CN104899936B - 一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统，通过图像识别技术可利用数码图像对光伏方阵影像进行矫正，识别光伏方阵及其中的光伏组件，并通过无源RFID标签方式进行定位及编号并建立数据库，可对光伏电站中每一块光伏电池组件进行管理。本发明中利用图像识别技术可识别机械损伤、栅线氧化腐蚀等典型的可视故障类型，系统提示光伏组件的位置及可能的故障类型判断，同时利用红外图像识别技术在巡检中对运行中的光伏组件进行采样，并比对数据库检测历史运行数据的变化，当识别到红外图像数据具备裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障等典型故障特征或阈值超限时，提示光伏组件位置及提示预警或故障判断。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站技术领域，尤其涉及的是一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统。
背景技术
随着光伏电站的大规模建设，投运的光伏电站数量剧增，光伏电站运维管理系统的作用是实现降低运维成本及保障发电量提升收益这两大核心目标。一个中等规模的30MW光伏电站，涉及到的光伏板、汇流箱、逆变器、箱变等设备数会多达十万以上，目前光伏电站的监控系统依靠传感器技术只能实现汇流箱、逆变器、箱变等设备电流、电压及温度等关键参数的运行状态监控。而光伏电站中数量最大的光伏电池组件的虽然可通过红外成像技术进行单体检测，但目前暂无有效的手段对其运行状态进行批量化的高效运维管理。
光伏电站的光伏组件故障不但无法预警，而且当光伏单元监测出功率下降等故障后，需要通过排除法检测才能确定故障的光伏组件个体，效率低，严重影响了光伏组件的设备投用率。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统，旨在解决现有技术中光伏电站的光伏组件故障不但无法预警，而且当光伏单元监测出功率下降等故障后，需要通过排除法检测才能确定故障的光伏组件个体，效率低，严重影响了光伏组件的设备投用率的缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述方法包括以下步骤：
A、采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签；
B、根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器；
C、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
D、监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤B中对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤B中对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤C具体包括：
C1、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则执行步骤C2，当否时则执行步骤C6；
C2、根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤C3，当否时则执行步骤C6；
C3、将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则执行步骤C4，当否时则执行步骤C5；
C4、向监控终端发出故障检修通知消息；
C5、箱监控终端发出故障预警通知消息；
C6、将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤C4还包括：根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
一种基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其中，包括：
采集读取模块，用于采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签；
定位及上传模块，用于根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器；
判断及发送模块，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
故障报警模块，用于监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其中，所述定位及上传模块中对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其中，所述定位及上传模块中对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其中，所述判断及发送模块具体包括：
第一判断单元，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则启动第二判断单元，当否时则启动存档单元；
第二判断单元，用于根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤C3，当否时则启动存档单元；
第三判断单元，用于将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则启动第一通知单元，当否时则启动第二通知单元；
第一通知单元，用于向监控终端发出故障检修通知消息；
第二通知单元，用于箱监控终端发出故障预警通知消息；
存档单元，用于将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其中，所述第一通知单元还用于根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
本发明所提供的一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统，通过图像识别技术可利用数码图像对光伏方阵影像进行矫正，识别光伏方阵及其中的光伏组件，并通过无源RFID标签方式进行定位及编号并建立数据库，可对光伏电站中每一块光伏电池组件进行管理。本发明中利用图像识别技术可识别机械损伤、栅线氧化腐蚀等典型的可视故障类型，系统提示光伏组件的位置及可能的故障类型判断，同时利用红外图像识别技术在巡检中对运行中的光伏组件进行采样，并比对数据库检测历史运行数据的变化，当识别到红外图像数据具备裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障等典型故障特征或阈值超限时，提示光伏组件位置及提示预警或故障判断。
附图说明
图1为本发明所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统较佳实施例的结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1是本发明所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法较佳实施例的流程图。如图1所示，其包括以下步骤：
步骤S100、采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签。
本发明的实施例中，采用粘贴式、无源、可写入、超高频RFID标签，存储容量512b～2kb，读取距离3～6米，标签中包含光伏方阵的位置、方阵中光伏组件排布形式、光伏组件功率及规格参数等信息，通过读写终端写入标签，标签安装在每个独立的光伏方阵的边框上，在巡检过程中图像采集终端采集图像的同时，自动读取光伏方阵标签的信息，并与采集的图像匹配。
步骤S200、根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器。
在步骤S200中，对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
步骤S300、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
步骤S400、监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警。
本发明的实施例中，所述光伏组件故障的识别步骤为：
1）首先需要对拍摄的光伏方阵的普通及红外图像进行梯形矫正，通过光伏组件的边框定位每一块光伏组件，完成与数据库的关联；
2）其次通过数码图像影像分析，比对数据库中光伏组件典型的可视故障类型，如机械损伤、栅线氧化腐蚀等，系统输出故障点的位置及可能的故障类型判断，引导运维人员现场确认；
3）红外影像数据的识别则在前面步骤的基础上，分析影像中每一块光伏组件表面温度数据，通过将红外影像数据与裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障等典型故障的影像及阈值数据的比对，系统输出故障点的位置及可能的故障类型；对于疑似存在问题的部位，系统输出故障预警，以便现场检修时确认。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤S300具体包括：
步骤S301、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则执行步骤S302，当否时则执行步骤S306；
步骤S302、根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤S303，当否时则执行步骤S306；
步骤S303、将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则执行步骤S304，当否时则执行步骤S305；
步骤S304、向监控终端发出故障检修通知消息；
步骤S305、箱监控终端发出故障预警通知消息；
步骤S306、将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其中，所述步骤C4还包括：根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
具体实施时，故障判断分三种情况：
一是红外影像阈值对比有偏离，但在系统允许范围内。表明轻微故障，对此进行标注，作为下一次巡检的重点对象。
二是红外影像阈值对比严重偏高。表明有隐裂、热斑等故障，根据偏离程度和备件库存情况建议更换相应故障电池板。
三是光学影像和红外影像、阈值对比都正常，但系统显示发电量不正常。建议进一步检查光伏组件的二极管故障等可能的情况。
可见，本发明通过图像识别技术实现了对光伏组件的故障报警，并同时判断故障类型，还根据故障类型提供对应的检修建议信息，方便了维修人员快速定位发生故障的光伏组件，并根据故障类型及检修建议信息进行维修。
基于上述方法，本发明还提供一种基于图像识别的光伏组件故障提示系统，如图2所示，其包括：
采集读取模块100，用于采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签；
定位及上传模块200，用于根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器；
判断及发送模块300，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
故障报警模块400，用于监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警。
进一步的，在所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统中，所述定位及上传模块200中对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
进一步的，在所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统中，所述定位及上传模块200中对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
进一步的，在所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统中，所述判断及发送模块300具体包括：
第一判断单元，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则启动第二判断单元，当否时则启动存档单元；
第二判断单元，用于根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤C3，当否时则启动存档单元；
第三判断单元，用于将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则启动第一通知单元，当否时则启动第二通知单元；
第一通知单元，用于向监控终端发出故障检修通知消息；
第二通知单元，用于箱监控终端发出故障预警通知消息；
存档单元，用于将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
进一步的，在所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统中，所述第一通知单元还用于根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
综上所述，本发明所提供的一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法及系统，通过图像识别技术可利用数码图像对光伏方阵影像进行矫正，识别光伏方阵及其中的光伏组件，并通过无源RFID标签方式进行定位及编号并建立数据库，可对光伏电站中每一块光伏电池组件进行管理。本发明中利用图像识别技术可识别机械损伤、栅线氧化腐蚀等典型的可视故障类型，系统提示光伏组件的位置及可能的故障类型判断，同时利用红外图像识别技术在巡检中对运行中的光伏组件进行采样，并比对数据库检测历史运行数据的变化，当识别到红外图像数据具备裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障等典型故障特征或阈值超限时，提示光伏组件位置及提示预警或故障判断。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签；
B、根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器；
C、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
D、监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警；
所述步骤B中对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
2.根据权利要求1所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其特征在于，所述步骤B中对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
3.根据权利要求1所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
C1、服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则执行步骤C2，当否时则执行步骤C6；
C2、根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤C3，当否时则执行步骤C6；
C3、将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则执行步骤C4，当否时则执行步骤C5；
C4、向监控终端发出故障检修通知消息；
C5、箱监控终端发出故障预警通知消息；
C6、将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
4.根据权利要求3所述基于图像识别的光伏组件故障提示方法，其特征在于，所述步骤C4还包括：根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
5.一种基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其特征在于，包括：
采集读取模块，用于采集光伏方阵中的红外及光学影像，并读取每一光伏方阵的RFID标签；
定位及上传模块，用于根据与RFID标签一一对应的光伏方阵的红外及光学影像获取光伏方阵中每一光伏组件在光伏方阵的分布位置信息，并上传至服务器；
判断及发送模块，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则将光伏组件故障通知消息及对应的分布位置信息发送至监控终端；
故障报警模块，用于监控终端接收所述故障通知消息及对应的分布位置信息，并进行故障报警；
所述定位及上传模块中对光伏方阵的红外及光学影像中的光学影像依次进行图像变化、集合矫正、局部增强、分割及裁切处理后可获取光伏方阵中每一光伏组件的分布位置信息。
6.根据权利要求5所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其特征在于，所述定位及上传模块中对光伏方阵的红外及光学影像中的红外影像依次进行图像校正、与同步采集的光学影像通过像素定位匹配识别光伏矩阵、滤波、图像增强处理后，获取每一光伏组件的运行温度。
7.根据权利要求5所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其特征在于，所述判断及发送模块具体包括：
第一判断单元，用于服务器判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域是否超出预先存储的标准红外影像高温区域的指定范围，当是时则启动第二判断单元，当否时则启动存档单元；
第二判断单元，用于根据光伏组件的红外及光学影像与已存储的历史红外及光学影像，判断光伏组件的红外及光学影像中裂纹、热斑、机械损伤及旁路二极管故障参数是否均超出指定范围，当是时则执行步骤C3，当否时则启动存档单元；
第三判断单元，用于将判断光伏组件的红外及光学影像中的红外影像高温区域对应平均温度与红外影像非高温区域对应平均温度的比值是否超出预设的温度比阈值，当是时则启动第一通知单元，当否时则启动第二通知单元；
第一通知单元，用于向监控终端发出故障检修通知消息；
第二通知单元，用于箱监控终端发出故障预警通知消息；
存档单元，用于将光伏组件的红外及光学影像存储至服务器。
8.根据权利要求7所述基于图像识别的光伏组件故障提示系统，其特征在于，所述第一通知单元还用于根据光伏组件的红外及光学影像、以及预先存储的光伏组件故障标准影像，获取光伏组件的故障类型及与故障类型相对应的检修建议信息，并发送至监控终端。
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