本發(fā)明屬于電氣自動化領(lǐng)域，具體涉及一種用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電能已經(jīng)成為了人們生產(chǎn)和生活中必不可少的二次能源，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了無盡的便利。因此，保障電能的穩(wěn)定可靠供應(yīng)，就成為了電力系統(tǒng)最重要的任務(wù)之一。

2、電力系統(tǒng)巡檢，是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的前提。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)巡檢，需要電力系統(tǒng)工作人員進行人工巡檢，費時費力，而且可靠性和安全性均較差。隨著無人機技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)已經(jīng)開始大規(guī)模采用無人機來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的巡檢。

3、但是，在電力系統(tǒng)的無人機巡檢過程中，無人機的電池能量，一直是不可忽視的問題。此外，由于天氣、環(huán)境、通信等其他原因，無人機的電池能量管理，一直也是研究人員的研究重點之一。目前，用于電力系統(tǒng)巡檢的無人機的能量管理方案，往往都是采用較為簡單的能量模型進行能量管理；這類方案雖然簡單，但是其可靠性和精確性都不高，進而嚴重影響了無人機的巡檢工作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種可靠性高且精確性好的用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種實現(xiàn)所述用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法的系統(tǒng)。

3、本發(fā)明提供的這種用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、s1.獲取目標電力系統(tǒng)巡檢無人機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息；

5、s2.基于步驟s1獲取的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型；

6、s3.基于步驟s2構(gòu)建的巡檢模型，以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型；

7、s4.基于博弈論迭代算法，對步驟s3構(gòu)建的模型進行求解，完成用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化。

8、步驟s2所述的構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型，具體包括如下步驟：

9、構(gòu)建的目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型包括機巢服務(wù)器、無人機和若干個傳感器；其中，無人機為配備有nu根天線的源發(fā)射無人機，用于發(fā)送信息給機巢服務(wù)器和傳感器；機巢服務(wù)器用于接收源發(fā)射無人機下發(fā)的數(shù)據(jù)信息；傳感器用于接收無人機發(fā)送的能量采集信號；機巢服務(wù)器、無人機和傳感器之間，基于bs的通信方式進行通信。

10、步驟s3所述的以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型，具體包括如下步驟：

11、發(fā)送信號向量x表示為x＝ws，其中w為波束成形向量，s為保密信號且為保密信號轉(zhuǎn)置；

12、機巢服務(wù)器的接收信號表示為yn＝hnx+nn，其中yn為機巢服務(wù)器的接收信號，hn為表示無人機與機巢之間的信道向量，nn為合法用戶處的加性高斯白噪聲且cn()為復(fù)高斯分布，σn為噪聲功率；

13、傳感器接收的能量信號表示為yi＝hix+ni，其中yi為傳感器接收的能量信號；hi為表示無人機與傳感器之間的信道向量且al為los鏈路的路徑損耗因子，an為非los鏈路的路徑損耗因子，di為無人機到傳感器之間的距離，αl為los鏈路的路徑損耗指數(shù)，αn為非los鏈路的路徑損耗指數(shù)，ki為無人機和傳感器之間信道的萊斯因子，hi,l表示los組成，hi,n表示非los組成；ni為傳感器處的噪聲向量且σi為噪聲功率；

14、傳感器得到的能量表示為其中ei為傳感器得到的能量，為能量吸收系數(shù)，為信道向量估計值，δhi為信道向量誤差值；

15、采用如下算式作為無人機的目標函數(shù)：

16、

17、s.t.tr(qw)≤pu

18、rn≥rth

19、qw≥0

20、rank(qw)＝1

21、式中qw為w的協(xié)方差矩陣；rn為無人機和機巢之前的信息傳輸速率；tr(qw)為無人機發(fā)射功率；pu為無人機最大發(fā)射功率；rth為無人機和機巢之間的最小數(shù)據(jù)傳輸速率；

22、采用如下算式作為傳感器的目標函數(shù)：

23、

24、s.t.tr(qw)≤p

25、ei≥eth

26、式中p為無人機發(fā)送最大功率；ei為傳感器接收能量；eth為傳感器最低能量接收需求。

27、步驟s4所述的基于博弈論迭代算法，對步驟s3構(gòu)建的模型進行求解，具體包括如下步驟：

28、采用dinkelbach方法處理分式規(guī)劃問題，然后采用半定規(guī)劃方法，將步驟s3構(gòu)建的無人機的目標函數(shù)，轉(zhuǎn)換為如下形式的凸問題：

29、

30、s.t.tr(qw)≤pu

31、rn≥rth

32、qw≥0

33、rank(qw)＝1

34、式中μ*為最大能耗效率；

35、當且僅當時，μ*取最優(yōu)值；其中，為最優(yōu)無人機發(fā)射波束；

36、求解時，首先求解無人機的目標函數(shù)，求解最后無人機發(fā)送波束；然后將得到的最優(yōu)無人機發(fā)送波束結(jié)果代入傳感器的目標函數(shù)中；求解傳感器目標函數(shù)最優(yōu)解；最終，當無人機發(fā)送波束不再改變時，迭代結(jié)束，此時得到最終的無人機發(fā)送波束，完成用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化。

37、本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)所述用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊、巡檢模型構(gòu)建模塊、優(yōu)化模型構(gòu)建模塊和能量消耗優(yōu)化模塊；系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊、巡檢模型構(gòu)建模塊、優(yōu)化模型構(gòu)建模塊和能量消耗優(yōu)化模塊依次串接；系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取目標電力系統(tǒng)巡檢無人機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息上傳巡檢模型構(gòu)建模塊；巡檢模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于獲取的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型，并將數(shù)據(jù)信息上傳優(yōu)化模型構(gòu)建模塊；優(yōu)化模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于構(gòu)建的巡檢模型，以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型，并將數(shù)據(jù)信息上傳能量消耗優(yōu)化模塊；能量消耗優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于博弈論迭代算法，對構(gòu)建的模型進行求解，完成用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化。

38、本發(fā)明提供的這種用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法及系統(tǒng)，通過對目標巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行獲取，并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建對應(yīng)的能量消耗優(yōu)化模型并求解，最終不僅實現(xiàn)了用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化，而且本發(fā)明的可靠性更高，精確性更好。

技術(shù)特征：

1.一種用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，其特征在于步驟s2所述的構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型，具體包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，其特征在于步驟s3所述的以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型，具體包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，其特征在于步驟s4所述的基于博弈論迭代算法，對步驟s3構(gòu)建的模型進行求解，具體包括如下步驟：

5.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1～4之一所述的用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法的系統(tǒng)，其特征在于包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊、巡檢模型構(gòu)建模塊、優(yōu)化模型構(gòu)建模塊和能量消耗優(yōu)化模塊；系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊、巡檢模型構(gòu)建模塊、優(yōu)化模型構(gòu)建模塊和能量消耗優(yōu)化模塊依次串接；系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取目標電力系統(tǒng)巡檢無人機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息上傳巡檢模型構(gòu)建模塊；巡檢模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于獲取的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型，并將數(shù)據(jù)信息上傳優(yōu)化模型構(gòu)建模塊；優(yōu)化模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于構(gòu)建的巡檢模型，以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型，并將數(shù)據(jù)信息上傳能量消耗優(yōu)化模塊；能量消耗優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，基于博弈論迭代算法，對構(gòu)建的模型進行求解，完成用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法，包括獲取目標電力系統(tǒng)巡檢無人機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息；構(gòu)建目標電力系統(tǒng)無人機巡檢模型；以無人機能耗效率最大化、傳感器獲得的能量最大化為目標，構(gòu)建無人機的能量消耗優(yōu)化模型；對構(gòu)建的模型進行求解，完成用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)所述用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化方法的系統(tǒng)。本發(fā)明通過對目標巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行獲取，并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建對應(yīng)的能量消耗優(yōu)化模型并求解，最終不僅實現(xiàn)了用于電力系統(tǒng)巡檢無人機的能量消耗優(yōu)化，而且本發(fā)明的可靠性更高，精確性更好。

技術(shù)研發(fā)人員：文陽,張宇翔,劉晗,王康,覃勇杰,劉亮,李嘉雯,李浩志,胡維,田歆,馮曉文
受保護的技術(shù)使用者：國網(wǎng)湖南省電力有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6