[发明专利]一种无人机风机叶片自动巡检仿真系统及方法

说明书

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机风机叶片自动巡检仿真系统及方法,包括无人机仿真模块、双光云台仿真模块、相机仿真模块、视觉导航模块、无人机控制模块和风机仿真模块，无人机仿真模块通过飞行控制器飞至机舱航向采集点位，双光云台仿真模块上固定连接有相机仿真模块，相机模块输出的图像信息以topic的形式传递至视觉导航模块，无人机控制模块控制无人机按初始航点顺序进行飞行，飞行过程中实时通过视觉导航模块判断风机叶片图像几何位置，来进行视觉导航纠偏，本发明实现了无人机在风电自动巡检仿真系统的飞行控制，图像在风电自动巡检仿真系统的采集，提供整体仿真系统的真实性，并且规避了由于巡检系统不成熟导致的测试风险。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机风机叶片自动 巡检仿真系统及方法。

背景技术

长久以来，世界各国的电力供应大部分都要依靠化石类燃料的燃 烧获得；在温室气体排放超标、全球气候逐渐恶化的环境保护压力下， 各国政府纷纷出台了能源结构转型战略，大力推进风能、太阳能、核 能等清洁能源供应，大幅降低了能源供应中化石类能源的比例。当前， 在可供开发的新能源中，风能是技术最为成熟、市场应用最为广泛的 可再生能源之一，受到世界各国的普遍重视，并已在全球大规模开发 利用。

风电的迅猛发展，给风电设备后期的检测与维护带来了极大的压 力。据相关资料统计，对设计运行寿命为20年的风电场而言，全部的 运维费用占其总收入的10％-15％，而海上风电场的运维费用在其总收入 占比中更是高达1/5以上。但经过专业机构调查后发现，如果经过相 应的故障诊断技术提前检测预防很多风电设备的故障是可以减少，甚 至避免或的。目前针对齿轮箱和发电机的故障诊断比较多，本发明专 利提出的自动巡检集中在风机叶片。叶片是风机捕捉风能的关键部件， 叶片的故障排除时间在整个风机故障排除时间中占比最高。由于风场 主要分布在城市的远郊、近海以及戈壁等地理环境和气候环境十分复 杂的风能储备地，因此风机叶片也不可避免受到飓风、盐雾等各种灾 害天气的冲击；叶片表面不可避免的受到各种媒介的伤害而形成各种 缺陷损伤。如果这些小的缺陷损伤不被及时关注和处理，经过不断积 累就会形成大的故障，最终演变成严重的事故。、

通过对叶片定期常规检测的结果统计发现，叶片表面缺陷主要有： 风机安装前期出现的斑点和擦痕，风机安装中、后期出现的砂眼、裂 纹、边缘腐蚀和开裂、表面涂层脱落以及恶劣天气下的雷击损伤和叶 片结冰；一般情况下，斑点、擦痕、砂眼和裂纹是风机叶片普遍存在 的缺陷，大面积的斑点和砂眼聚集就会形成危害性大大增加的麻面。 这类麻面如遇雷雨天气，由于静电灰多、湿度大造成导电性增强，极 易引来雷击；如遇高温、大风等天气，麻面处凹陷部分的玻璃纤维就 会迅速风化形成脆裂层。两种情况都会造成叶片的严重损坏，甚至出 现风机停机检修的情况。

随着我国风力发电的建设，大型风电机组应运而生。风机叶片长 度由30～40m发展到如今的60～70m，使用寿命一般为20年.风机叶片重 量和尺寸的增加，对叶片的维护和维修提出了新的挑战。人工检测作 为传统的叶片检测方法，存在以下缺点：高空作业，检测成本高，风 险高；检测效率低，工人劳动强度大；长期作业，发电量损失大。随 着无人机技术的广泛应用，无人机将代替人工进行风机叶片检测。与 传统检测方式相比，无人机具有悬停、低速飞行、操作简单、维修方 便、性价比高等特点，因此在风电机组叶片检测中应用可大大提高工 作效率。

在研发基于无人机的风机叶片自动化巡检过程，由于无人机离风 机叶片较近，一旦出现算法或逻辑错误，存在无人机撞向风机叶片的 重大风险。无人机在身及其带载设备成本接近10w元人民币，撞到叶 片无人机势必将坠毁。造成叶片损坏的，同样将带来巨大的经济损失。 另外在研发无人机自动巡检风机叶片的过程中风机将不能发电，且研 发周期较长，将影响发电量。在算法开发中，在真实环境下无法观测 无人机状态，与算法中的数据变化，不利于算法的开发。

固本风机叶片自动巡检仿真系统的发明专利，具有安全性高，不 影响发电量，算法开发效率高的优势。

发明内容