CN113829903A - 一种海上风电场的增程充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种海上风电场的增程充电系统，包括用于向无人机充电的充电单元；以及用于引导无人机降落在充电单元的导航单元；本发明避免了无人机巡检过程中需要降落来更换电池，提高了海上风电场无人机巡检的自动化水平和作业效率。

Description

一种海上风电场的增程充电系统
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种海上风电场的增程充电系统。
背景技术
目前电动多旋翼无人机已经广泛应用于风电机组的巡检，但一般仍然由人工进行操作。无人机自动巡检在陆上风电机组得到了初步应用，但一般仍然一次只能自动巡检一台机组，巡检之前需要将无人机放置于机组前的地面上，自动巡检完成后人工更换电池，并前往下一个机位进行巡检。
海上风电的无人机巡检一般从运维船甲板平台进行起降，稍有风浪便无法使用自动起降，只能采用人工起降，风浪较大时在运维船上进行无人机起降和更换电池作业困难，严重影响无人机巡检效率和作业安全；此外，由于船只出海受到出海窗口期限制，由于海洋潮位的变化一天中只有在特定的时间才能出海，否则只能等待下次窗口期才能出海进行无人机的巡检作业，影响到了巡检效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电场的增程充电系统，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种海上风电场的增程充电系统，包括用于向无人机充电的充电单元；以及用于引导无人机降落在充电单元的导航单元。
优选地，所述充电单元通过螺栓固定在风电机组的机舱顶部。
优选地，所述充电单元包括安装支架，所述安装支架安装在机舱顶部，所述安装支架上设置有无线充电面板。
优选地，所述安装支架设置有用于对无人机进行定位固定的推杆式无人机固定装置。
优选地，所述推杆式无人机固定装置包括上层单元和下层单元，上层单元包为两根上层滑动固定杆、上层推杆电机和上层固定杆滑轨，其中，所述两根上层滑动固定杆滑动安装在上层固定杆滑轨上；
所述上层推杆电机设置有两个，两个上层推杆电机分别与两根上层滑动固定杆驱动连接；
下层单元包括两根下层滑动固定杆、下层推杆电机和下层固定杆滑轨，其中，两根下层滑动固定杆滑动安装在下层固定杆滑轨上；所述下层推杆电机与两根下层滑动固定杆驱动连接；
所述下层推杆电机设置有两个，两个下层推杆电机分别与两根下层滑动固定杆驱动连接。
优选地，两根上层滑动固定杆布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧；
两根下层滑动固定杆布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧；
所述下层滑动固定杆的运动方向与上层滑动固定杆的运动方向互相垂直。
优选地，所述导航单元包括用于实时获取充电单元位置信息的第一数据采集模块、用于实时获取充电平台对应风电机组运行信息的第二数据采集模块；以及根据获取到的信息规划无人机飞行路径的路径规划模块。
优选地，所述路径规划模块根据获取到的信息规划无人机飞行路径，具体方法是，包括以下步骤：
步骤1，实时获取增程起降充电平台对应风电机组标定后的塔筒x方向倾角和相垂直的方向y方向倾角；
步骤2，根据下式计算得到塔顶的转角θ和倾斜角θ'：
Figure BDA0003291103210000031
Figure BDA0003291103210000032
其中，X为标定后的塔筒x方向倾角；Y为标定后的塔筒y方向倾角；
步骤3，根据下式计算增程起降充电平台在水平面距离标定中心点的位移数据：
r＝Hsin(θ')
其中，H为塔筒上的倾角传感器的安装高度；
步骤5，根据步骤4得到的位移数据结合步骤1中获取得到的标定后的塔筒x方向倾角和相垂直的方向y方向倾角，计算获得增程充电平台在水平面上坐标，进而获得无人机飞行路径。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
通过本发明可以实现无人机在巡检海上风电场内的自动巡检和自动充电增程，避免了无人机巡检过程中需要降落来更换电池，提高了海上风电场无人机巡检的自动化水平和作业效率。
进一步的，增程充电系统的导航方法通过无线接入风电机组传感器的测量数据，实时计算获得机组机舱顶部增程充电平台的移动轨迹，结合无人机的二维码识别和激光测距，能够提高无人机在增程充电平台降落位置的准确性，减少无人机的降落时间，从而使无人机巡检作业范围的扩大成为可能，提高了无人机巡检作业效率。
附图说明
图1是推杆式无人机固定装置的主视图；
图2是推杆式无人机固定装置的侧视图；
其中，1、无人机起落平台 2、上传推杆电机 3、下层推杆电机 4、上层滑动固定杆5、下层滑动固定杆 6、二维码 7、无人机锁定区域 8、充电单元 9、上层固定杆滑轨 10、下层固定杆滑轨 11、无人机 12、无人机起落架。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的系统一种海上风电场的增程充电系统，包括用于向无人机充电的充电单元；以及用于引导无人机降落在充电单元的导航单元。
所述充电单元通过螺栓固定在风电机组的机舱顶部，尺寸为2m*2m。
所述充电单元包括安装支架1，所述安装支架1安装在机舱顶部，所述安装支架上设置有无线充电面板8。
所述安装支架1上设置有用于对无人机进行固定的推杆式无人机固定装置。
所述推杆式无人机固定装置包括上层单元和下层单元，上层单元包为两根上层滑动固定杆4、上层推杆电机和上层固定杆滑轨9，其中，所述两根上层滑动固定杆4滑动安装在上层固定杆滑轨9上；所述上层推杆电机设置有两个，两个上层推杆电机分别与两根上层滑动固定杆4驱动连接。
所述上层固定杆滑轨9安装在无人机起落平台的侧边处。
两根上层滑动固定杆4布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧。
下层单元包括两根下层滑动固定杆5、下层推杆电机和下层固定杆滑轨10，其中，两根下层滑动固定杆5滑动安装在下层固定杆滑轨10上；所述下层推杆电机与两根下层滑动固定杆5驱动连接。
所述下层推杆电机设置有两个，两个下层推杆电机分别与两根下层滑动固定杆5驱动连接。
所述下层固定杆滑轨10安装在无人机起落平台的剩余侧边处。
所述上层固定杆滑轨9和下层固定杆滑轨10形成框型结构。
两根下层滑动固定杆5布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧。
所述下层滑动固定杆5的运动方向与上层滑动固定杆4的运动方向互相垂直。
所述推杆式无人机固定装置的工作过程：
检测无人机的当前位置；根据当前位置与目标位置进行比对，根据比对结构控制推杆电机的启停，进而通过上层滑动固定杆4或下层滑动固定杆5推动无人机的起落架，将无人机精确移动至指定位置并固定无人机起落架。
所述平台本体的上表面中心位置处设置有二维码；所述无线充电面板置于二维码的下方。
所述二维码用于提供充电面板中心位置相对于整个增程平台的位置信息，同时，用于将无人机巡检远程控制系统和所述增程起降充电平台对应风电机组的控制系统进行连接，进而获取对应风电机组当前位置的风速风向、塔筒轴向和纵向倾角、机舱轴向和纵向加速度。
所述导航单元包括用于获取充电单元位置信息的第一数据采集模块、用于实时获取充电平台对应风电机组运行信息的第二数据采集模块；以及根据获取到的信息规划无人机飞行路径的路径规划模块。
所述充电单元位置信息为充电单元当前所处的经纬度坐标。
所述风电机组运行信息包括风电机组当前风速风向、塔筒轴向和纵向倾角，以及机舱轴向和纵向加速度。
所述路径规划模块根据获取到的信息规划无人机飞行路径，具体方法是，包括以下步骤：
步骤1，实时获取增程起降充电平台对应风电机组当前的风速风向、标定后的塔筒x方向倾角和相垂直的方向y方向倾角，以及机舱轴向和纵向加速度；
实时获取增程起降充电平台当前所在位置，以及无人机与增程起降充电平台当前距离；
步骤2，根据下式计算得到塔顶的转角θ和倾斜角θ'：
Figure BDA0003291103210000071
Figure BDA0003291103210000072
其中，X为标定后的塔筒x方向倾角；Y为标定后的塔筒y方向倾角。
步骤3，根据下式计算增程起降充电平台在水平面距离标定中心点的位移数据：
r＝Hsin(θ')
其中，H为塔筒上的倾角传感器的安装高度。该位移数据结合两个垂直方向的倾角x方向和y方向数据，获得增程充电平台在水平面上坐标(r*sinθ,r*cosθ),即获得了平台的实施运行轨迹。
步骤4，控制无人机沿机舱中轴线方向从机舱后部飞入增程起降充电平台上方。控制无人机飞行至规划的具有充电平台的风电机组机舱上方，无人机启动下视觉辅助降落系统，追踪起降平台中心的二维码，结合激光雷达测距，在机舱轴向和纵向加速度在安全范围内时，控制无人机自动降落在起降平台，起降平台将无人机推送至无线充电面板中心位置并对无人机起落架进行可靠锁定后开始无线充电。
步骤5：在增程充电完成后，从风电机组顶部的起降平台起飞，沿机舱中轴线方向背向机组叶片飞行出叶片安全距离后，继续根据预设路线进行巡检作业。

Claims (8)

1.一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，包括用于向无人机充电的充电单元；以及用于引导无人机降落在充电单元的导航单元。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述充电单元通过螺栓固定在风电机组的机舱顶部。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述充电单元包括安装支架(1)，所述安装支架(1)安装在机舱顶部，所述安装支架上设置有无线充电面板(8)。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述安装支架(1)设置有用于对无人机进行定位固定的推杆式无人机固定装置。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述推杆式无人机固定装置包括上层单元和下层单元，上层单元包为两根上层滑动固定杆(4)、上层推杆电机和上层固定杆滑轨(9)，其中，所述两根上层滑动固定杆(4)滑动安装在上层固定杆滑轨(9)上；
所述上层推杆电机设置有两个，两个上层推杆电机分别与两根上层滑动固定杆(4)驱动连接；
下层单元包括两根下层滑动固定杆(5)、下层推杆电机和下层固定杆滑轨(10)，其中，两根下层滑动固定杆(5)滑动安装在下层固定杆滑轨(10)上；所述下层推杆电机与两根下层滑动固定杆(5)驱动连接；
所述下层推杆电机设置有两个，两个下层推杆电机分别与两根下层滑动固定杆(5)驱动连接。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，两根上层滑动固定杆(4)布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧；
两根下层滑动固定杆(5)布置在无人机起落平台上设置的无线充电面板为中心的两侧；
所述下层滑动固定杆(5)的运动方向与上层滑动固定杆(4)的运动方向互相垂直。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述导航单元包括用于实时获取充电单元位置信息的第一数据采集模块、用于实时获取充电平台对应风电机组运行信息的第二数据采集模块；以及根据获取到的信息规划无人机飞行路径的路径规划模块。
8.根据权利要求7所述的一种海上风电场的增程充电系统，其特征在于，所述路径规划模块根据获取到的信息规划无人机飞行路径，具体方法是，包括以下步骤：
步骤1，实时获取增程起降充电平台对应风电机组标定后的塔筒x方向倾角和相垂直的方向y方向倾角；
步骤2，根据下式计算得到塔顶的转角θ和倾斜角θ'：
Figure FDA0003291103200000021
Figure FDA0003291103200000031
其中，X为标定后的塔筒x方向倾角；Y为标定后的塔筒y方向倾角；
步骤3，根据下式计算增程起降充电平台在水平面距离标定中心点的位移数据：
r＝Hsin(θ')
其中，H为塔筒上的倾角传感器的安装高度；
步骤5，根据步骤4得到的位移数据结合步骤1中获取得到的标定后的塔筒x方向倾角和相垂直的方向y方向倾角，计算获得增程充电平台在水平面上坐标，进而获得无人机飞行路径。
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