CN112326039B - 一种光伏电站巡检辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏电站巡检辅助系统。该系统包括：热红外成像仪、光学相机和远方控制端，所述热红外成像仪和所述光学相机均位于无人机的降落机架中间位置，所述热红外成像仪和所述光学相机分别用于拍摄所述电站光伏板的红外图像和光学图像，所述远方控制端用于根据所述红外图像和所述光学图像实现对异常污渍、积尘、裂纹、热斑的检测，所述远方控制端还用于根据所述红外图像计算电站光伏板温度，并与光伏发电量预报系统所预测的光伏板温度值进行对比，差异较大时将基于所述红外图像获得的光伏板温度值读入发电量预报系统，以此为初始值重新运行光伏发电量预测算法。本发明能够确定光伏板真实温度。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站巡检领域，特别是涉及一种光伏电站巡检辅助系统。
背景技术
光伏电站运营过程中，需要定期对光伏板的运行情况进行监测。常规人工巡检存在诸多人员安全隐患，同时对于大规模光伏电站其效率也较低。为此，目前出现了基于无人机平台的智能巡检诊断系统。如：SolarFly速福来无人机智能巡检诊断系统，基于可搭载热红外成像相机和可见光成像相机的无人机，采集光伏组件发电运行数据信息，针对光伏电站幅员辽阔，地形起伏等特点，利用图像处理技术和光伏组件故障检测技术，自主研发国际最新的图像处理算法，结合摄影测量技术，实现自动探测组件灰尘、污垢、裂痕、遮挡、发热等异常情况，通报异常详情及精确位置信息，是光伏电站高效的、智能化的、组件级巡检诊断工具(见图1)。类似的装置还有优飞科技的Ugrid无人机电力智能巡视系统。
在已有系统中，它们只是对电站运行故障进行监测，而无法对光伏电站发电量的预报精度提供助益。众所周知，沙漠化地区是建造大型光伏电站的优势区域，当前国内外已有大量已并网大型荒漠光伏电站。荒漠地区空中气溶胶颗粒浓度相对较高，大量沉积在光伏板表面，严重影响其发电性能，甚至会导致光伏板产生热斑而导致光伏板损坏，从而造成严重经济损失。同时，积尘量与电站地形、光伏板布局以及风速等气象因素有关。起伏的地形将导致局部区域的积尘相对更为严重，若能及时发现、精准定位严重积尘区域，实现及时除尘，将极大地节约电站运行维护成本，并保证电站高效发电。除此以外，温度也是影响光伏板发电性能的重要因素，当前主要是基于气象环境条件来预测光伏模块的温度。实际上，最新的研究表明：积尘对入射辐射有着聚光作用，从而导致光伏模块温度显著升高。因此，单纯借助气象因素来预测光伏模块的温度，对于积尘现象严重的荒漠化地区而言，其精度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏电站巡检辅助系统，能够确定光伏板真实温度，并与光伏发电量预报系统进行交互通信来校准光伏板温度预测值，从而显著提升光伏板发电量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光伏电站巡检辅助系统，包括：热红外成像仪、光学相机和远方控制端，所述热红外成像仪和所述光学相机均位于无人机的降落机架中间位置，所述热红外成像仪和所述光学相机分别用于拍摄所述电站光伏板的红外图像和光学图像，所述远方控制端用于根据所述红外图像和所述光学图像实现对异常污渍、积尘、裂纹和热斑的检测，所述远方控制端还用于根据所述红外图像计算电站光伏板温度，并与光伏发电量预报系统所预测的光伏板温度值进行对比，差异较大时将基于所述红外图像获得的光伏板温度值读入发电量预报系统，以此为初始值重新运行光伏发电量预测算法。
可选地，所述降落支架之间设有安装板，所述安装板上设置有安装框架，所述热红外成像仪和所述光学相机均位于所述安装框架上。
可选地，还包括激光测距仪，所述激光测距仪位于所述安装框架上，所述激光测距仪用于在所述无人机定时起飞巡检时，保证所述无人机与电站光伏板保持预设的距离。
可选地，所述安装框架通过所述螺丝设置在所述安装板上，所述热红外成像仪固定在安装框架的中心位置。
可选地，还包括调节仪，所述调节仪用于调节所述安装框架和所述安装板的角度信息，所述调节仪位于所述安装框架和所述安装板之间。
可选地，还包括无线传输模块，所述热红外成像仪和所述光学相机通过所述无线传输模块与所述远方控制端连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
与已有系统相比，本发明既可以自动探测组件灰尘、污垢、裂痕、遮挡、发热等异常情况，又可以对光伏电站发电量预报系统的光伏板积尘量、光伏模块真实温度信息进行校准，从而显著提升其预报精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术无人机智能巡检诊断系统功能图；
图2为无人机系统装置俯视图；
图3为本发明光伏电站巡检辅助系统正视图；
图4为本发明光伏电站巡检辅助系统侧视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种光伏电站巡检辅助系统，能够确定光伏板真实温度，并与光伏发电量预报系统进行交互通信来校准光伏板温度预测值，从而显著提升光伏板发电量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图2为无人机系统装置俯视图。无人机为通用装置，本发明只涉及制作专用的仪器安装架，由图2可知，无人机包括机架1、电机/螺旋桨2和主控器3。通过主控器3控制电机转动，从而无人机正常工作。
图3为本发明光伏电站巡检辅助系统正视图。图4为本发明光伏电站巡检辅助系统侧视图。如图3和图4所示，一种光伏电站巡检辅助系统包括：热红外成像仪4、光学相机5和远方控制端(图中未标注)，所述热红外成像仪4和所述光学相机5均位于无人机的降落支架6中间位置，所述热红外成像仪4和所述光学相机5分别用于拍摄所述电站光伏板的红外图像和光学图像，所述远方控制端用于根据所述红外图像和所述光学图像实现对异常污渍、积尘、裂纹和热斑的检测，所述远方控制端还用于根据所述红外图像计算电站光伏板温度，并与光伏发电量预报系统所预测的光伏板温度值进行对比，差异较大时将基于所述红外图像获得的光伏板温度值读入发电量预报系统，以此为初始值重新运行光伏发电量预测算法。
所述降落支架6之间设有安装板7，所述安装板7上设置有安装框架8，所述热红外成像仪4和所述光学相机5均位于所述安装框架8上。
所述光伏电站巡检辅助系统还包括激光测距仪(图中未标注)，所述激光测距仪位于所述安装框架8上，所述激光测距仪用于在所述无人机定时起飞巡检时，保证所述无人机与电站光伏板保持预设的距离。
所述安装框架8通过所述螺丝11设置在所述安装板7上，所述热红外成像仪固定在安装框架8的中心位置。防止其工作期间倾斜，避免拍摄热成像图像倾斜，无法精确定位热斑位置。
所述光伏电站巡检辅助系统还包括调节仪9，所述调节仪9用于调节所述安装框架8和所述安装板7的角度信息，所述调节仪9位于所述安装框架8和所述安装板7之间。连接轴套10穿在调节仪的轴上，并将连接轴套摆放在轴的中间位置，通过两颗螺丝11拧紧在安装框架8上，将整体固定。
所述光伏电站巡检辅助系统还包括无线传输模块，所述热红外成像仪4和所述光学相机5通过所述无线传输模块与所述远方控制端连接。
采用本发明光伏电站巡检辅助系统的工作流程如下：
1.无人机定时起飞巡检，通过激光测距仪使其与光伏板保持近似相同的距离；通过热红外成像仪4记录电站光伏模块的温度，通过光学相机5拍摄光学图片。热红外成像仪4和光学相机5采集的图片通过无线传输模块发送至远方控制端。
2.远方控制端将接收的红外图像和光学图像传输至服务器，运行图像检测处理算法(已申报软著，属于已有算法)，通过红外图像的异常亮斑结合光学图像可以实现对异常污渍、积尘、裂纹、热斑的检测；同时利用红外成像仪图片计算光伏板温度(可预先对仪器标定，不同仪器、不同环境温度时标定曲线不同)，并与光伏发电量预报系统所预测的光伏板温度值进行对比，差异较大时将基于红外图像获得的光伏板温度值读入发电量预报系统，以此为初始值重新运行光伏发电量预测算法。
3.无人机监测系统配套有手机app的远方控制端，可以及时查看相关图像。
图像处理工作过程有两种方法，分别是图像快速处理和图像精细处理。
图像快速处理：
红外热成像图像具体的生成过程：
(1)光学成像。通过系统的光学系统捕捉到物体的红外辐射光谱信息，生成单纯的光学图像，传输给内部器件。
(2)光电处理。光学成像反映到内部红外探测器的各个光敏元上，探测器将红外光谱信息转换成电信号，并通过电路将信号放大，最后通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，送入内部的微机生成图像。
(3)图像处理。由于目标物体的红外辐射十分微弱，生成的图像缺少层次感和立体感，因此要通过图像增强、滤波、校正等手段来处理图像，可以迅速便捷地检测整个温度面，并识别高低温度点，从而可以进行温度的定性与定量分析，如有温度异常则预示将有故障发生。
(4)图像输出。把处理过的信号送入D/A转换器，生成标准的视频信号，然后通过输出设备显示出红外热成像图像。
图像精细处理：
为了获得效果更加优秀的处理图像，通过PC端的Matlab对采集到的图像进行精细处理。
整个检测过程分为四个部分：
第一部分是获取图像，通过热红外成像仪采集光伏板的原始图像；
第二部分是图像预处理部分，主要是经过图像灰度化、增强、二值化和滤波五个方面对原始图像处理，更有利于后续的边缘检测；
第三部分是形态学处理算法，通过使用形态学梯度检测算法对预处理后的图像进行处理，其中腐蚀与膨胀是算法处理的核心，处理之后的图像可以精确的反映热斑情况；
第四部分是基于GUI的精确检测，将图像预处理和形态学算法进行封装，搭建一个用于显示检测效果的GUI界面，并且在GUI界面上可以显示出光伏板的热成像图像，可以更加直观的反映光伏板表面热斑分布情况。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，包括：热红外成像仪、光学相机和远方控制端，所述热红外成像仪和所述光学相机均位于无人机的降落支架中间位置，所述热红外成像仪和所述光学相机分别用于拍摄所述光伏电站的光伏板的红外图像和光学图像，所述远方控制端用于根据所述红外图像和所述光学图像实现对异常污渍、积尘、裂纹和热斑的检测，所述检测的过程包括基于GUI的精确检测，将图像预处理和形态学算法进行封装，搭建用于显示检测效果的GUI界面，并且在GUI界面上显示出光伏板的热成像图像，直观地反映光伏板表面热斑分布情况；所述远方控制端还用于根据所述红外图像计算电站光伏板温度，并与光伏发电量预报系统所预测的光伏板温度值进行对比，差异较大时将基于所述红外图像获得的光伏板温度值读入发电量预报系统，以此为初始值重新运行光伏发电量预测算法。
2.根据权利要求1所述的光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，所述降落支架之间设有安装板，所述安装板上设置有安装框架，所述热红外成像仪和所述光学相机均位于所述安装框架上。
3.根据权利要求2所述的光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，还包括激光测距仪，所述激光测距仪位于所述安装框架上，所述激光测距仪用于在所述无人机定时起飞巡检时，保证所述无人机与电站光伏板保持预设的距离。
4.根据权利要求2所述的光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，所述安装框架通过螺丝设置在所述安装板上，所述热红外成像仪固定在安装框架的中心位置。
5.根据权利要求2所述的光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，还包括调节仪，所述调节仪用于调节所述安装框架和所述安装板的角度信息，所述调节仪位于所述安装框架和所述安装板之间。
6.根据权利要求1所述的光伏电站巡检辅助系统，其特征在于，还包括无线传输模块，所述无线传输模块分别与所述热红外成像仪和所述光学相机连接。
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