数字电网作为承载新型电力系统的最佳形态，而无人机智能巡检是数字电网建设中重要组成部分。无人机已广泛应用于国土测绘、海洋巡查、气象探测、应急救援、环保监测、森林防火、警用巡逻、电力巡检等多个领域。在电力巡检领域中，主要应用于光伏板、风机、输/配电线路、变电站等巡检作业中。南网公司发布的《2021-2023年配电无人机自主巡检推进工作方案》，明确了无人机巡检将成为今后重点发展方向。目前，电力巡检主要采用飞手操作无人机巡检的工作方式，无法满足智能巡检发展需求。因此，探索将无线充电技术应用于无人机全自主补电，推动电力系统巡检技术向智能化发展具有重要意义。
1. 无人机充电技术存在的问题
为实现无人机自主补电，大疆、飞流智能、普宙科技、中科云图、复亚等企业相继开发了可为无人机充电的机巢，上述机巢均采用接触式充电方式。南方地区高温高湿气候特点将导致户外机巢充电触头快速氧化，引起接触不良、接触点发热等问题，造成无法可靠充电。同时，采用接触式充电，需要机巢具备高精度归中机构，造成机构设计成本增加、系统运行可靠性降低。
目前，国内外众多高校、企业均已开展无人机无线充电技术研究，并研制出相关样机，但距离工程应用依然存在较大距离。主要存在以下问题：机载端线圈采用平面化设计方案，影响无人机云台及传感器运行；机载模块充电功率小，无法满足无人机快充需求；机载端功率密度小，造成机载端重量过大，降低无人机续航时间等。
图1 无线充电无人机示意图
为推动无线充电无人机应用，需要制定无人机无线充电相关标准，促使无线充电模块通用化。产品标准化是制约无线电能传输技术在不同应用场景下相关产品大范围推广的关键因素，目前已形成 Qi 标准、PMA 标准和 A4WP标准三大技术标准。国外从小功率电子设备到大功率交通运输均出台了相关标准，而我国针对不同应用场景的标准制定则比较缓慢，为使我国基于无线电能传输技术的相关产品在产业化进程中摆脱国外的制约，必须加快无人机无线充电技术标准的制定。
2. 无人机智能巡检技术存在的问题
无线充电技术为无人机可靠充电提供了技术解决方案，但无人机工程化应用仍需要解决众多问题。例如，目前电网巡检中主要采用消费级无人机，该类型无人机在充电散热方案设计、飞控逻辑、通信链路等方面均未针对行业需求进行开发，现场应用中存在诸多问题。同时，机巢设备研制依然处于起步阶段，各项功能性能未开展相关技术验证，直接现场部署易出现设备可靠性差，维护困难等问题。
3. 无线充电无人机应用探索
南方电网无线传能联合实验针对现有无人机接触式充电环境适应性差、设备互操作性差和无线通信不稳定等问题开展技术攻关，通过采用磁耦合螺旋管无线充电技术，避免了无人机充电接口氧化问题，并根据电网巡检需求重新开发无人机互操作接口、通信模块、飞控系统，综合解决了无人机充电接口互操作性差、无法远距离通信控制、飞控逻辑判断不适用电网场景等技术问题。在广西电网南宁仙葫基地建成了国内首个配电线路无线充电无人机自主巡检示范工程，无人机机载端无线充电功率密度达到1.1W/g，充电最优效率达到91%。研究成果标志着广西电网公司在无线充电技术研发和应用领域再次实现国内引领，大幅提高巡检效率和巡检安全性，推动智能巡检技术发展。
图3 无线充电无人机及机巢
图4 无人机自主巡检示意
图5 广西壮族自治区科技厅领导及专家现场参观
4. 结论与展望
无人机无线充电技术具有户外恶劣环境高可靠稳定充电的技术优势，推动电网智能巡检装备供电方式的技术变革，推动无人机装备智能化升级换代，必将全面支撑新型电力系统建设。
