CN107026612B - 一种太阳能电站自动巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电站自动巡检系统，包括无人机飞行器、雷达监测系统、巡检控制器和后台上机系统，所述无人机飞行器上设有平台，所述平台上设置红外热成像系统，所述巡检控制器通过无线通讯与无人机飞行器的通讯模块连接，所述雷达监测系统和后台上机位系统均与巡检控制器连接，所述雷达监测系统由至少三个FMCW雷达组成，所述FMCW雷达分布于太阳能电站内，所述巡检控制器和后台上机系统置于电站监控室内；所述平台为调节式平台，所述调节式平台与无人机飞行器的通讯模块连接；本发明自动化程序高、稳定性好、对太阳能电池板温度实现有效监测、提高了巡检效率、提高了光伏发电性能指标，具有良好的市场应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电站检测领域，尤其涉及一种太阳能电站巡检系统。
背景技术
“金太阳示范工程”是国家2009年开始实施的支持国内促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业的一项政策。
自我国2009年实施“金太阳示范工程”以来，太阳能发电产业快速发展，截止2015年底我国光伏发电累计装机容量4318万千瓦，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。2016年全国新增光伏电站建设目标为18.1GW。
中小型地面光伏电站每兆瓦装机占地面积为3.36万平方米（大约相当于4.7个足球场面积），大型地面光伏电站每兆瓦装机占地面积为3.19万平方米。
据有关研究表明，光伏电池板质量问题大约占据光伏电站整个故障的50%。第三方检测认证机构北京鉴衡认证中心通过对400多个电站的测试发现，光伏组件主要存在热斑，本身工艺隐裂或破损，直流电弧等质量问题。
一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。在这些电池组件上产生了局部温升，引起组件自燃。
2015年5月苹果公司一直引以为傲的位于亚利桑那Mesa的工厂屋顶光伏电站突然起火，现场浓烟四起，光伏组件被烧毁。
由于太阳能光伏电站占地面积大，靠传统的人工巡检方式发现光伏组件的热斑已经不能满足光伏电站发展需要，近年来依靠无人机作为监控平台的技术相继应用于太阳能电站，但其无人机大多都是依靠GPS或北斗导航进行自身定位从而进行巡检，因为室外地形问题，并不能进行比较精确的自身定位，很有可能会导致无人机与室外障碍物发生碰撞导致无人机毁坏。而且通过GPS或北斗导航进行自身定位的无人机在自动巡检过程中，因为地形问题，不能够一直保证无人机与太阳能电池板处于一个合适的距离，从而影响图像的录取和观察。
现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
为了解决现在技术存在的缺陷，本发明提供了一种太阳能电站自动巡检系统，实现在太阳能电站中对组件的温度情况的监控，从而提高巡检效率，提高光伏发电的性能指标。
本发明提供的技术文案，一种太阳能电站自动巡检系统，包括无人机飞行器、雷达监测系统、巡检控制器和后台上机系统，所述无人机飞行器上设有平台，所述平台上设置红外热成像系统，所述巡检控制器通过无线通讯与无人机飞行器的通讯模块连接，所述雷达监测系统和后台上机位系统均与巡检控制器连接，所述雷达监测系统由至少三个FMCW雷达组成，所述FMCW雷达分布于太阳能电站内，所述巡检控制器和后台上机系统置于电站监控室内；所述平台为调节式平台，所述调节式平台与无人机飞行器的通讯模块连接；所述红外热成像系统用于收集太阳能电池板热成像图像；所述巡检控制器用于分析热成像图像确定每块太阳能电池板的平均温度和局部温度进而判断太阳能电池板的工作状态；所述雷达监测系统用于获取无人机飞行器的三维空间定位；所述后台上机系统作为人机交互界面实现对太阳能电站自动巡检系统的参数设定和显示；太阳能电站内设置无人机停机位，所述无人机停机位上设置无线充电发送模块，所述无人机飞行器上设置无线充电接收模块。
优选地，所述巡检控制器包括DSP处理器、FPGA芯片和无线单元，所述DSP处理器、GPGA芯片和无线单元顺序连接，所述DSP处理器与后台上机系统连接，所述FPGA芯片与雷达监测系统相连，所述无线单元通过无线通讯与无人机飞行器的通讯模块连接。
优选地，所述后台上机系统包括微控制器、输入模块、输出模块、网口、USB接口和RS485串口，所述输入模块、输出模块、网口、USB接口、RS485串口均与微控制器连接，所述微控制器与太阳能电池板连接，由太阳能电池板供电，所述网口与电站控制中心连接，所述USB接口连接储存设备，所述RS485串口与所述DSP处理器连接。
优选地，所述输入模块包括控制面板和输入端口，所述控制面板通过输入端口与微控制器连接，所述控制面板上设置按键模块，所述输出模块为显示屏，所述显示屏与微控制器连接。
优选地，所述调节式平台包括驱动电机、转轴和固定架，所述驱动电机的输出轴连接转轴，所述固定架上设置套筒，所述套筒内壁上设置凹槽，所述转轴上设置与套筒内壁凹槽相匹配的突条，所述套筒上设置狭缝，所述狭缝的边缘上设置固定耳片，所述固定耳片上设置通孔，所述通孔内设置紧固件，所述紧固件用于将固定架固定于转轴上，所述固定架上固定红外热成像系统。
优选地，所述驱动电机内设置编码器，所述编码器与无人机飞行器的通讯模块连接；所述无人机飞行器内设置数传模块，所述数传模块与无人机飞行器的通讯模块连接。
优选地，所述红外热成像系统包括红外热像仪和图像传输模块，所述红外热像仪与图像传输模块连接，所述图像传输模块与所述无线单元连接。
优选地，所述巡检控制器和后台上机系统固定于同一箱体内，控制面板和显示屏嵌于箱体正面，所述显示屏设置于控制面板上方，所述网口、USB接口和RS485串口均设置于箱体背面。
相对于现有技术的有益效果，本发明通过无人机飞行器上装设调节式平台，始终保证红外热像仪的镜头方向在巡检过程中始终垂直于太阳能电池板；通过雷达监测系统，解决了现有技术中通过GPS或北斗导航定位过程中固定地形不能够一直保证无人机与太阳能电池板处于一个合适距离，从而影响图像的录取和观察的问题；通过后台上机系统实现了人机的交互，同时与电站控制中心实现了连接，更好的管理太阳能电站；设置无人机停机位，通过雷达监测系统辅助，实现定点停机，通过无线充电发送模块和无线充电接收模块，实现对无人机的无线充电，节省人工，同时保证无人机飞行器正常工作；本发明自动化程序高、稳定性好、对太阳能电池板温度实现有效监测、提高了巡检效率、提高了光伏发电性能指标，具有良好的市场应用价值。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明连接结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，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，而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。
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1和图2所示，一种太阳能电站自动巡检系统，包括无人机飞行器1、雷达监测系统4、巡检控制器和后台上机系统，所述无人机飞行器1上设有平台，所述平台上设置红外热成像系统3，所述巡检控制器通过无线通讯与无人机飞行器1的通讯模块连接，所述雷达监测系统4和后台上机位系统均与巡检控制器连接，所述雷达监测系统4由至少三个FMCW雷达组成，所述FMCW雷达分布于太阳能电站内，所述巡检控制器和后台上机系统置于电站监控室内；所述平台为调节式平台2，所述调节式平台2与无人机飞行器1的通讯模块连接；所述红外热成像系统3用于收集太阳能电池板5热成像图像；所述巡检控制器用于分析热成像图像确定每块太阳能电池板5的平均温度和局部温度进而判断太阳能电池板5的工作状态；所述雷达监测系统4用于获取无人机飞行器1的三维空间定位；所述后台上机系统作为人机交互界面实现对太阳能电站自动巡检系统的参数设定和显示；太阳能电站内设置无人机停机位，所述无人机停机位上设置无线充电发送模块，所述无人机飞行器1上设置无线充电接收模块。
进一步地，所述无人机停机位上的无线充电发送模块与太阳能电池板5连接，由太阳能电池板5供电，优选地，所述无线充电接收模块上设置电源管理单元，所述电源管理单元与无人机性器的通讯模块连接，所述电源管理单元用于监测无人机飞行器1的电量，避免无人机因失电造成无法工作；优选地，所述电源管理单元监测到无人机飞行器1的电量剩余10%时，启动无人机飞行器1的自动返航功能，返回无人机停机位处进行无线充电。
优选地，所述巡检控制器包括DSP处理器、FPGA芯片和无线单元，所述DSP处理器、GPGA芯片和无线单元顺序连接，所述DSP处理器与后台上机系统连接，所述FPGA芯片与雷达监测系统4相连，所述无线单元通过无线通讯与无人机飞行器1的通讯模块连接。
优选地，所述后台上机系统包括微控制器、输入模块、输出模块、网口、USB接口和RS485串口，所述输入模块、输出模块、网口、USB接口、RS485串口均与微控制器连接，所述微控制器与太阳能电池板5连接，由太阳能电池板5供电，所述网口与电站控制中心连接，所述USB接口连接储存设备，所述RS485串口与所述DSP处理器连接。
优选地，所述输入模块包括控制面板和输入端口，所述控制面板通过输入端口与微控制器连接，所述控制面板上设置按键模块，所述输出模块为显示屏，所述显示屏与微控制器连接。
优选地，所述调节式平台2包括驱动电机、转轴和固定架，所述驱动电机的输出轴连接转轴，所述固定架上设置套筒，所述套筒内壁上设置凹槽，所述转轴上设置与套筒内壁凹槽相匹配的突条，所述套筒上设置狭缝，所述狭缝的边缘上设置固定耳片，所述固定耳片上设置通孔，所述通孔内设置紧固件，所述紧固件用于将固定架固定于转轴上，所述固定架上固定红外热成像系统3。
优选地，所述驱动电机内设置编码器，所述编码器与无人机飞行器1的通讯模块连接；所述无人机飞行器1内设置数传模块，所述数传模块与无人机飞行器1的通讯模块连接。
进一步地，所述数传模块的型号为CUAV 3DR。
优选地，所述红外热成像系统3包括红外热像仪和图像传输模块，所述红外热像仪与图像传输模块连接，所述图像传输模块与所述无线单元连接。
进一步地，所述图传模块的型号为TS835。
优选地，所述巡检控制器和后台上机系统固定于同一箱体6内，控制面板和显示屏嵌于箱体6正面，所述显示屏设置于控制面板上方，所述网口、USB接口和RS485串口均设置于箱体6背面。
本发明的工作原理：后台上机系统中，操作员输入模块设置自动巡检系统的参数并通过输出模块进行显示，与微控制器连接的RS485串口将操作员输入的参数传输到巡检控制器的DSP处理器上，DSP处理器处理后将数据传输至FPGA芯片，同时FPGA芯片接收雷达监测系统4中三个FMCW雷达测定的无人机飞行器1的三维坐标，FPGA芯片处理后，得出无人机飞行器1的巡航路线，经无线单元与无人机飞行器1的通讯模块连接，无人机飞行器1按巡航路线进行飞行；同时参数中包含调节式平台2的调节信号，通讯模块通过巡检控制器得到调节式平台2的调节信号后，通过与之连接的编码器控制驱动电机转动相应的角度，实现固定架的转动，进而实现红外热像仪的镜头方向垂直于太阳能电池板5；飞行过程中数传模块用于监测无人机飞行速度、加速度及旋翼电机的转速，数传模块将以上信息传输到无线单元；调节式平台2 上的红外热成像系统3，即其中的红外热像仪收集太阳能电池板5的图像，通过与之连接的图像传输模块将太阳能电池板5的图像传输到无线单元；无线单元将信息通过FPGA芯片、DSP处理及RS185串口传输到微控制器，并通过输出模块进行显示，同时将信息存储于储存设备内和通过网口发送到电站控制中心。
无人机飞行器1通过巡检控制器的控制对调节式平台2进行调控，通过调节式平台2的调节调整红外热成像系统3的录入角度，无人机飞行器1通过与巡检控制器的数据和信号交互，进行图像录入，巡检控制器通过分析热成像图像确实每一块太阳能电池板5的平均温度和局部温度以判断太阳能电池板5的工作状态。在无人机飞行器1运行过程中，雷达监测系统4在水平方向上进行机械扫描确实方位角，在垂直方向上进行电扫描确定高低角，从面获得目标的距离，方向和高度信息，实现三维空间定位，并将其结果发送到巡检控制器，巡检控制器将采集到的雷达测距数据进行分析确定无人机飞行器1相对于太阳能电站的相对位置，而后巡检控制器根据后台上机系统的参数设置和控制信号，对无人机性器进行数据传输，从而使无人机飞行器1按照一定的路线结太阳能电站进行自动巡检，实现高效率巡检，节省人力运维成本。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，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，而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 (6)
1.一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，包括无人机飞行器、雷达监测系统、巡检控制器和后台上机系统，所述无人机飞行器上设有平台，所述平台上设置红外热成像系统，所述巡检控制器通过无线通讯与无人机飞行器的通讯模块连接，所述雷达监测系统和后台上机位系统均与巡检控制器连接，所述雷达监测系统由至少三个FMCW雷达组成，所述FMCW雷达分布于太阳能电站内，所述巡检控制器和后台上机系统置于电站监控室内；所述平台为调节式平台，所述调节式平台与无人机飞行器的通讯模块连接；所述红外热成像系统用于收集太阳能电池板热成像图像；所述巡检控制器用于分析热成像图像确定每块太阳能电池板的平均温度和局部温度进而判断太阳能电池板的工作状态；所述雷达监测系统用于获取无人机飞行器的三维空间定位；所述后台上机系统作为人机交互界面实现对太阳能电站自动巡检系统的参数设定和显示；太阳能电站内设置无人机停机位，所述无人机停机位上设置无线充电发送模块，所述无人机飞行器上设置无线充电接收模块：
所述巡检控制器包括DSP处理器、FPGA芯片和无线单元，所述DSP处理器、GPGA芯片和无线单元顺序连接，所述DSP处理器与后台上机系统连接，所述FPGA芯片与雷达监测系统相连，所述无线单元通过无线通讯与无人机飞行器的通讯模块连接；
所述调节式平台包括驱动电机、转轴和固定架，所述驱动电机的输出轴连接转轴，所述固定架上设置套筒，所述套筒的内壁上设置凹槽，所述转轴上设置与套筒的内壁凹槽相匹配的突条，所述套筒上设置狭缝，所述狭缝的边缘上设置固定耳片，所述固定耳片上设置通孔，所述通孔内设置紧固件，所述紧固件用于将固定架固定于转轴上，所述固定架上固定红外热成像系统。
2.根据权利要求1所述一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，所述后台上机系统包括微控制器、输入模块、输出模块、网口、USB接口和RS485串口，所述输入模块、输出模块、网口、USB接口、RS485串口均与微控制器连接，所述微控制器与太阳能电池板连接，由太阳能电池板供电，所述网口与电站控制中心连接，所述USB接口连接储存设备，所述RS485串口与所述DSP处理器连接。
3.根据权利要求2所述一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，所述输入模块包括控制面板和输入端口，所述控制面板通过输入端口与微控制器连接，所述控制面板上设置按键模块，所述输出模块为显示屏，所述显示屏与微控制器连接。
4.根据权利要求1所述一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，所述驱动电机内设置编码器，所述编码器与无人机飞行器的通讯模块连接；所述无人机飞行器内设置数传模块，所述数传模块与无人机飞行器的通讯模块连接。
5.根据权利要求1所述一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，所述红外热成像系统包括红外热像仪和图像传输模块，所述红外热像仪与图像传输模块连接，所述图像传输模块与所述无线单元连接。
6.根据权利要求3所述一种太阳能电站自动巡检系统，其特征在于，所述巡检控制器和后台上机系统固定于同一箱体内，控制面板和显示屏嵌于箱体正面，所述显示屏设置于控制面板上方，所述网口、USB接口和RS485串口均设置于箱体背面。
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