Toepassing van UAV-technologie in sequentiële controleoperaties van elektriciteitscentrales

Met de voortgang van slimme netwerktechnologieën is sequentiële controle (op basis van geautomatiseerde schakeling via SCADA) in elektriciteitsstations een kernvaardigheid geworden voor het waarborgen van stabiele elektriciteitsnetwerken. Hoewel bestaande sequentiële controle technologieën wijdverspreid zijn ingezet, blijven uitdagingen met betrekking tot systeemstabiliteit onder complexe bedrijfsomstandigheden en de interoperabiliteit van apparatuur aanzienlijk. De technologie van onbemande vliegtuigen (UAV's), gekenmerkt door haar wendbaarheid, mobiliteit en mogelijkheden voor contactloze inspectie, biedt een innovatieve oplossing om sequentiële controle operaties te optimaliseren.

Door UAV-gebaseerde functies zoals luchtpatrouilles en real-time toestandscontroles diep te integreren in traditionele sequentiële controle systemen, kunnen de beperkingen van handmatige operaties effectief worden overwonnen, waardoor een precieze, real-time perceptie van de toestand van apparatuur mogelijk wordt en de betrouwbaarheid en intelligentieniveau van sequentiële controle aanzienlijk worden verhoogd. Onderzoek naar UAV-toepassingen in de sequentiële controle van elektriciteitsstations heeft aanzienlijke praktische betekenis voor de ontwikkeling van slimme netwerken.

1.Overzicht van sequentiële controle operaties in elektriciteitsstations
1.1 Definitie
Sequentiële controle in elektriciteitsstations verwijst naar de geautomatiseerde, stapsgewijze uitvoering van een reeks elektrische apparatuuroperaties volgens vooraf gedefinieerde procedures en logische regels via een automatiseringscontrolesysteem. Neem als voorbeeld busoverdracht (schakelen): traditioneel moeten operators circuitbrekers, schakelaars en andere apparaten één voor één handmatig bedienen. In tegenstelling daarmee hoeft bij sequentiële controle de operator slechts één algemeen commando vanaf de monitoringswerkplek te geven; het systeem voert dan automatisch en accuraat de hele reeks uit—zoals het uitschakelen van een lijncircuitbreker gevolgd door het openen van bijbehorende schakelaars—wat de werkstroom aanzienlijk vereenvoudigt.

1.2 Technische principes
Sequentiële controle in elektriciteitsstations is afhankelijk van een geïntegreerd automatiseringsysteem dat bestaat uit belangrijke componenten zoals een supervisiehost, meet- en controle-eenheden en intelligente terminals. De supervisiehost fungeert als de mens-machine interface, ontvangt operatorcommando's en converteert deze in uitvoerbare controle signalen. Meet- en controle-eenheden verzamelen continu real-time operatiegegevens—zoals stroom, spanning en apparatuurpositie—waarbij zowel situatiewaarneming voor operators als cruciale invoer voor sequentiële logische beslissingen wordt geboden. Intelligente terminals koppelen direct aan primaire apparatuur om schakeloperaties uit te voeren en communiceren met meet- en controle-eenheden en andere apparaten via glasvezel of kabels, waardoor snelle en accurate gegevensoverdracht wordt gewaarborgd om veilige en efficiënte sequentiële controle uitvoering te ondersteunen.

1.3 Voordelen
1.3.1 Verbeterde operationele efficiëntie
Bij conventionele elektriciteitsstationoperaties lijden schakelprocedures onder merkbare inefficiënties. Bijvoorbeeld, tijdens een 220 kV busoverdracht moet personeel herhaaldelijk tussen bays heen en weer gaan om apparatuur-ID's te controleren, statussen te bevestigen en circuitbrekers en schakelaars handmatig te bedienen. Door menselijke beperkingen neemt een volledige operatie meestal 2-3 uur in beslag, wat aanzienlijke mankracht vergt en inherent risico's van fouten met zich meebrengt die de efficiëntie van het netwerk beïnvloeden.

Met de evolutie van slimme netwerktechnologieën bieden sequentiële controle systemen een transformatieve benadering. Zodra het systeem een commando van de monitoring backend ontvangt, voert het automatisch de volledige reeks uit—waaronder apparaatstatuscontrole, validatie van werkinstructies en schakelcommando's—op milliseconde-niveau snelheid op basis van vooraf geprogrammeerde logica. Veldgegevens tonen aan dat het gebruik van sequentiële controle de 220 kV busoverdracht tijd tot minder dan 20 minuten reduceert—een verbetering van meer dan 80% ten opzichte van traditionele methoden. Deze doorbraak verhoogt de flexibiliteit van netwerkoperaties, waardoor snelle herconfiguratie tijdens belastingschommelingen mogelijk is en storingstijden aanzienlijk worden verkort, waardoor de algehele betrouwbaarheid en kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening verbetert.

1.3.2 Verbeterde operationele veiligheid
Handmatige elektriciteitsstationoperaties zijn kwetsbaar voor talrijke onvoorspelbare menselijke factoren die verborgen veiligheidsrisico's inhouden. De waakzaamheid van de operator is cruciaal; vermoeidheid na nachtdiensten kan leiden tot verkeerde etiketten lezen of stappen in de verkeerde volgorde uitvoeren. Bovendien verschillen vaardigheidsniveaus onder personeel—nieuwe medewerkers zijn veel minder bekend met complexe procedures dan ervaren medewerkers—wat de kans op fouten vergroot. Onvolledige statistieken wijzen erop dat honderden elektriciteitsstationapparatuurfouten en netwerkincidenten jaarlijks het gevolg zijn van menselijke fouten.

Sequentiële controle vestigt een robuuste veiligheidsbarrière. Voor de uitvoering controleert de ingebouwde logica-validatie elke stap grondig op basis van vooraf gedefinieerde veiligheids- en elektrische interlockregels. Pas als alle voorwaarden voldaan zijn, zal het systeem doorgaan. Bijvoorbeeld, tijdens de energievoorziening van een lijn, controleert het systeem automatisch de status van circuitbrekers en schakelaars; indien een anomalie wordt gedetecteerd, stopt de operatie onmiddellijk en activeert een alarm. Dit voorkomt ernstige fouten zoals het openen van een schakelaar onder belasting of het sluiten van een aardingsschakelaar terwijl hij geënergieerd is, waardoor het risico op apparatuurschade en netwerkincidenten fundamenteel wordt verminderd en veiligere, stabielere elektriciteitsstationoperaties worden gewaarborgd.

1.4 Huidige toepassingsstatus
Terwijl China doorgaat met de ontwikkeling van zijn slimme netwerkinitiatief, is sequentiële controle een hoeksteen geworden van moderne elektriciteitsstationoperaties. In nieuw gebouwde elektriciteitsstations zijn intelligente ontwerp-principes nu standaard, met sequentiële controle als een kernfunctionele module. Bijvoorbeeld, in Oost-China is de adoptieratio van sequentiële controle in nieuwe elektriciteitsstations in de afgelopen vijf jaar 95% bereikt. In economisch ontwikkelde steden zoals Shenzhen en Shanghai bedraagt de dekking meer dan 80% voor 220 kV en hogere spanning elektriciteitsstations, wat de regionale networkefficiëntie en -veiligheid aanzienlijk verhoogt.

Ondertussen gaat de modernisering van oudere elektriciteitsstations met intelligente mogelijkheden ook gestaag vooruit. In Noord-China is een 20 jaar oude 110 kV elektriciteitsstation succesvol uitgerust met sequentiële controlefunctionaliteit door de vervanging van intelligente I/O-eenheden en de modernisering van het supervisiesysteem, waardoor de operationele efficiëntie en betrouwbaarheid aanzienlijk werden verbeterd.

Echter, naarmate de sequentiële controle in omvang toeneemt, worden technische knelpunten in complexe scenario's duidelijker. Bij extreme weersomstandigheden, meerdere lijn storingen of plotselinge lastveranderingen, moet het systeem enorme hoeveelheden real-time gegevens verwerken en ingewikkelde logica uitvoeren, wat kan leiden tot reactievertraging, logische stilstaan of zelfs foute acties. Bovendien veroorzaken interoperabiliteitsproblemen tussen apparatuur van verschillende leveranciers—door onverenigbaarheden in communicatieprotocollen, gegevensformaten en interfaces—vaak abnormale gegevensoverdracht of vertraagde commandoantwoorden, waardoor de soepelheid en nauwkeurigheid van sequentiële operaties wordt ondermijnd.

Om deze uitdagingen aan te pakken, zet de energie-industrie in op dubbele oplossingen: technologische innovatie en standaardisering. Technisch worden algoritmen geoptimaliseerd om de gegevensverwerking en besluitvorming onder complexe omstandigheden te verbeteren. Op het vlak van standaarden richten de inspanningen zich op het unificeren van communicatieinterfaces en protocollen om de interoperabiliteit tussen leveranciers te verbeteren.

In dit kader biedt UAV-technologie—met flexibele manoeuvreerbaarheid, diverse kijkhoeken en contactloze sensoren—een innovatieve weg voor het verbeteren van sequentiële controle. Tijdens sequentiële operaties kunnen UAV's met behulp van multispectrale beeldvorming, infraroodthermografie en andere geavanceerde technieken real-time dynamische monitoring van de status van de apparatuur uitvoeren, waardoor nauwkeurige parameterverzameling en snelle anomaliedetectie mogelijk zijn. Deze real-time feedback ondersteunt effectief slimme besluitvorming in sequentiële controlesystemen, waardoor de intelligentie en betrouwbaarheid van elektriciteitsnetoperaties wordt verhoogd.

2. Toepassing van UAV-technologie in substationnelle sequentiële controle
2.1 Het bouwen van een 3D realistisch model van de substation met behulp van UAV-technologie
Het integreren van UAV-technologie om een hoge-kwaliteit 3D digitale twin van een substation te bouwen, vertegenwoordigt een zeer innovatieve en praktische vooruitgang in sequentiële controle. Uitgerust met hoogwaardige meetkundige camera's, kunnen UAV's grondige luchtfotografie uitvoeren vanaf meerdere hoogtes en hoeken, waarbij zowel de algemene indeling als de fijne details van belangrijke apparatuur worden vastgelegd. Dit genereert een rijke dataset van high-resolution afbeeldingen die essentieel zijn voor nauwkeurig 3D-modelleren. Om dataconsistentie en geometrische nauwkeurigheid te garanderen, moeten vluchtmissies strikt voldoen aan gespecificeerde UAV-operatieparameters, zoals gedetailleerd in Tabel 1.

Van deze parameters is de vlieghoogte ingesteld op 120 m—een hoogte die ervoor zorgt dat de UAV beelden van het hele substation vastlegt terwijl er voldoende detailhelderheid wordt behouden. De vliegsnelheid wordt tussen 2–5 m/s gehouden om de UAV stabiel te houden tijdens de vlucht en bewegingsonscherpte door te hoge snelheid te voorkomen. Het belichtingstempo is ingesteld op 2–3 seconden, waardoor een constante beeldhelderheid en betrouwbare kwaliteit onder verschillende lichtomstandigheden wordt gewaarborgd.

Een voorwaartse overlap van 85% en een zijwaartse overlap van 75% garanderen voldoende overlappende gebieden tussen aangrenzende beelden, wat de nodige redundantie biedt voor latere beeldsamenvoeging en 3D-modellering. De brandpuntsafstand van de camera lens varieert van 35 tot 50 mm, gekoppeld aan een high-resolution sensor van 6,048 × 4,032 pixels, waarmee fijne details van diverse substationapparatuur effectief worden vastgelegd. Bovendien zorgt een grondsamplingafstand (GSD) van 1,5 cm/pixel ervoor dat elke pixel precies overeenkomt met een echte afmeting op de grond, wat de ruimtelijke nauwkeurigheid aanzienlijk verhoogt.

Door strikt aan deze vluchtparameters te voldoen, verkrijgt de UAV high-quality imagery die—na verwerking via professionele fotogrammetrie software, inclusief samenvoegen, fusie en 3D-reconstructie—resulteert in een zeer realistische en gedetailleerde 3D-digitale tweeling van het substation. Dit model biedt intuïtieve en nauwkeurige ruimtelijke referentie-informatie voor sequentiële controleoperaties, waardoor operators duidelijk het apparatuurlayout en -status begrijpen, waardoor een solide basis wordt gelegd voor de nauwkeurige uitvoering van geautomatiseerde schakelreeksen.

2.2 Implementatie van “Dubbele Bevestiging” voor Afsluitpositie in Substations
De “dubbele bevestiging”-apparatuur voor afsluiters fungeert als een cruciale component voor het verifiëren van de schakelaarpositie. Het maakt gebruik van sensoren die direct op de primaire mechanische bedieningsmechanisme zijn gemonteerd om de werkelijke afsluitstatus te monitoren. Het systeem heeft twee microschakelaars: de tweede microschakelaar is rechtstreeks verbonden met de sensor en verantwoordelijk voor het vastleggen van de ware fysieke positie van de afsluitbladen. Het verzamelde signaal wordt via de sensor doorgestuurd naar een signaalontvanger, die vervolgens de gegevens doorstuurt naar het meet- en regelsysteem van het substation. Dit gesloten transmissiemechanisme stelt real-time, high-fidelity detectie van afsluitposities in staat, waardoor betrouwbare positieterugkoppeling voor sequentiële controleoperaties wordt geboden.

Als het centrale knooppunt ontvangt het meet- en regelunit van het substation signalen van zowel de eerste microschakelaar (mechanische feedback) als het verwerkte signaal van de tweede microschakelaar (sensor-gebaseerde feedback). Na integratie en validatie van deze dubbele invoer stuurt het unit de geconsolideerde statusgegevens door naar de sequentiële controlehost. Tegelijkertijd controleert een anti-misoperatiehost alle operatiecommando's die door de sequentiële controlehost zijn uitgevaardigd. Pas na het passeren van deze foutverificatie kan de sequentiële operatie doorgaan.

Dit “dubbele bevestiging”-mechanisme elimineert technisch risico's die gepaard gaan met single-point signaaluitval of verkeerde inschatting, waardoor de betrouwbaarheid van de afsluitpositiedetectie aanzienlijk wordt verbeterd. In de praktijk—of het nu gaat om routineuze schakeloperaties of noodinterventies—zorgt de dubbele bevestiging afsluiter ervoor dat operators altijd accurate positie-informatie ontvangen, waardoor misoperaties effectief worden voorkomen en de veiligheid en stabiliteit van sequentiële controlesystemen worden versterkt.

2.3 Praktische Toepassing
Bij een uitbreidingsproject in een 110 kV-substation stelde de integratie van nieuwe apparatuur in het bestaande sequentiële controle systeem aanzienlijke uitdagingen. Deze werden effectief aangepakt door middel van UAV-technologie. Operators zetten UAV’s in volgens strikte vluchtparameters: een vlieghoogte van 120 m zorgde voor een volledige dekking van het substation terwijl detailniveau werd behouden; een vliegsnelheid van 2–5 m/s waarborgde platformstabiliteit voor scherpe beelden; en een belichtingstempo van 2–3 seconden paste zich aan wisselende lichtomstandigheden aan om high-quality foto’s te verkrijgen. Met 85% voorwaartse overlap en 75% zijwaartse overlap bood de dataset voldoende redundantie voor robuuste fotogrammetrische verwerking.

Met geavanceerde fotogrammetrie en 3D-modelleringstechnieken werd de high-resolution UAV-beelden getransformeerd naar een nauwkeurige 3D-digitale tweeling van het substation. Dit immersive ruimtelijke model stelde het operatieteam in staat om de ruimtelijke relaties tussen bestaande en nieuw geïnstalleerde apparatuur precies te analyseren. Tijdens de simulatie van sequentiële controleprocedures maakte operators gebruik van het model om optimale operationele paden voor te plannen en doelapparatuur accuraat te identificeren met behulp van precieze geospatiale coördinaten—wat de commissieeringsduur voor de integratie van nieuwe apparatuur aanzienlijk verlaagde.

In de praktijk stelde deze benadering het projectteam in staat om de integratie en commissieering van het sequentiële controle systeem drie dagen voor schema te voltooien. Dit verkortte niet alleen de totale projecttijd, maar versnelde ook de transitie van het substation naar intelligente operatie, waardoor een solide basis werd gelegd voor veilige en betrouwbare langetermijnprestaties.

In de dagelijkse sequentiële controle operatie en onderhoudsscenario's van dit 110 kV-substation dient het afsluiter “dubbele bevestiging”-mechanisme als kernschild voor operationele veiligheid en efficiëntie, terwijl UAV-technologie sterke auxiliare ondersteuning biedt. Neem bijvoorbeeld een nachtelijke noodsituatie waarbij sequentiële controleoperaties worden uitgevoerd: nadat operators een afsluiter openen commando hebben uitgevaardigd vanaf de sequentiële controlehost, activeert het “dubbele bevestiging”-apparaat onmiddellijk zijn precieze signaaltransmissie- en verificatiemechanisme. De twee microschakelaars binnen het apparaat versturen de afsluitbladen positie signalen in real time naar het meet- en regelunit van het substation. Dit unit integreert en pre-processeert de signalen voordat ze worden doorgestuurd naar de sequentiële controlehost. Tegelijkertijd voert de anti-misoperatiehost logica-gebaseerde verificatie uit van het operatiecommando; pas nadat de anti-misoperatiehost het commando als geldig heeft bevestigd, kan de opening operatie worden uitgevoerd.

Tijdens dit proces speelt de UAV ook een significante rol. Door gebruik te maken van zijn agile vliegcapaciteiten, voert de UAV real-time, alomvattende monitoring uit van substationapparatuur—met name gericht op het afsluitergebied. Terwijl het “dubbele bevestiging”-apparaat werkt, verzendt de UAV live videofeeds terug naar de controlekamer, waardoor operators een extra visuele referentie krijgen om de operationele nauwkeurigheid verder te waarborgen.

In vergelijking met traditionele handmatige ter plaatse verificatie, reduceert deze geïntegreerde aanpak de operatietijd van de oorspronkelijke 10 minuten tot slechts 3 minuten, wat de efficiëntie aanzienlijk verbetert. Bovendien elimineert het effectief het risico op foute beoordelingen veroorzaakt door slechte verlichting en vermoeidheid van de operator tijdens nachtelijke handmatige controles.

3.Slotconclusie
Drone-technologie heeft innovatieve doorbraken gebracht in substation sequentiële controleoperaties. Door 3D realistische modellen te construeren, verhoogt het effectief de efficiëntie van het integreren van nieuwe apparatuur in sequentiële controle systemen en versnelt projectimplementatie. Wanneer drones samenwerken met de disconnector "dubbele bevestiging" apparatuur, verbeteren ze aanzienlijk de veiligheid en precisie van apparatuurbediening. Terwijl drone-technologie blijft evolueren en dieper wordt geïntegreerd in sequentiële controle systemen, biedt het de belofte om verdere uitdagingen zoals aanpassingsvermogen onder complexe bedrijfsomstandigheden en interoperabiliteit van apparatuur aan te pakken, waardoor substation-operaties continu worden voortgezet naar meer intelligentie en betrouwbaarheid, en sterke technische ondersteuning biedt voor de stabiele en efficiënte werking van energie-systemen.