detección rápida de anomalias. Esta retroalimentación en tempo real apoia eficazmente a toma de decisións máis intelixente nos sistemas de control secuencial, elevando a intelixencia e fiabilidade das operacións da rede eléctrica.

2. Aplicación da Tecnoloxía UAV no Control Secuencial de Subestacións
2.1 Construción dun Modelo 3D Realista da Subestación Utilizando a Tecnoloxía UAV
A integración da tecnoloxía UAV para construír un xemelgo dixital 3D de alta fidelidade dunha subestación representa un avance altamente innovador e práctico no control secuencial. Equipados con cámaras de alta precisión de nivel topográfico, os UAV poden realizar levantamentos aéreos comprehensivos desde múltiples altitudes e ángulos, capturando tanto a disposición xeral como os detalles finos do equipo crítico. Isto xera un conxunto de datos rico en imaxes de alta resolución esenciais para a modelización 3D precisa. Para asegurar a consistencia e precisión xeométrica dos datos, as misiones de voo deben ceñirse estritamente aos parámetros operativos especificados para os UAV, como se detalla na Táboa 1.

Entre estes parámetros, a altitude de voo está establecida en 120 m—unha altura que asegura que o UAV captura imaxes que cubren toda a subestación mentres mantén unha suficiente claridade de detalles. A velocidade de voo controlase entre 2–5 m/s para manter o UAV estable durante o voo e evitar o desenfoque debido á velocidade excesiva. O intervalo de exposición establecése en 2–3 segundos, permitindo unha luminosidade constante das imaxes e unha calidade fiable baixo diferentes condicións de luz.

Un solapamento frontal do 85% e un solapamento lateral do 75% garanten áreas de solapamento suficientes entre imaxes adxacentes, proporcionando a redundancia necesaria para a posterior costura de imaxes e a modelización 3D. A distancia focal da lente da cámara oscila entre 35 e 50 mm, combinada con un sensor de alta resolución de 6,048 × 4,032 píxeles, capturando eficazmente os detalles finos dos diversos equipos da subestación. Ademais, unha distancia de muestreo no solo (GSD) de 1,5 cm/pixel asegura que cada pixel corresponde precisamente a unha dimensión real no terreo, mellorando significativamente a precisión espacial.

Ao ceñirse estritamente a estes parámetros de voo, o UAV adquire imaxes de alta calidade que—despois de procesalas mediante software profesional de fotogrametría, incluíndo costura, fusión e reconstrución 3D—proporcionan un modelo digital 3D altamente realista e detallado da subestación. Este modelo ofrece información de referencia espacial intuitiva e precisa para as operacións de control secuencial, permitindo aos operadores entender claramente a disposición e o estado dos equipos, polo que se estabelece unha base sólida para a execución precisa de secuencias de comutación automatizada.

2.2 Implementación do “doble confirmación” para a posición do interruptor de manobra na subestación
O dispositivo de “doble confirmación” para interruptores de manobra serve como un compoñente clave para verificar a posición do interruptor. Emprega sensores montados directamente no mecanismo operativo mecánico principal para monitorizar o estado real do interruptor de manobra. O sistema dispón de dous microinterruptores: o segundo microinterruptor está ligado directamente ao sensor e é responsable de capturar a verdadeira posición física da lâmina do interruptor de manobra. A señal recollida transmítese a través do sensor a un receptor de señales, que a seu vez envía os datos ao sistema de medida e control da subestación. Este mecanismo de transmisión en bucle cerrado permite a detección en tempo real e de alta fidelidade das posiciones dos interruptores de manobra, ofrecendo unha validación fiable da posición para as operacións de control secuencial.

Como o centro de comando, a unidade de medida e control da subestación recibe señales tanto do primeiro microinterruptor (retroalimentación mecánica) como da señal procesada do segundo microinterruptor (retroalimentación basada en sensores). Despois de integrar e validar estas dúas entradas, a unidade envía os datos consolidados de estado ao anfitrión de control secuencial. Simultaneamente, un anfitrión antierro verifica todas as ordes de operación emitidas polo anfitrión de control secuencial. Só despois de pasar esta verificación antierro pode proceder a operación secuencial.

Este mecanismo de “doble confirmación” elimina técnica os riscos asociados co fallo dunha única señal ou coa malinterpretación, mellorando drasticamente a fiabilidade da detección da posición do interruptor de manobra. En escenarios reais—xa sexa durante operacións de comutación rutinarias ou respostas de emerxencia—o interruptor de manobra de dobre confirmación asegura que os operadores reciban sempre información de posición precisa, evitando así operacións erróneas e reforzando a seguridade e estabilidade dos sistemas de control secuencial.

2.3 Aplicación práctica
Num proxecto de ampliación dunha subestación de 110 kV, a integración de novo equipamento no sistema de control secuencial existente supuxo importantes desafíos—desafíos que se abordaron eficazmente mediante a tecnoloxía UAV. Os operadores despregaron UAVs seguindo parámetros de voo estritos: unha altitude de voo de 120 m asegurou unha cobertura completa da subestación mentres preservaba o detalle ao nivel de equipo; unha velocidade de voo de 2–5 m/s manteve a estabilidade da plataforma para obter imaxes nítidas; e un intervalo de exposición de 2–3 segundos adaptouse a cambiantes condicións de luz para asegurar fotos de alta calidade. Con un solapamento frontal do 85% e un solapamento lateral do 75%, o conxunto de datos proporcionou suficiente redundancia para un procesamento fotogramétrico robusto.

Utilizando técnicas avanzadas de fotogrametría e modelización 3D, as imaxes de alta resolución obtidas polos UAVs transformáronse nun modelo digital 3D preciso da subestación. Este modelo espacial inmersivo permitiu ao equipo de operación analizar precisamente as relacións espaciais entre o equipamento heredado e o recém instalado. Durante a simulación de procedementos de control secuencial, os operadores aproveitaron o modelo para planificar previamente camiños operativos óptimos e identificar dispositivos de destino usando coordenadas geoespaciais precisas—reducindo dramaticamente o tempo de comisión para a integración de novo equipamento.

Na práctica, este enfoque permitiu ao equipo de proxecto completar a integración e a comisión do sistema de control secuencial tres días antes do previsto. Isto non só acortou a liña temporal global do proxecto, senón que tamén acelerou a transición da subestación cara a operación intelixente, establecendo unha base sólida para o seu rendemento seguro e fiable a longo prazo.

Nos escenarios diarios de operación e manutención de control secuencial desta subestación de 110 kV, o mecanismo de “doble confirmación” para interruptores de manobra serve como o núcleo de salvagarda para a seguridade e eficiencia operativa, mentres que a tecnoloxía UAV proporciona un forte apoio auxiliar. Tomando como exemplo unha operación de control secuencial de emerxencia nocturna: despois de que os operadores emitan unha orde de apertura do interruptor de manobra desde o anfitrión de control secuencial, o dispositivo de “doble confirmación” activa inmediatamente o seu mecanismo de transmisión e verificación de señais precisas. Os dous microinterruptores dentro do dispositivo transmiten as señais de posición da lâmina do interruptor de manobra en tempo real á unidade de medida e control da subestación. Esta unidade integra e preprocesa as señais antes de enviálas ao anfitrión de control secuencial. Simultaneamente, o anfitrión antierro realiza unha verificación lóxica da orde de operación; só despois de que o anfitrión antierro confirme a orde como válida pode executarse a operación de apertura.

Durante este proceso, o UAV tamén xoga un papel significativo. Aproveitando as súas capacidades de voo áxil, o UAV realiza unha monitorización en tempo real e en tódolos aspectos do equipamento da subestación—centrándose especialmente na área do interruptor de manobra. Mientras o dispositivo de “doble confirmación” está operativo, o UAV transmite fluxos de vídeo en directo de volta á sala de control, proporcionando aos operadores unha referencia visual adicional para asegurar a precisión da operación.

En comparación coa verificación manual tradicional no local, este enfoque integrado reduce o tempo de operación do orixinal de 10 minutos a só 3 minutos, mellorando significativamente a eficiencia. Máis importante aínda, elimina eficazmente o risco de erro de xuízo causado por unha iluminación deficiente e a fadiga do operador durante as comprobacións manuais nocturnas.

3.Conclusión
A tecnoloxía de UAV (dron) trouxo innovacións e avances ás operacións de control secuencial de subestacións. Ao construír modelos realistas 3D, aumenta eficazmente a eficiencia da integración de novo equipo nos sistemas de control secuencial e acelera a implementación de proxectos. Cando traballa en sinergia cos dispositivos de "confirmación dual" de interruptores, os UAV melloran significativamente a seguridade e precisión das operacións de equipo. A medida que a tecnoloxía de UAV continua evolucionando e integrándose máis profundamente nos sistemas de control secuencial, promete abordar desafíos como a adaptabilidade en condicións de operación complexas e a interoperabilidade do equipo, avanzando continuamente as operacións de subestación cara a unha maior intelixencia e fiabilidade, e proporcionando un soporte técnico sólido para a operación estable e eficiente dos sistemas de enerxía.