基于机器人的变电站物联网技术研究综述

陈缨 吴天宝 马小敏 刘小江 刘益岑

摘要：本文首先分析了变电站智能化发展方向;进一步地，介绍了目前国内外变电站巡检机器人技术发展现状;最后基于巡检机器人的发展水平，利用物联网技术，分析了物联网技术在智能变电站中各个方面的应用。

关键词：变电站;巡检机器人;物联网

1 引言

20世纪80年代以来，随着我国经济的腾升，电力系统在社会发展中的比重越来越大。人民生活水平的不断提升，对于安全、可靠、连续的电能需求也日益增加。而一旦电网发生故障出现大面积的停电事故，将会给社会带来非常严重的损失。为了避免大停电事故的发生，保障电力系统稳定安全的运行，并满足现代社会对于电能质量的要求，在电网发生故障以后，快速准确找出故障元件，减少停电时间，保障电网供电的可靠性是主要任务之一。通过以物联网和人工智能为基础，以变电站智能巡检机器人为依托，结合在线状态检测设备，开发机器人与智能运检管控系统数据接口，实现机器人与智能运检信息互联，对保障变电站安全、稳定运行具有重要意义。

2 变电站巡检机器人技术

以智能机器人服务于变电站巡检是当前国内外技术发展趋势，研究内容包括机器人自主定位和导航、任务路径规划等。在国外，日本学者2003年率先提出了变电站巡检机器人的研究方案并完成了实验室模拟实验。2005年Birk 等研制了轨道式变电站巡检机器人，并在美国西部电力公司投入应用，有效实现了变电站电气设备的红外测温。Carnegie等提出了一种由光纤陀螺、里程仪、加速度计、激光雷达、差分GPS和导航计算机构成的导航系统，基于差分GPS定位、航位推算导航原理设计了该组合导航系统软件，实验表明，该系统能为变电站设备巡检机器人提供连续、实时、较高精度的导航定位;Suzuki等提出基于机器视觉与3D像素地图的移动机器人导航定位方法，并将其应用于变电站设备巡检，取得比常规方法更好的定位精度;Gueaieb等提出了智能移动机器人的RFID定位方法，为变电站巡检机器人的精确定位提供了新思路;Katrasnik设计了一种基于视觉的变电站智能巡检机器人，并通过现场试验证明了其有效性; Park 等对巡检机器人的的关键技术进行了分析与展望，指出在巡检机器人上应用仿人立体视觉技术将会有效地提升变电设备状态监控的智能化程度，是巡检机器人的发展方向。

我国起步较晚，2007年出现了变电站巡检机器人的研究报道，鲁守银等提出了一种巡检机器人的体系结构，给出了基于该体系结构的车体运动学建模和避障算法;矫德余等研制了嵌入式系统的巡检机器人，该系统携带红外热像仪、可见光摄像机等检测设备，基于磁轨迹实现最优路径规划和双向行走，以自主或遥控方式实现站内一次设备温度的自动巡检，肖鹏等针对现有云台产品无法满足变电站现场巡检要求这一情况，设计了巡检机器人云台控制系统并通过实验验证了该系统的有效性;王建元等针对无人值守变电站遥视系统的网络化和智能化多点监测趋势，结合巡检机器人技术，提出一种基于图论的智能寻迹方案并利用基于传递闭包理论的路径搜索算法，对各检测点关联信息进行关联路径搜索，为智能巡检提供了新思路。当前机器人研究以伺服控制等研究为主，对变电站设备的智能分析研究较弱。

3 机器人与运检管控系统间的物联网技术

物联网技术是实现机器人和运管平台信息互通协同控制的关键技术。智能变电站的发展促进了物联网技术在变电站监测中的初步应用。智能化的变电站监测，首先依赖于电网各个环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，物联网作为推动智能电网发展的信息感知和“物物互联”重要技术手段，已经在电力设备状态监测、智能巡检等方面得到应用。电网各个环节重要运行参数的在线监测，对设备状态的预测、预防、调控，基于可靠监控信息，建立电网各个环节的辅助决策和配电环节的智能决策。而这些智能化任务的实现，必须依托于透彻的信息感知、可靠的数据传输、健全的网络架构及海量信息的智能管理和多级数据的高效处理等技术。

我国在物联网领域的布局较早，中科院10年前就启动了传感网研究，中科院上海微系统与信息技术研究所、南京航空航天大学、西北工业大学等科研单位，目前正加紧研发"物联网"技术。2009年10月，中国研发出首颗物联网核心芯片---"唐芯一号"。2010年工信部和发改委出台了系列政策支持物联网产业化发展，到2020年之前我国已经规划了3.86万亿元的资金用于物联网产业化的发展。在國家重大科技专项、国家自然科学基金和"863"计划的支持下，国内新一代宽带无线通信、高性能计算与大规模并行处理技术、光子和微电子器件与集成系统技术、传感网技术、物联网体系架构及其演进技术等研究与开发取得重大进展。目前，北京、上海、江苏、浙江、无锡和深圳等地都在开展物联网发展战略研究，制定物联网产业发展规划，出台扶持产业发展的相关优惠政策。

在物联网与电力系统结合方面，从20世纪90年代开始，清华大学、西安交通大学、武汉大学、武汉高压研究所等科研单位陆续开展了基于物联网的输电在线监测技术研究。2009年4月开始，国网信息通信有限公司在智能用电方面率先开展工作，开展相关技术研究并在北京建立了智能用户服务试点工程。智能用电服务试点工程主要基于光纤通信技术和电力线宽带网络技术构建，采用双向互动智能表计、用户智能交互终端等，建立用户与电网之间实时连接、互动开放的数字网络。从2009年开始，国家电网公司先后启动了智能变电站、状态监测与检修、智能调度、配网自动化、智能用电等试点工作，有力地扎动了智能电网的建设，也促进了物联网在智能电网叶的应用。

参考文献：

[1]江再玉，金耀，夏泽举，等.一种基于物联网的变电站巡检机器人：，CN211993008U[P].2020.

[2]马巧梅.物联网发展与关键技术研究综述[J].微型电脑应用，2013（4）：3.

[3]吴吉明.基于物联网技术的机器人智能物流系统研究[J].长春工程学院学报：自然科学版，2020，21（1）：4.

基金项目：国网四川省电力公司科技项目（项目号：521997180016）