CN117727106A - 一种适用于海上风场的自动巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风场风机巡检技术领域，更具体地，涉及一种适用于海上风场的自动巡检系统，设置于装设有数据采集与监视控制系统的风机内部或外部，所述自动巡检系统包括至少一个子系统，所述子系统包括无人机、充电仓，所述充电仓内置于所述风机或外挂于风机，所述充电仓与所述数据采集与监视控制系统通信连接，所述无人机可内置于充电仓内且与充电仓电连接，充电方式为接触式充电。本发明提供的适用于海上风场的自动巡检系统，无需通过运维船搭载，既能实现无人机对海上风场进行自动巡查，又能确保无人机的安全起降与运行。

Description

一种适用于海上风场的自动巡检系统

技术领域

本发明涉及海上风场风机巡检技术领域，更具体地，涉及一种适用于海上风场的自动巡检系统。

背景技术

海上风机离岸较远，传统的人工目视或爬塔检测的方式成本较高且有一定风险。同时，由于海上环境更为恶劣，风机叶片和机舱罩出问题的几率更高。为了使得风机的年发电量更高，风机的维修时间必须降低，因此，必须对风机进行监测，以在出故障时及时发现，并及早修复。通常是依靠海上风场运维人员搭载运维船等船只靠近风机附近，并使用目视或望远镜的形式观察风机叶片表面。也有一部分风机的运维需要维修人员爬上塔架，目前部分最新海上风场也使用无人机进行风机缺陷检修，但是由于无人机在飞行前无法获知海上风况数据，远距离飞行具有一定的安全隐患，因此仍需要由运维船搭载，在风场附近时才进行无人机巡查；但在极端天气或者极端天气过后，运维船无法出海检修风机。因此导致人力成本高，对于大型海上风场的运维将无法做到实时随需，运维效率低。此外，依赖运维人员进行风机检修的办法有人员安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于海上风场的自动巡检系统，无需通过运维船搭载，既能实现无人机对海上风场进行自动巡查，又能确保无人机的安全起降与运行。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种适用于海上风场的自动巡检系统，设置于装设有数据采集与监视控制系统的风机，所述自动巡检系统包括至少一个子系统，所述子系统包括无人机、充电仓，所述充电仓内置于所述风机或外挂于风机，所述充电仓与所述数据采集与监视控制系统通信连接，所述无人机可内置于充电仓且与充电仓电连接。

本发明的适用于海上风场的自动巡检系统可以包括一个子系统，也可以包括两个及以上的子系统，其中，一个风机可设置一个或多个子系统；通过将充电仓内置或外挂于风机，实现充电仓与风机的连接，而充电仓通过与无人机电应连接，使无人机停靠于充电仓时可进行充电，为无人机的续航能力提供保障，同时充电仓还给无人机提供起飞与降落的平台，无人机可容纳于充电仓中，以使无人机在非巡检状态可获得保护，免受外界风雨的侵袭。通过将充电仓直接与风机连接，节省了无人机离岸飞行的距离，获得了最近的巡检路线，可直接对风机进行绕飞巡检。数据采集与监视控制系统装设于风机且与充电仓通信连接，可使风机的控制系统和无人机的控制系统融合实现联动，作为智慧风场的重要一环，共享海上风机运行数据和风况数据，为充电仓内部搭载的无人机提供充足的信息供其参考确保无人机的安全起降与运行。

优选地，所述充电仓包括内设存储空间的仓体及均内置于所述仓体的充电平台、可循环式电源、电池控制器、工控机，仓体活动连接有仓门组件，所述可循环式电源、所述电池控制器及所述工控机均位于所述充电平台底部，优选将电池控制器及可循环式电源分别设置于工控机旁侧；充电平台、可循环式电源、电池控制器、仓门组件均与工控机通信连接，工控机还与数据采集与监视控制系统通信连接，所述无人机与充电平台电连接。具体可采用接触式电连接，通过在无人机起落架底部设置金属引脚，降落在充电平台就可以进行快速充电。

优选地，所述充电仓还包括整流罩，所述整流罩设于所述仓体顶部，且从仓体两侧向外延伸，所述仓门组件位于整流罩下方且与整流罩滑动连接。

优选地，所述仓门组件包括门板和驱动机构，所述门板与所述驱动机构均装设于所述整流罩底部或整流罩内部，门板与整流罩滑动连接，驱动机构与门板连接且与所述工控机通信连接。

优选地，所述驱动机构为气缸或电缸。

优选地，所述整流罩为翼型壳体。

优选地，所述可循环式电源为蓄电池。

优选地，所述充电仓还包括散热系统，所述散热系统装设于所述仓体内且与工控机电连接。

优选地，所述充电平台上设有用于引导无人机精准起降的视觉引导图案。

优选地，所述仓体底部设有软质底座。

优选地，所述底座为橡胶材料。

优选地，所述子系统为多个，多个子系统的充电仓均与数据采集与监视控制系统相互通信连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)可以根据风场大小与类型布置无人机及充电仓的数量，通过设置多个子系统实现，使无人机及充电仓排布得高效合理；

(2)通过整流罩尽可能地降低了风阻，通过优化该装置的迎风面可减少湍流的同时避免破坏尾流。优选采用光滑的铝制迎风面壳体可降低风与壳体表面的摩擦力进而减少阻力，同时在整流罩设置圆润的前端可使得空气可以尽可能地绕过该整流罩；另一方面，同时由于整流罩表面变得规则，湍流也被尽可能的降低。本发明将整流罩设置在仓体顶部的好处是减少了空气阻力，避免由于高风速对仓体本身带来的不稳定影响和湍流影响无人机的起降。与此同时，避免风机尾流不稳定从而影响风场内位于安装仓体下风机处的风力发电机发电量。

(3)在充电仓底部设置软质底座，优选利用橡胶制成，并使用纳米胶和固定螺栓固定于不同型号，不同曲率的风机机舱外壳上方，可以根据具体情况风机机舱上表面外形更改仓体设计以适用于不同应用环境并保持稳定牢固，软性底座可以使得无人机充电仓适用于不同型号和不同大小的风机，并且使其不需要进行任何机舱外部设计的更改即可进行挂接安装，方便安装和维护，纳米胶也可以使用特定的化学溶剂热处理去除，因此带来了安装和维修的便利性。

(4)将风机的控制系统和无人机的控制系统融合实现联动，共享海上风机运行数据和风况数据，为充电仓内部搭载的无人机提供充足的信息供其参考确保安全起降与运行。

附图说明

图1为本发明充电仓在仓门组件打开状态下第一视角的结构示意图；

图2为本发明充电仓在仓门组件打开状态下第二视角的结构示意图；

图3为本发明充电仓在仓门组件打开状态下并隐藏风机及充电平台后的结构示意图；

图4为本发明充电仓在仓门组件关闭状态下的结构示意图；

图5为本发明一种适用于海上风场的自动巡检系统的结构示意图。

图示标记说明如下：

1、风机；2、无人机；3、充电仓；31、仓体；32、充电平台；33、可循环式电源；34、电池控制器；35、工控机；36、仓门组件；37、整流罩；4、底座。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图5所示为本发明一种适用于海上风场的自动巡检系统的第一实施例，设置于装设有数据采集与监视控制系统的风机1；自动巡检系统包括至少一个子系统，子系统包括无人机2、充电仓3，充电仓3内置于风机1或外挂于风机1，充电仓3与数据采集与监视控制系统通信连接，无人机2可内置于充电仓3且与充电仓3电连接。

本发明的适用于海上风场的自动巡检系统可以包括一个子系统，也可以包括两个及以上的子系统，其中，一个风机1可根据需要设置一个或多个子系统；通过将充电仓3内置于外挂于风机1，实现充电仓3与风机1的连接，而充电仓3通过与无人机2电连接，使无人机2停靠于充电仓3时可进行充电，为无人机2的续航能力提供保障，同时充电仓3还给无人机2提供起飞与降落的平台，无人机2可容纳于充电仓3中，以使无人机2在非巡检状态可得以获得保护，免受外界风雨的侵袭。通过将充电仓3直接与风机1连接，节省了无人机2离岸飞行的距离，获得了最近的巡检路线，可直接对风机1进行绕飞巡检。数据采集与监视控制系统装设于风机1且与充电仓3通信连接，可使风机1的控制系统和无人机2的控制系统融合实现联动，作为智慧风场的重要一环，共享海上风机1运行数据和风况数据，为充电仓3内部搭载的无人机2提供充足的信息供其参考确保无人机2的安全起降与运行。

通过将充电仓3内置于风机1或外挂于风机1，可便于充电仓3与风机1的安装与固定；利用无人机2与充电仓3接触式电连接，可便于无人机2的无线充电。当然，充电仓3与风机1之间也可以通过其他的方式进行连接。

作为本发明的一个实施方式，充电仓3包括内设存储空间的仓体31及均内置于仓体31的充电平台32、可循环式电源33、电池控制器34、工控机35，仓体31活动连接有仓门组件36，可循环式电源33、电池控制器34及工控机35均位于充电平台32底部，且电池控制器34及可循环式电源33均位于工控机35旁侧，充电平台32、可循环式电源33、电池控制器34、仓门组件36均与工控机35通信连接，工控机35还与数据采集与监视控制系统通信连接，无人机2与充电平台32电连接。

仓体31用于给充电平台32、可循环式电源33、电池控制器34、工控机35提供安装空间，也可便于无人机2的容纳；充电平台32用于停放无人机2，并便于对无人机2的起降进行引导；采用接触式电连接，通过在无人机起落架底部设置金属引脚，降落在充电平台就可以进行快速充电。可循环式电源33为无人机2充电提供电源，工控机35用于对各部件进行整体控制，并与风机1的数据采集与监视控制系统进行运行数据和风况数据的共享，为无人机2的安全起降及运行保驾护航。

作为本发明的一个实施方式，充电仓3还包括散热系统，散热系统装设于仓体31内且与工控机电连接。散热系统可以由空调和/或风扇组成，通过工控机35对散热系统进行控制，以便于无人机在充电过程中，散热系统给无人机电池散热。

作为本发明的一个实施方式，充电仓3还包括整流罩37，整流罩37设于仓体31顶部，且从仓体31两侧向外延伸，仓门组件36位于整流罩37下方或整流罩37内部且与整流罩37滑动连接。

整流罩37可降低风阻，避免由于高风速对仓体31本身带来的不稳定影响和湍流影响无人机2的起降。同时整流罩37也给仓门组件36提供安装空间，便于仓门组件36对仓体31的开启与闭合，具体地，通过仓门组件36与整流罩37进行滑动连接，实现仓门组件36相对于仓体31的移动，从而实现仓体31的开启与闭合。

作为本发明的一个实施方式，仓门组件36包括门板和驱动机构，门板与驱动机构均装设于整流罩37底部，门板与整流罩37滑动连接，驱动机构与门板连接且与工控机35通信连接。

驱动机构用于为门板提供驱动，使门板相对于整流罩37进行滑动，从而使门板可相对于仓体31进行移动，实现仓体31的开启与闭合。

作为本发明的一个实施方式，驱动机构为气缸或电缸。

气缸或电缸均可用于实现驱动功能。

作为本发明的一个实施方式，整流罩37为翼型壳体。

通过优化整流罩37的迎风面可减少湍流的同时避免破坏尾流。优选采用光滑的铝制迎风面壳体可降低风与壳体表面的摩擦力进而减少阻力，同时在壳体设置圆润的前端可使得空气可以尽可能地绕过该整流罩37；另一方面，同时由于整流罩37表面变得规则，湍流也被尽可能的降低。本发明将整流罩37设置在仓体31顶部的好处是减少了空气阻力，避免由于高风速对仓体31本身带来的不稳定影响和湍流影响无人机2的起降。与此同时，避免风机1尾流不稳定从而影响风场内位于安装仓体31下风机1处的风力发电机发电量。

作为本发明的一个实施方式，可循环式电源33为蓄电池。

蓄电池可为无人机2进行充电续航。

作为本发明的一个实施方式，充电平台32上设有用于引导无人机2精准起降的视觉引导图案。

通过引导图案的引导，使无人机2起飞和降落时进行对准，可便于无人机2进行精准起降。

实施例2

以下为本发明一种适用于海上风场的自动巡检系统的第二实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，仓体31底部设有软质底座4。优选地，底座4为橡胶材料。

在充电仓3底部设置软质底座4，优选利用橡胶制成，并使用纳米胶和固定螺栓固定于不同型号，不同曲率的风机1机舱外壳上方，可以根据具体情况风机1机舱上表面外形更改仓体31设计以适用于不同应用环境并保持稳定牢固，软性底座4可以使得无人机2充电仓3适用于不同型号和不同大小的风机1，并且使其不需要进行任何机舱外部设计的更改即可进行挂接安装，方便安装和维护，纳米胶也可以使用特定的化学溶剂热处理去除，因此带来了安装和维修的便利性。

实施例3

以下为本发明一种适用于海上风场的自动巡检系统的第三实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，子系统为多个，多个子系统的充电仓3均与数据采集与监视控制系统相互通信连接。

可以根据风场大小与类型布置无人机2及充电仓3的数量，通过设置多个子系统实现，使无人机2及充电仓3排布得高效合理。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种适用于海上风场的自动巡检系统，设置于装设有数据采集与监视控制系统的风机(1)；其特征在于，所述自动巡检系统包括至少一个子系统，所述子系统包括无人机(2)、充电仓(3)，所述充电仓(3)内置于所述风机(1)或外挂于风机(1)，所述充电仓(3)与所述数据采集与监视控制系统通信连接，所述无人机(2)可内置于充电仓(3)且与充电仓(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述充电仓(3)包括内设存储空间的仓体(31)及均内置于所述仓体(31)的充电平台(32)、可循环式电源(33)、电池控制器(34)、工控机(35)，仓体(31)活动连接有仓门组件(36)，所述可循环式电源(33)、所述电池控制器(34)及所述工控机(35)均位于所述充电平台(32)底部，充电平台(32)、可循环式电源(33)、电池控制器(34)、仓门组件(36)均与工控机(35)通信连接，工控机(35)还与数据采集与监视控制系统通信连接，所述无人机(2)与充电平台(32)电连接。

3.根据权利要求2所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述充电仓(3)还包括整流罩(37)，所述整流罩(37)设于所述仓体(31)顶部，且从仓体(31)两侧向外延伸，所述仓门组件(36)位于整流罩(37)下方且与整流罩(37)滑动连接。

4.据权利要求3所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述仓门组件(36)包括门板和驱动机构，所述门板与所述驱动机构均装设于所述整流罩(37)底部或整流罩(37)内部，门板与整流罩(37)滑动连接，驱动机构与门板连接且与所述工控机(35)通信连接。

5.据权利要求4所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述驱动机构为气缸或电缸。

6.据权利要求3所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述整流罩(37)为翼型壳体。

7.据权利要求2所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述可循环式电源(33)为蓄电池。

8.根据权利要求2所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述充电仓(3)还包括散热系统，所述散热系统装设于所述仓体(31)内且与工控机(35)电连接。

9.根据权利要求2所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述充电平台(32)上设有用于引导无人机(2)精准起降的视觉引导图案。

10.根据权利要求1至9任一项所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述仓体(31)底部设有软质底座(4)。

11.根据权利要求10所述的适用于海上风场的自动巡检系统，其特征在于，所述子系统为多个，多个子系统的充电仓(3)均与数据采集与监视控制系统通信连接。