CN103296753A - 用于光伏电站的监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光伏电站的监测系统，包括有：巡视轨道，位于所述光伏电站内；巡视小车，架设于巡视轨道上，该巡视小车上带有储能电池、用于采集图像信息的图像采集单元、及用于控制巡视小车和图像采集单元的测控单元；充电桩，用于为储能电池充电，且与巡视小车分体布置；监控处理单元，与测控单元间通过无线输送信息，并用于远程监测控制所述巡视小车、及分析和处理图像采集单元所采集的实时图像信息。本发明能保证图像采集单元对光伏电站的巡视全面到位，自动提示或指导工作人员进行有针对性的维护或检修；且工作人员不受时间限制地在监控管理中心内对采集的信息进行监测，大大降低了工作强度和成本，并提高了工作效率和安全性。
Description
用于光伏电站的监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种监控设备，尤其是一种用于光伏电站的监测系统。
背景技术
[0002] 根据国家电力发展“十二五规划”，我国将要全面建设智能电网，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目标，并为可再生能源的大量接入和应用提供发展平台。
[0003] 太阳能作为最重要的可再生能源，其有着巨大的开发潜力，特别是在国家政策的大力支持下，中国的光伏电站建设规模和速度正在大大提高，近几年会出现井喷发展的趋势。
[0004] 由于太阳能特殊的地域性和时效性，从而决定了现有光伏电站具有很高的维护管理难度，如光伏组件往往数量较多、分布面积广，且多建于沙漠、戈壁、山上及屋顶等环境。目前，针对光伏电站还没有一种自动巡视、检测光伏组件或配套设施的方案，现有方式主要由两种:第一种是依靠人工轮班的方式，定期进行间隔性的巡查；第二种是定点视频监控。但是，由于技术与管理跟不上，仅靠人工的巡查与清洗，在成本和效率方面已无法满足实际需要，而定点视频监控根本无法实现大面积、高精度的监视。因此，现有光伏电站的检测始终存在维护不及时，检查不到位，问题不能及时发现的问题，从而导致光伏发电效率低下、成本虚高、停电故障频现，进而影响到新能源分布式发电的发展。
发明内容
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种设计科学合理，有利于降低监测成本，并提高监测效果的用于光伏电站的监测系统。
[0006] 本发明技术方案是:一种用于光伏电站的监测系统，包括有:
[0007] 巡视轨道，位于所述光伏电站内；
[0008] 巡视小车，架设于所述巡视轨道上，该巡视小车上带有储能电池、用于采集图像信息的图像采集单元、及用于控制巡视小车和图像采集单元的测控单元；
[0009] 充电桩，用于为所述巡视小车上的储能电池充电，且与巡视小车分体布置；
[0010] 监控处理单元，与测控单元间通过无线输送信息，并用于远程监测控制所述巡视小车、及分析和处理图像采集单元所采集的实时图像信息。
[0011] 本发明中，光伏电站多建于沙漠、戈壁、山上及屋顶，而一个光伏电站是由成千上万片光伏组件组成，该处光伏组件指的是用于接收太阳能的光伏板及与光伏板相对应的电路等，此类光伏组件对于现有技术来说是常规组成部分。巡视轨道根据光伏组件和配电设施、及用户的监控要求进行布置，巡视小车受测控单元控制并受监控处理单元远程控制，而其运行轨迹为巡视轨道的分布，由此保证对各光伏组件及配电设施的巡视不发生遗漏，而巡视小车载着图像采集单元对巡视途中的各光伏组件及配电设施进行摄录或者拍照，以获得实时图像信息；同时，将所获得的实时图像信息发送给监控处理单元进行图像识别和对比处理，而监控处理单元将处理后的结果通过操显面板显示或打印输出，如有异常事件将通过事件驱动模块产生报警指示，这样，值班人员就可以对光伏组件及配电设施的工作状态进行监测判断，便于及时维护检修。由于经监控处理单元处理后的结果可以储存并重放，打破了值班人员监测现场的时间限制，大大提高了光伏电站维护管理的灵活性与工作效率。由于光伏电站的范围很大，而为了能在监控中心对巡视小车和图像采集单元进行远程测控，故测控单元和监控处理单元间通过无线传输形式进行信息交换。其中，测控单元为一块测控电路板，而在该测控电路板上储存有用于检测环境和巡视小车各种状态信息、控制巡视小车各功能单元运行的相应程序。
[0012] 由于巡视小车和图像采集单元是需要电能进行维持工作的，为了保证巡视小车和图像采集单元能长时间在户外工作，减少工作人员的维护时间，故在本监测系统中设计了为巡视小车补充电能的充电桩，监测系统中所述充电桩包括:支架，位于所述巡视轨道处；充电电源，位于所述支架上，与市电连接，并用于储能电池的充电。该充电电源将市电变换成直流脉冲充电电源，从而可为接入的储能电池快速充电。为了充分利用太阳能、打破对市电的依赖和电源布线及安装位置的限制，该充电桩还设计了太阳能充电模式，具体结构包括:支架，位于巡视轨道处；太阳能板，固定于支架上；充电电源，用于储存太阳能板所收集的电能；其中充电电源上设有与储能电池输入接口相匹配的输出接口。支架位于巡视轨道旁边或巡视轨道下方，通过太阳能板采集太阳能并储备，以便实现电能的自给自足，可自动为储能电池补充电能。而为了保证太阳能板能在光照最充足的地方获得太阳光，所以充电桩是固定于光照最好的位置，需要充电时，巡视小车受测控单元控制，载着储能电池移动至充电桩处，充电桩上有一个凸块，当巡视小车进入充电桩上方时，凸块触碰巡视小车上的感应开关，巡视小车立即刹车，进入充电状态，并与充电桩上充电电源实现电连接。
[0013] 为了保证充电桩能在巡视小车到位后开始工作，则充电桩上还带有用于感应巡视小车位置的感应开关，所述测控单元根据感应开关所感应的位置信息以判断巡视小车是否进入充电位置，并控制储能电池上输入接口的通断。其中，感应开关在此的用处其实是为了感应储能电池的位置，但是，由于储能电池是安装于巡视小车内部，所以感应开关只有间接感应巡视小车的位置，以此判断储能电池输入接口的位置，而且只要预先设定好充电电源输出接口的位置，通过判断巡视小车的位置即可实现储能电池输入接口和充电电源输出接口的相互对接。
[0014] 为了提高自动化程度，降低工作人员的劳动强度，所述监控处理单元带有:标准图像数据库，储存有光伏电站正常工作时的比对图像信息，本监控系统安装调试完成后，投入运行时，由巡视小车沿巡视轨道进行标准图像采集，即将该光伏电站的正常工作状态进行录制并经图像识别处理，存入数据库，形成标准图像数据库，在巡视轨道上安装有区段编码，便于图像数据检索；图像比对处理模块，用于将所述实时图像信息与标准图像数据信息进行比对，由于实时图像也是按区段编码进行排列，与标准图像数据库比对处理时，可根据需要设置差异率(相似度)，当差异率超过设定值时，记录区段码和帧数；事件驱动模块，根据图像比对处理模块的处理结果产生相应的差异报告和报警信息并驱动相应的执行元件如报警器和模拟信号屏等；操显面板，用于重放图像、实时监控操作或显示所有参数信息。为了方便监控人员的工作，可以独立设置一监控中心，而监控处理单元就全部集中安装于该监控中心内。工作时，通过标准图像数据库内的标准图像信息，对实时图像信息进行比对，如果实时图像信息中光伏板上盖有树叶树枝等杂物或出现被砸坏、掉落等情况，则图像比对处理模块通过比对就会发现，而事件驱动模块就会产生相应的报警信息并提示处理信息及区段编码、地理位置指导维护管理。其中实时图像数据信息还可储存或重放，这样值班人员可以不受时间限制地进行图像浏览，方便电站的维护管理。
[0015] 有时人工监测会存在意想不到的疏忽，所以监测系统还包括受控于事件驱动模块的嗡鸣器和警示灯，从而提高报警效果，使得监控人员能及时发现非正常状况。
[0016]为了进一步提高实时图像信息采集时的准确性和全面性，所述图像采集单元为高清摄录机，该高清摄录机通过云台安装在巡视小车上。
[0017] 巡视轨道是巡视小车的运动轨道，是根据光伏电站需要监视的设施分布情况而布置的，巡视轨道为闭环结构或开环结构。其中闭环结构为封闭环形结构，而开环结构是不封闭的轨道。巡视轨道上安装有区段编码，供巡视小车识别区域位置和行进方向。
[0018] 监测系统中的巡视小车上还带有光强传感器、温度传感器、湿度传感器、及用于监测储能电池的电压传感器和电流传感器，测控单元采集各种传感器信号，用于监测小车的环境和状态，达到自动控制与保护的目的，所有感应信息同时由测控单元通过无线通讯向监控处理单元传送。通过各传感器感应光伏电站环境是否符合工作条件，提高光伏电站的安全监测效果。如根据环境及实际工作条件可设定在晚上、雨天或温度太高或太低时巡视小车不工作，而是停在充电桩上充电或停在起点(终点)的车棚内休整。充电时还可根据环境条件选择快速和慢速充电，具体实现原理是由巡视小车的测控单元发出一组代表快速或慢速充电的开关量信号，经充电对接接口旁边的滑轴端子传递给充电桩实现。当电压传感器所获得的储能电池输出电压降低到一定程度时，就可以判定储能电池电量不足了，此时测控单元就会控制巡视小车去充电桩处进行充电操作，完全自动完成，进一步降低人工的监测强度。当电池电流超过额定范围，判断为小车电机堵转或有阻力过大的故障，测控单元会及时保护并将故障信息传送到监控处理单元，提示检修。巡视小车还能读取巡视轨道的区段编码，以便知道自己所处的位置和运动的方向。
[0019] 本发明的有益效果是:通过巡视小车载着图像采集单元对沿途的光伏电站设备设施如光伏组件和配电设备等进行数据采集，然后将所采集的数据信息传递给监控处理单元进行自动处理，自动提示或指导工作人员进行有针对性的维护或检修；或由工作人员不受时间限制地在监控管理中心内对采集的信息进行监测，从而避免了工作人员必须于白天到光伏电站现场内巡视的方式，同时，还通过充电桩自动为巡视小车和图像采集单元的工作提供能源，进一步降低了工作强度和成本，并提高了工作效率和安全性。
附图说明
[0020] 图1为本发明实施例的结构示意图，不包括操显面板和监控处理单元。
[0021] 图2为本发明实施例巡视小车的结构示意图。
[0022] 图3为本发明实施例充电桩的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 光伏电站多建于沙漠、戈壁、山上及屋顶，而一个光伏电站是由成千上万片光伏组件组成，该处光伏组件指的是用于接收太阳能的光伏板及与光伏板相对应的电路等设施。[0024] 下面结合附图对本发明作进一步描述:
[0025] 如图1、2、3所示，本实施例包括沿各光伏组件及配电设施所在位置，或者客户的监控要求进行布置的巡视轨道1，该巡视轨道I竖直固定，即巡视轨道I所在平面竖直设置，首尾可连接形成封闭轨道也可首尾不连形成开环结构；在巡视轨道I上架设有一巡视小车2 ;该巡视小车2上还固设有一云台21，云台21上架设有高清摄录机22，该高清摄录机22随巡视小车2运动，并将沿途关于光伏组件及配电设施的工作状况录入下来，并转化为电子数据形式的实时图像信息；在巡视小车2上还载有测控单元23，该测控单元23根据预定程序对巡视小车2和高清摄录机22的工作状态进行控制，并通过无线传输方式将相关信息传递给监控处理中心。而该监控处理中心为值班人员的办公地点，在监控处理中心内安装有监控处理单元，该监控处理单元则对高清摄录机22所录入的实时图像信息进行分析和处理。其中，高清摄录机22还可以用单纯拍摄图片的相机等拍照设备替换，且拍照设备也落入本发明的保护范围内。
[0026] 巡视轨道I由于是竖直布置，则巡视轨道I主要由两道平行固定的上轨11和下轨12组成。巡视小车2带有车架24，车架24上设有一架设于上轨11上的驱动轮241，及一贴靠下轨12周壁上的靠轮242，驱动轮241上设有绕轮轴设置的轮槽，轮槽与上轨11的宽度相适配，当驱动轮241架设于上轨11上时，轮槽能提高架设的稳定性。巡视小车2内部安装有靠电驱动的电动机25和测控单元23，该电动机25的输出轴经过齿轮箱与驱动轮241联动。测控单元23主要用于监控巡视小车2和云台21、高清摄录机22的工作。在巡视小车2的顶部还设有无线通讯单元28，该无线通讯单元28通过无线模块来接收和发送相应的数据信息，该无线通讯单元28用于向监控处理单元传递数据信息，或者接收自监控处理单元发来的信息。无线通讯单元28所采用的技术为常规技术，所以在此不做进一步描述，且无线通讯单元28还可以被理解为测控单元23的一个组成部分。其中，在巡视小车2内还安装有为电动机25、测控单元23、云台21、高清摄录机22及其它用电元件提供电能的储能电池26。
[0027] 由于巡视小车2是长期在户外工作，储能电池26终归会将能耗用完，为了避免人工频繁充电，所以还在户外设置若干充电桩3，当测控单元23检测到储能电池26电压低时则控制巡视小车2运动至充电桩3处，并通过充电桩3为储能电池26进行自动充电。该充电桩3包括固定于巡视轨道I旁边的支架31，在支架31上安装有充电电源32，充电电源32的输入接口用于与市电连接，充电电源32的输出接口为充电接口 321，该充电接口 321与储能电池26输入接口 261相匹配，并用于为储能电池26进行充电。由于市电供能稳定且充足，所以市电是充电桩3能源来源的首选，同时，为了节约成本，免去架设市电电缆的麻烦，及方便充电桩3安装位置选择，还可以直接采用所监控的光伏电站内输送出的电能。支架31距离巡视轨道I位置适当，且储能电池26的输入接口 261延伸出巡视小车2，当巡视小车2行驶至合适位置时，储能电池26的输入接口 261与充电接口 321将会实现对接，而测控单元23将控制储能电池26上用于充电的输入接口 261导通，进而实现对储能电池26的充电操作。其中，测控单元23为了获知巡视小车2是否到位，则在巡视小车2的底部设置一个位置开关，也即:微动开关27，该微动开关27用于感应储能电池26上的输入端和充电接口 321是否到位。同时在支架31上方设置一凸块33 (内有行程开关)，当巡视小车2运动到充电位置时，微动开关27与凸块33将相互触发，微动开关27通过测控单元23控制巡视小车2停车，根据事先测定好的位置和距离，则储能电池26的输入接口将会与充电接口321相对接，同时测控单元23控制储能电池26的输入接口 261导通，而凸块33内行程开关将控制充电接口 321通断，由此实现充电功能。
[0028] 为了进一步提高监测效果，特别是对环境的光照和温湿度进行实时监控，所以在巡视小车2上安置光传感器、温度传感器和湿度传感器，而测控单元23可根据光传感器、温度传感器和湿度传感器所采集的感应信号做出相应运算与处理。充电桩3具有两种充电方式:快速充电和慢速充电，一般情况如白天，因巡视小车2要完成巡视任务，充电时间要短，所以需要快速充电。在晚上或天气不好的情况下，巡视小车2在充电桩3上有较长时间休整，采用慢速充电。正是因为有了光感、温度和湿度等传感器，测控单元23可以辨识天气和昼夜，充电时通过一组开关量信号让充电器选择不同的充电方式。而这组开关量信号，是经过充电接口旁边的滑轴端子传递的。为了能自动判断储能电池26是否需要充电，并通过测控单元23执行充电过程，所以在巡视小车2上还设有用于检测储能电池26电压信息的电压传感器，该电压传感器将监测所得的电压信号传输给测控单元，当储能电池26输出电压降低到一定程度时，就可以判定储能电池26电量不足了，此时测控单元23就会控制巡视小车2去充电桩3处进行充电操作，完全自动完成，进一步降低人工的监测强度。同时，巡视小车2上还设有用于检测储能电池26电流信息的电流传感器，故当储能电池26电流超过额定范围，则判断为电动机25堵转或有阻力过大的故障，测控单元23会及时保护并将故障信息传送到监控处理单元，并提示检修。
[0029] 本实施例中，监控处理中心往往距离光伏电站较远，所以一切都是通过无线通讯单元28实现测控单元23与监控处理单元的通信。随着自动化和智能化要求的提高，为了保证更高的智能化监控，所以该监控处理单元还带有标准图像数据库、图像比对处理模块、事件驱动模块以及操显面板等，该标准图像数据库内储存有光伏组件正常工作时的标准图像数据信息，本监控系统安装调试完成后，投入运行时，由巡视小车2沿巡视轨道I进行标准图像采集，即将该光伏电站的正常工作状态进行录制并经图像识别处理，存入数据库，形成标准图像信息数据库，在巡视轨道I上安装有区段编码，便于图像数据检索；图像比对处理模块，用于将实时图像信息与标准图像数据库内信息进行比对，由于实时图像也是按区段编码进行排列，与标准图像数据库比对处理时，可根据需要设置差异率(相似度)，当差异率超过设定值时，记录区段码和帧数；事件驱动模块，根据图像比对处理模块的处理结果产生相应的差异报告和报警信息并驱动相应的执行元件如报警器和模拟信号屏等；操显面板，用于重放图像、实时监控操作或显示所有参数信息。为了方便监控人员的工作，可以独立设置一监控中心，而监控处理单元就全部集中安装于该监控中心内。工作时，通过标准图像数据库内的标准图像信息，对实时图像信息进行比对，如果实时图像信息中光伏板上盖有树叶树枝等杂物或出现被砸坏、掉落等情况，则图像比对处理模块通过比对就会发现，而事件驱动模块就会产生相应的报警信息并提示处理信息及区段编码、地理位置指导维护管理。其中实时图像数据信息还可储存或重放，这样值班人员可以不受时间限制地进行图像浏览，方便电站的维护管理。
[0030] 本发明中，巡视小车2载着高清摄录机22对沿途的光伏电站设备设施如光伏组件和配电设备等进行图像数据采集，从而能保证对各光伏组件及配电设施的巡视不遗漏且到位，而巡视小车2载着高清摄录机22对巡视途中的设备设施进行摄录或者拍照形成实时图像信息，同时将所获得的实时图像信息发送给监控处理单元进行自动处理，而监控处理单元将处理后的结果发送给操显面板显示出来，由此便于监测人员对设备设施的工作状态进行监测，一旦发现有设备设施出现问题，就能及时地派出人员进行修理。且由于监控处理单元具有存储功能，则工作人员不受时间限制地在监控管理中心内对采集的信息进行监测，从而避免了工作人员必须于白天到光伏电站现场内巡视的方式，同时，还通过充电桩3自动为巡视小车2充电，进一步降低了工作强度和成本，并提高了工作效率和安全性。
Claims (8)
1.一种用于光伏电站的监测系统，其特征在于，包括: 巡视轨道，位于所述光伏电站内； 巡视小车，架设于所述巡视轨道上，该巡视小车上带有储能电池、用于采集图像信息的图像采集单元、及用于控制巡视小车和图像采集单元的测控单元； 充电桩，用于为所述巡视小车上的储能电池充电，且与巡视小车分体布置； 监控处理单元，与测控单元间通过无线输送信息，并用于远程监测控制所述巡视小车、及分析和处理图像采集单元所采集的实时图像信息。
2.根据权利要求1所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述充电桩包括: 支架，位于所述巡视轨道处； 充电电源，位于所述支架上，与市电连接，并用于储能电池的充电。
3.根据权利要求2所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述的充电桩上还带有用于感应巡视小车位置的感应开关，所述测控单元根据感应开关所感应的位置信息以判断巡视小车是否进入充电位置，并控制储能电池上输入接口的通断。
4.根据权利要求1所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述的监控处理单元带有: 标准图像数据库，储存有光伏电站正常工作时的比对图像信息； 图像比对处理模块，用于将所述实时图像信息与比对图像信息进行比对； 事件驱动模块，根据图像比对处理模块的比对结果或小车环境状态信息作出报警驱动或发出小车控制指令； 操显面板，用于人机交互操作及信息显示。
5.根据权利要求4所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:还包括受控于事件驱动模块的嗡鸣器和警示灯。
6.根据权利要求1所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述的图像采集单元为高清摄录机，该高清摄录机通过云台安装在巡视小车上。
7.根据权利要求1所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述的巡视轨道为闭环结构或开环结构。
8.根据权利要求1所述的用于光伏电站的监测系统，其特征在于:所述的巡视小车上还带有光强传感器、温度传感器、湿度传感器、及用于监测储能电池的电压传感器和电流传感器，测控单元采集各种传感器信号，用于监测小车的环境和状态，所有传感器信号同时由测控单元通过无线通讯向监控处理单元传送。
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