Umatumaini wa Teknolojia ya UAV katika Mikakati ya Mipango ya Titaaji

Kwa kuongezeka kwa teknolojia za mitambo ya umeme (smart grid), utendaji wa utendakazi wa mpangilio (SCADA-based automated switching) katika vituo vya umeme vimekuwa kiini cha kutunza uendeshaji wa mfumo wa umeme kwenye hali ya ustahimilivu. Ingawa teknolojia za sasa za utendakazi wa mpangilio zimeenea kote, changamoto zinazohusiana na ustahimilivu wa mfumo chini ya mazingira magumu ya utendakazi pamoja na uwezo wa vituo vya kushirikiana bado ni kubwa. Teknolojia ya Ndege Lisilo na Mkanisa (UAV) – yenye sifa za uharibifu, uhamishaji, na uwezo wa ukaguzi bila kuwasiliana – inatoa suluhisho kisichopokeleka kwa kuboresha utendakazi wa utendakazi wa mpangilio. 

Kwa kuunganisha kina kazi za UAV kama vile uchunguzi wa angani na ukaguzi wa halisi wa hali wakati mmoja kwenye mifumo ya awali ya utendakazi wa mpangilio, makwazo ya utendakazi wa binadamu yanaweza kushinda kikamilifu, kupata uwezo wa kutambua kilema kilema na wakati wowote hali ya vifaa, na kuboresha kiasi kikubwa uaminifu na kiwango cha akili cha utendakazi wa mpangilio. Utafiti wa matumizi ya UAV katika utendakazi wa mpangilio wa vituo vya umeme una maana kubwa ya vitendo kwa kuendeleza maeneo ya mtandao wa smart grid.

1.Maelezo ya Jumla ya Utendakazi wa Mpangilio Vitunoni
1.1 Maana
Utendakazi wa mpangilio vitunoni unarejelea utendakazi wa kiotomatiki, wenye hatua kwa hatua, wa safu ya vitendo vya vifaa vya umeme kulingana na taratibu zilizopangwa awali na kanuni za mantiki kupitia mfumo wa udhibiti wa kiotomatiki. Kama mfano wa kushirikisha (kubadilisha) mistari ya umeme: awali, wafanyakazi wanapaswa kuendesha kigonjwa cha umeme, vifungaji, na vifaa vingine kila moja kwa mkono. Kinyume chake, kwa kutumia utendakazi wa mpangilio, wafanyakazi wanahitaji tu kutuma amri moja kuu kutoka kwenye kitombo cha ufuatiliaji; mfumo huendesha otomatiki na kikamilifu mfululizo wote—kama vile kuvunja sura ya umeme ya mstari kisha kufungua vifungaji vilivyohusiana—hivyo kuifanya kazi ya utendakazi iwe rahisi zaidi.

1.2 Kanuni za Teknolojia
Utendakazi wa mpangilio vitunoni unategemea mfumo wa kiotomatiki uliounganishwa unaotengenezwa na vipengele muhimu vinavyojumuisha kiongozi wa ufuatiliaji, vipengele vya usajili na udhibiti, na mashine ya kimataifa. Kiongozi wa ufuatiliaji hutumika kama kipindi cha kibinadamu-mashine, kupokea amri za wafanyakazi na kubadilisha kuwa ishara za udhibiti zinazoweza kutekelezwa. Vipengele vya usajili na udhibiti husarabi data ya halisi ya uendeshaji kila wakati—kama vile sasa, voltage, na nafasi ya vifaa—kutoa maarifa ya hali kwa wafanyakazi pamoja na vitengo muhimu vya maamuzi ya mantiki ya mpangilio. Mashine ya kimataifa huunganisha moja kwa moja na vifaa vya kwanza ili kutekeleza vitendo vya kubadilisha na kuwasiliana na vipengele vya usajili/udhibiti na vifaa vingine kupitia ubao au kabari, kuhakikisha uhamisho wa data wa haraka na sahihi kusaidia tekelezaji bora na salama ya utendakazi wa mpangilio.

1.3 Manufaa
1.3.1 Kuboresha Ufanisi wa Utendakazi
Katika utendakazi wa kawaida wa vituo vya umeme, mbinu za kubadilisha zina shida kubwa za ufanisi. Kwa mfano, wakati wa kushirikisha mistari ya 220 kV, watu wanapaswa kurudi mara kwa mara kati ya sehemu mbalimbali kuthibitisha vitambulisho vya vifaa, kuthibitisha hali, na kutekeleza kazi kwa mkono kwenye vifungaji na vifungaji vya umeme. Kwa sababu ya upepo wake wa kibinadamu, utendakazi kamili huwa unachukua saa 2–3, kinachochukua watu wengi na kuleta hatari ya makosa ambayo huathiri ufanisi wa mtandao.

Na kuongezeka kwa teknolojia za mitambo ya umeme, mifumo ya utendakazi wa mpangilio inatoa njia ya kubadilisha. Baada ya kupokea amri kutoka kwenye mfumo wa nyuma wa ufuatiliaji, mfumo huendesha kamili mfululizo—kujumuisha uthibitishaji wa hali ya kifaa, uthibitishaji wa karatasi ya utendakazi, na amri za kubadilisha—kwa kasi ya millisecond kulingana na mantiki iliyopangwa awali. Data za eneo zinaonyesha kwamba kutumia utendakazi wa mpangilio kunapunguza wakati wa kushirikisha mistari ya 220 kV hadi chini ya dakika 20—umbo la kuboresha zaidi ya asilimia 80 ikilinganishwa na mbinu za awali. Ubunifu huu unaboresha uwezo wa mtandao wa kubadilika haraka, unaruhusu upakiaji upya haraka wakati wa mabadiliko ya mzigo, na kunupisha muda wa mvuto wakati wa makosa, hivyo kuimarisha ufanisi na ubora wa usimamizi wa umeme.

1.3.2 Kuongeza Usalama wa Utendakazi
Utendakazi wa vituo vya umeme kwa mkono unaonekana kwa sababu nyingi za kibinadamu ambazo hazijulikani ambazo zinawezekana kuchukia hatari za usalama. Uvigilishi wa wafanyakazi ni muhimu; kuchoka kutokana na kazi za usiku, kwa mfano, unaweza kusababisha kusoma vibaya viambatisho au kutendeka hatua kwa mpangilio usio sahihi. Pia, ujuzi wa watu hutofautiana—wajanja wanashauriwa na wale ambao wanajua kidogo juhudi za ngumu kuliko wale wenye uzoefu—hivyo kuongeza uwezekano wa makosa. Takwimu zisizokamilika zinaonesha kwamba kuna mia kadhaa ya vifailo vya vifaa vitunoni na matatizo ya mtandao kila mwaka yanayotokana na makosa ya binadamu.

Utendakazi wa mpangilio unawawezesha kizuizi bora cha usalama. Kabla ya kutekeleza, uthibitishaji wa mantiki unaodumu huchunguza kila hatua kulingana na sheria zilizopangwa za usalama na fungo la umeme. Tu wakati mambo yote yamekamilika atakuwa mfumo unaendelea. Kwa mfano, wakati wa kuwasha mstari, mfumo huuthibitisha otomatiki hali ya vifungaji na vifungaji vya umeme; kama kuna hitilafu fulani inayogunduliwa, utendakazi hunyauka mara moja na kuamsha alama ya hasara. Hii inasimamia makosa makubwa kama vile kufungua vifungaji chini ya mzigo au kufunga kifungu cha umeme wakati umeme unaokuwepo, inapunguza msingi hatari ya uharibifu wa vifaa na ajali za mtandao, na kuhakikisha utendakazi bora na wa ustahimilivu vitunoni.

1.4 Hali ya Matumizi Sasa
Kama vile China inavyoweza kuendeleza mradi wake wa mitambo ya umeme, utendakazi wa mpangilio umekuwa mchanganyiko mkuu wa utendakazi wa vituo vya umeme vya kisasa. Katika vituo vipya vilivyoundwa, kanuni za ubunifu wa kimataifa zimekuwa sanifu, na utendakazi wa mpangilio umewekwa kama sehemu muhimu ya msingi. Kwa mfano, mashariki mwa China, kiwango cha kutumia utendakazi wa mpangilio vitunoni vipya miaka mitano iliyopita kimefika asilimia 95%. Katika miji yenye uchumi uliendelea kama vile Shenzhen na Shanghai, uenezi umepita asilimia 80% kwa vituo vya umeme vya 220 kV na juu, kinachoboresha kiasi kikubwa ufanisi na usalama wa mtandao wa eneo.

Wakati huo, kuboresha vituo vya zamani kwa uwezo wa kimataifa pia unapotea polepole. Kaskazini mwa China, vituo vya umeme vya 110 kV vilivyopanda miaka 20 vilibadilishwa kikamilifu kwa kuchukua kazi ya utendakazi wa mpangilio kupitia kubadilisha vipengele vya I/O vya kimataifa na kusasishia mfumo wa ufuatiliaji, kinachobadilisha ufanisi na uaminifu wa utendakazi.

Hata, wakati muktadha wa kudhibiti kwa mfano unongezeka, matatizo ya teknolojia katika mahali pana mapema yako kubainika. Kwenye hali za hewa ngumu, matatizo ya vitu vingine, au maonyesho ya mizigo yanayofanya kwa ghafla, mfumo lazima aweze kusimamia data nyingi sana ya wakati halisi na kutekeleza maswala magumu, ambayo inaweza kuachia muda mrefu wa majibu, kuvunjika kwa maswala, au hata kufanya kazi chafu. Pia, matatizo ya ushirikiano kati ya vifaa kutoka kwa wafanyabiashara tofauti—kwa sababu ya tofauti katika mipango ya mawasiliano, aina za data, na viwango vya kuingiza—mara nyingi huachia utaratibu wasio sahihi wa kutuma data au muda mrefu wa majibu ya amri, ikisababisha kutoegezeka kwa upweke na ukweli wa muktadha wa kudhibiti kwa mfano.

Kulenga changamoto hizi, sekta ya umeme inajaribu suluhisho la njia mbili: ubunifu wa teknolojia na kujitambua. Tekniki, miswada yanavyoongezeka ili kuboresha upatikanaji na uamuzi wa data kwenye hali magumu. Kwenye sehemu ya viwango, jihadi zinazozingatia ni kuunganisha nyaraka za mawasiliano na mipango ili kuboresha ushirikiano kati ya wafanyabiashara tofauti.

Katika hali hii, teknolojia ya UAV—inyenye ya uwezo wa kubadilisha mwendo, macho mengi, na kusikia bila kutumia mikono—hunena njia ya ubunifu wa kuongeza muktadha wa kudhibiti kwa mfano. Wakati wa muktadha wa kudhibiti kwa mfano, UAVs zinaweza kufanya uchunguzi wa wakati halisi wa hali ya vifaa kutumia taswira za multispectral, thermography ya infrared, na teknolojia nyingine za juu, kukusaidia kupata parameta zinazotofautiana na kupata matatizo haraka. Uraia wa wakati halisi huu unaendelea kusaidia kufanya uamuzi wa kike kwenye mfumo wa muktadha wa kudhibiti, kuboresha akili na uwepo wa ustawi wa shirikisho la umeme.

2. Matumizi ya Teknolojia ya UAV katika Muktadha wa Kudhibiti wa Substation
2.1 Kuunda Modeli ya Realisti ya 3D ya Substation Kutumia Teknolojia ya UAV
Kuunganisha teknolojia ya UAV ili kuratibu mtumishi wa 3D digital twin wa substation unaonekana kama uratibu wa ubunifu na upatikanaji katika muktadha wa kudhibiti kwa mfano. Vifaa vilivyopanuliwa na kamere za survey za kiwango cha juu, UAVs zinaweza kufanya tafiti za anga zote kutoka kwenye kiwango tofauti na macho mengi, kutokua layout nzima na vitu muhimu vya vifaa. Hii hutengeneza seti ya data ya taswira za kiwango cha juu inayohitajika kwa undani wa modeling ya 3D. Ili kuhakikisha usawa wa data na ukweli wa geometria, vitendo vya safari lazima vinigeukie kwa kutosha kwa ufumbuzi wa viwango vya kufanya kazi vya UAV, kama linavyoelezwa kwenye Meza 1.

Katika paramete hizi, ukuta ya safari imekataliwa kwenye mita 120—ukuta ambayo hutawala asili ili kuweka picha zinazokuzwa kutoka kila upande wa substation na kuhifadhi maelezo yenye uzito. Utafutaji wa mwanga unahusishwa kati ya 2–5 m/s ili kukabiliana na ustawi wa UAV wakati wa safari na kuzuia uharibifu wa mwenendo kutokana na utafutaji mkubwa. Muda wa kufungua inapatikana kati ya sekunde 2–3, kutoa namba safi na ubora wenye imani kwa tofauti za mwanga.

Mzunguko wa mbele wa asilimia 85 na mzunguko wa upande wa asilimia 75 huwapa eneo la mzunguko kwa picha zinazozunguka, kutoa umuhimu wa kutumia baada ya kugawanya picha na kupanga modeli ya 3D. Mrefu wa lenzi ya kamera unategemea kati ya sentimita 35 hadi 50, pamoja na sensori ya ubora wa juu wa 6,048 × 4,032 pikseli, kutoa maelezo maalum ya vifaa mbalimbali vya substation. Pia, umbali wa sampuli ya ardhi (GSD) wa sentimita 1.5/pikseli hutawala kila pikseli kuwa na kipekee cha ukuta duniani, kuboresha ubora wa spatial sana.

Kwa kufuata paramete za safari hizi kwa uaminifu, UAV hunapata picha za ubora wa juu ambazo—baada ya kutengeneza kwa programu za photogrammetry za kiwango cha juu zinazohusu kugawanya, kujumuisha, na kurekebisha 3D—hupatikana modeli ya digital twin ya 3D ya substation yenye ubora na maelezo. Modeli hii hutawala taarifa zenye imani na spatial za kazi za kiroho, kutoa wafanyikazi njia ya kuelewa muktadha na hali ya vifaa, kutekeleza kwa usahihi muktadha wa automated switching sequences.

2.2 Utatibu wa “Uthibitisho wa Pili” wa Namba ya Disconnector katika Substations
Kifaa cha “uthibitisho wa pili” cha disconnector kunatumika kama kitu muhimu cha kuthibitisha namba ya switch. Inatumia sensors zinazoweza kuhudhuria mekanizmo mzuri wa kiroho kwa ajili ya kuhakikisha hali halisi ya disconnector. Mfumo una vi-switi mikubwa: vi-switi pili ni vinavyolinkwa moja kwa moja na sensor na vinachukua namba halisi ya blade ya disconnector. Isiyotumika inatuma kwa msingi wa signal receiver, ambaye anayempeleka data kwa mfumo wa measurements and control wa substation. Mechanism huu wa kutuma kwa loop hutawala kuthibitisha halisi na mapema kwa namba za disconnector, kutoa imani ya kutosha kwa sequential control operations.

Kama chuo cha kati, unit ya measurements and control ya substation huchukua signals kutoka kwa vi-switi pili (feedback ya mekaniki) na signal iliyotengenezwa kutoka kwa vi-switi pili (feedback ya sensor). Baada ya kujumuisha na kuthibitisha inputs zote mbili, unit inatuma data za status zinazojumuisha kwa sequential control host. Pia, anti-misoperation host hutathmini kwa undani majaribio yoyote yanayotumika na sequential control host. Kwa tu kubaki kwa verification hii ya anti-error, sequential operation inaweza kujitenga.

Mechanism huu wa “uthibitisho wa pili” technologically hutokomeza hatari za signal failure au misjudgment moja tu, kuboresha imani sana ya detection ya namba ya disconnector. Katika scenarios halisi—chache ikiwa ni kwa wakati wa kiroho ya kawaida au kwa dharura—disconnector wa uthibitisho wa pili hutawala wafanyikazi wapate taarifa sahihi za namba, kutoa king'oro na ustawi wa sequential control systems.

2.3 Matumizi ya Kiuchumi
Kitengo cha project la expansion kwenye substation ya 110 kV, kuunganisha vifaa vya mpya kwenye mfumo wa sequential control walikuwa na changamoto—changamoto zinazofanikiwa kutatua kwa teknolojia ya UAV. Wafanyikazi walielekea UAVs kufuata paramete za safari za kawaida: ukuta ya safari ya mita 120 ilihakikisha coverage kamili ya substation na kuhifadhi maelezo ya kiwango cha vifaa; utafutaji wa 2–5 m/s ulihifadhi ustawi wa platform kwa ajili ya picha safi; na muda wa kufungua wa 2–3 sekunde ulipambana na tofauti za mwanga kutoa picha za ubora.

Kutumia teknolojia ya photogrammetry na 3D modeling ya juu, picha za UAV za ubora wa juu zilikatafsiriwa kwa modeli ya digital twin ya 3D ya substation. Modeli hii ya spatial iliyotumika kwa timu ya operations ili kuanaliza mhusiano ya spatial kati ya vifaa vilivyopo na vifaa vya mpya vilivyoundwa. Wakati wa simulation ya sequential control procedures, wafanyikazi walitumia modeli kwa ajili ya kujitenga njia bora za kiroho na kuhakikisha vifaa vya target kwa kutumia coordinates za geospatial—kuongeza muda wa kiroho kwa vifaa vya mpya.

Katika matumizi, mtazamo huu alikutembelea timu ya project kujitenga na kuyatengeneza sequential control system tarehe tatu zaidi ya schedule. Hii ikawa kushorisha timeline ya project na kuboresha transition ya substation kwa intelligent operation, kutekeleza misingi ya imara na imani kwa muda mrefu.

Katika sequential control operations na maintenance ya kila siku ya substation ya 110 kV, mechanism ya “uthibitisho wa pili” wa disconnector hutawala operational safety na efficiency, UAV technology hutoa msaada muhimu. Kwa mfano wa sequential control operation ya jioni: baada ya wafanyikazi kutoa amri ya kufungua disconnector kutoka kwa sequential control host, kifaa cha “uthibitisho wa pili” linajitengezea haraka kwa transmission na verification ya signal. Vi-switi mikubwa vitatu ndani ya kifaa hulituma signals za namba ya blade ya disconnector kwa real time kwa unit ya measurements and control ya substation. Unit hii hutajumuisha na kumpokea signals kabla ya kumpeleka kwa sequential control host. Pia, anti-misoperation host hutathmini logic-based ya amri ya kiroho; tu baada ya anti-misoperation host kuthibitisha amri kuwa sahihi, kufungua kiroho linaweza kujitenga.

Katika mchakato huu, UAV pia anaonyesha umuhimu mkubwa. Kutumia uwezo wake wa kiroho, UAV hufanya monitoring ya real time na round-the-clock kwa vifaa vya substation—hasa kwa kutumia namba ya disconnector. Wakati wa kifaa cha “uthibitisho wa pili” kilichotumika, UAV huituma video feeds za mazingira kwa control room, kutawala wafanyikazi na visual reference zaidi ya kuhakikisha usahihi wa kiroho.

Kwa kumpa na utaratibu wa ukaguzi wa kijiji chache, njia hii imara inarekebisha muda wa kufanya kazi kutoka kwenye dakika 10 zilizopo hadi kwa dakika tatu tu, kuboresha ufanisi sana. Zaidi ya hayo, inafanikisha kutoeleweka kwa makosa yanayowahi kutokea kutokana na mwanga mdogo na upungufu wa nguvu za mtumishi wakati wa kukagua kwa mikono usiku.

3.Mwisho
Teknolojia ya UAV imeleta ubunifu mpya katika matumizi ya miundombinu ya sequential control za substation. Kwa kujenga models za kweli 3D, inaboa ufanisi wa kuongeza vifaa mapya kwenye miundombinu ya sequential control na kuboresha mchakato wa mradi. Wakiendelea kwa ushirikiano na vifaa vya "dual confirmation" vya disconnector, UAV zinaboa salama na uhakika ya matumizi ya vifaa. Tangu teknolojia ya UAV iendelee kujitambua na kujihusisha zaidi na miundombinu ya sequential control, ina nia ya kupeleka hatari kama vile kupata malengo kwa mazingira magumu ya kufanya kazi na urafiki wa vifaa, kuboresha matumizi ya substation kuelekea ufanisi na uwazi zaidi, na kutoa msaidizi wa teknolojia mkamilifu kwa ufanisi na ustawi wa miundombinu ya umeme.