CN112666977A - 一种无人机在光伏电站组件故障检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种是无人机在光伏电站故障检测装置，包括无人机系统、光伏组件附加装置、地面控制中心和无人机自动充电装置。所述无人机系统上搭载有飞控模块、GPS定位系统、高分辨率CCD照相机、红外热成像相机、无线图像传输装置；所述光伏组件附加装置是在每一单元光伏组件上安装压差器，所述压差器连接光伏组件无线信号发射器；所述地面控制中心设有无线信号接收器、无线图像接收装置、路径规划系统、计算机图像处理系统和报警显示装置。本装置为设计无人机在光伏电站巡航检测或定点检测光伏组件的运行状态并拍照传输至地面控制中心，目的是检测到光伏组件上由于外部落叶覆盖、破损等可见故障和内部产生的热斑故障。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站故障检测领域，具体是一种无人机在光伏电站监控太阳能电池板，实时传输与判别故障的装置。
背景技术
近年来，分布式光伏的新增装机容量所占的比例不断增大，而分布式光伏电站的运维也面临日益严峻的挑战。光伏组件在运行中经常因灰尘覆盖、树木遮挡、组件损坏等原因导致组件发电效能降低，设备损坏频发，严重影响项目投资收益。采用人工巡检需要花费大量的时间和精力，标准不统一，效率低下，成本高，风险突出。随着无人机技术快速发展，应用无人机的巡航能力对光伏组件进行检测，将有广阔的发展前景。
在光伏电站的长期运行中，光伏组件难免有鸟禽排泄物、浮土、落叶等遮挡物，另外光伏电池板还有发黄、气泡、破裂故障，这些故障可以通过视觉观察发现；其他缺陷如电池损坏、蜗牛纹等内部故障则不容易通过视觉观察发现。但光伏组件故障时，组件中某些电池单片的电流以及电压发生了变化,光伏组件额定电压降低的同时，还导致局部电流与电压之积增大，致使组件的局部温度上升，这种现象叫热斑效应。热斑效应产生时因为局部温度明显高于组件整体温度，这类故障可以通过红外成像的方法检测到。
热斑故障是在目前的光伏电站中发生最多的故障，也是光伏发电中常见的问题，热斑故障对目前光伏电站来说有着严重的影响，减少了发电站的发电量的同时也降低了光伏组件的使用寿命，对电站的安全稳定运行埋下了隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种无人机在光伏电站监控太阳能电池板，实时传输与判别故障的装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，包括无人机系统(1)、光伏组件附加装置(2)、地面控制中心(3)和无人机自动充电装置(4)；所述无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)；所述光伏组件附加装置(2)是在每一单元光伏组件上安装压差器(10)，所述压差器(10)连接光伏组件无线信号发射器(11)；所述地面控制中心(3)设有无线信号接收器(12)、无线图像接收装置(13)、路径规划系统(14)、计算机图像处理系统(15)和报警显示装置(16)。所述无人机自动充电装置(4)根据无人机的续航能力及航行路径装设在光伏电站的适当位置；所述装置设置有巡航检测模式和定点检测模式。
所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置设置有巡航检测模式。无人机系统(1)在巡航检测模式中，在路径规划系统(14)设置路径指引下，飞控模块(5)调整无人机降到合适高度和角度，按照一定的巡航速度，由高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)对光伏电站内光伏组件进行拍照，得到一组光伏组件的表面和内部温度照片，由无线图像传输装置(9)将图像及所在GPS位置信息传回地面控制中心(3)完成数据传输任务。计算机图像处理系统(15)对接收到的图像进行预处理，进行图像识别，判断高清图像是否产生可见故障，判断电池板红外图像是否产生热斑，得出结论，实现对全部光伏组件进行故障检测。
进一步地，无人机在巡航检测模式中，路径规划系统(14)按照预置光伏电站电子地图规划巡航路径。无人机需避开光伏组件正上方，沿相邻两行光伏组件间隔地带飞行，规划路径要覆盖站内所有光伏组件。无人机从位置(X1Y1)开始飞至(X2Y2)完成对第一行光伏组件巡航检测并上传图像和位置信息，然后停止拍摄，转向飞至(X3Y3)开始对第二行光伏组件进行巡检至(X4Y4)。无人机停止拍摄后转向，从位置(X5Y5)到位置(X6Y6)对第三行光伏组件进行巡检。最后对(X7Y7)到(X8Y8)之间的光伏组件进行巡检，上传图像和位置信息。无人机系统(1)在预设路径巡检时，飞控模块(5)使无人机降低高度，与组件正面30m距离同时保持1m/s的速度飞行。站内光伏电池板与地面呈角度α，飞控模块(5)控制无人机搭载的高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)与地面呈角度90°-α，此时相机处于光伏组件正面呈90°垂直状态，可以拍摄组件清晰不形变的图像。在获得高清和红外图像的同时，GPS定位系统(6)将对应的地理坐标信息添加在图片上，一起通过无线图像传输装置(9)发送至地面控制中心(3)。
所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置。在光伏电站的每个单元光伏组件安装压差器(10)以及反映不正常状态的无线信号发射器(11)，光伏组件表面由于遮盖物阴影的存在导致局部温度上升，故障部分相当于电阻效应消耗有功功率，故障组件总体输出电压低于正常发电状态；光伏组件内部故障不能额定运行也会使输出电压降低。压差器(10)检测得光伏组件的电压与参考电压之差大于设定值时由无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发出信号等待无人机定点检测。
进一步地，所述压差器(10)测得光伏组件的电压与参考电压之差大于设定值时，由光伏组件无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发射不正常状态信号，无线信号接收器(12)接收到信号后，无人机进入定点检测模式。路径规划系统(14)控制无人机进入定点检测模式，无人机以最优路径飞至目标组件上空，飞控模块(5)调整无人机降低飞行高度并调整合适角度，同时高分辨率CCD照相机(7)和红外热成像相机(8)拍摄一组光伏组件的表面和内部温度照片，由无线图像传输装置(9)将图像及所在GPS位置信息传回地面控制中心(3)完成数据传输任务。计算机图像处理系统(15)对接收到的图像进行预处理，进行图像识别，判断高清图像是否产生可见故障，判断电池板红外图像是否产生热斑，得出结论，从而实现了无人机对不正常状态光伏组件的故障检测与判别。
进一步地，所述一一种无人机在光伏电站组件故障检测装置,地面控制中心(3)通过无线信号接收器(12)接收到光伏组件无线信号后，依照光伏组件编号，由路径规划系统设置最优路径，无人机按照最优路径，避开光伏组件正上方，飞至目标光伏组件处。无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)，飞控模块(5)控制无人机降低飞行高度，无人机与目标组件相对静止，直线距离为25m。无人机选取合适的拍摄角度，使照相机镜头的拍摄角度与光伏组件表面成90°垂直状态。拍摄完成后，无人机通过无线图像传输装置(9)将图像和位置信息传输至地面控制中心(3)，然后飞至原飞行高度并沿规划路径返航。计算机图像处理系统(15)对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生可见故障或热斑的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其位置信息。
进一步地，所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置,无人机系统(1)上搭载无线图像传输装置(9)和地面控制中心(3)设有无线图像接收装置(13)构成数据的实时传输装置，计算机图像处理系统对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生可见故障或热斑的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其位置信息。图像预处理过程可以具体为:进行图像去噪、图像增强、图像几何校正以及图像二值化处理操作。
所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置,无人机巡航检测路径设定及无人机自动充电装置的位置安排，无人机巡航时避免在光伏组件的正上空飞行且路径按照电站电子地图提前预设，确保无人机可以检测到所有组件且路径较短，无人机自动充电装置为还未完成任务的无人机提供自动充电条件且其安装位置能提供最大的服务半径。当无人机的续航电量降低到满电的20％时，无人机通过路径规划系统(14)寻找距离最近的充电装置，降落至地面进行自动充电。无人机充满电后返回原飞行高度进入巡航检测模式或者等待开启定点检测模式。
本装置有益效果：
本发明所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置,利用无人机的巡航能力对产生热斑现象的光伏组件进行检测，提高了工作效率，降低了光伏电站的运维成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作原理示意图。
图3为本发明的无人机与光伏电池板的位置图。
图4为本发明的巡航路径规划图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，包括无人机系统(1)、光伏组件附加装置(2)、地面控制中心(3)和无人机自动充电装置(4)；所述无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)；所述光伏组件附加装置(2)是在每一单元光伏组件上安装压差器(10)，所述压差器(10)连接光伏组件无线信号发射器(11)；所述地面控制中心(3)设有无线信号接收器(12)、无线图像接收装置(13)、路径规划系统(14)、计算机图像处理系统(15)和报警显示装置(16)。装置设置有巡航检测模式和定点检测模式。
所述无人机系统设置巡航检测模式，可以在光伏附加组件未报警时，对全站光伏组件进行巡航检测，发现尚不严重的外部可见故障与内部热斑故障。无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)在地面控制中心(3)的路径规划系统(14)指引下，对全站所有光伏组件进行故障巡航检测。路径规划系统(14)按照光伏电站电子地图设置路径，使无人机避开光伏组件正上方，沿相邻两行光伏组件间隔地带飞行。在预设路径进入故障检测模式后，飞控模块(5)调整无人机降到合适高度，由高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)对光伏电站内光伏组件进行拍照，得到一组光伏组件的高清外观照片和内部温度照片，由无线图像传输装置(9)将图像及所在GPS位置信息传回地面控制中心(3)完成数据传输任务。计算机图像处理软件(15)对接收到的图像进行预处理，进行图像识别，判断高清图像是否产生可见故障，判断电池板红外图像是否产生热斑，得出结论，实现对全部光伏组件进行故障检测。
无人机在巡航检测模式中，路径规划系统(14)按照预置光伏电站电子地图规划巡航路径。无人机需避开光伏组件正上方，沿相邻两行光伏组件间隔地带飞行，规划路径要覆盖站内所有光伏组件。无人机从位置(X1Y1)开始飞至(X2Y2)完成对第一行光伏组件巡航检测并上传图像和位置信息，然后停止拍摄，转向飞至(X3Y3)开始对第二行光伏组件进行巡检至(X4Y4)。无人机停止拍摄后转向，从位置(X5Y5)到位置(X6Y6)对第三行光伏组件进行巡检。最后对(X7Y7)到(X8Y8)之间的光伏组件进行巡检，上传图像和位置信息。无人机系统(1)在预设路径巡检时，飞控模块(5)使无人机降低高度，与组件正面30m距离同时保持1m/s的速度飞行。站内光伏电池板与地面呈角度α，飞控模块(5)控制无人机搭载的高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)与地面呈角度90°-α，此时相机处于光伏组件正面呈90°垂直状态，可以拍摄组件清晰不形变的图像。在获得高清和红外图像的同时，GPS定位系统(6)将对应的地理坐标信息添加在图片上，一起通过无线图像传输装置(9)发送至地面控制中心(3)。无人机系统(1)上搭载无线图像传输装置(9)和地面控制中心(3)设有无线图像接收装置(13)构成数据的实时传输装置，计算机图像处理系统(15)对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生故障的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其故障类型和位置信息。图像预处理过程可以具体为:进行图像去噪、图像增强、图像几何校正以及图像二值化处理操作。
无人机故障检测系统设置定点检测模式，在光伏电站的每个单元光伏组件安装压差器(10)以及反映不正常状态的无线信号发射器(11)，光伏组件表面由于遮盖物阴影的存在导致局部温度上升，故障部分相当于电阻效应消耗有功功率，故障组件总体输出电压低于正常发电状态；组件内部故障时不在额定发电状态，输出电压也会低于额定电压。压差器(10)检测得光伏组件的电压与参考电压之差大于设定值时由无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发出信号等待定点检测。
地面控制中心(3)通过无线信号接收器(12)接收到光伏组件无线信号后，依照光伏组件编号，由路径规划系统设置最优路径，无人机按照最优路径，避开光伏组件正上方，飞至目标光伏组件处。无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)，飞控模块(5)控制无人机降低飞行高度，无人机与目标组件相对静止，直线距离为25m。无人机选取合适的拍摄角度，使照相机镜头的拍摄角度与光伏组件表面成90°垂直状态。拍摄完成后，无人机通过无线图像传输装置(9)将图像和位置信息传输至地面控制中心(3)，然后飞至原飞行高度并沿规划路径返航。计算机图像处理系统(15)对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生可见故障或热斑的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其位置信息。
无人机巡航检测路径设定及无人机自动充电装置的位置安排，无人机巡航时避免在光伏组件的正上空飞行且路径按照电站电子地图提前预设，确保无人机可以检测到所有组件且路径较短，无人机自动充电装置为还未完成任务的无人机提供自动充电条件且其安装位置能提供最大的服务半径。当无人机的续航电量降低到满电的20％时，无人机通过路径规划系统(14)寻找距离最近的充电装置，降落至地面进行自动充电。无人机充满电后返回原飞行高度进入巡航检测模式或者等待开启定点检测模式。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:它的检测步骤如下:
(1)、无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)在路径规划系统(14)下按照设定路径飞行，对全站光伏组件进行拍照并附加GPS位置信息，无线图像传输装置(9)传输图像至地面控制中心(3)；
(2)、光伏电站的每个单元光伏组件安装压差器(10)以及无线信号发射器(11)，光伏组件总体输出电压下降时，压差器(10)检测到电压低于设定值时由无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发射信号，等待无人机定点检测故障；
(3)、地面控制中心(3)接收到无线信号，由无人机控制系统(14)设定路径指挥无人机到目标处，无人机降低飞行高度并调整拍摄角度，由高分辨率CCD照相机(7)对红外信号发射器所对应的光伏面板并进行拍照并发送给无线图像传输装置(9)，完成拍照任务的无人机返回原高度。图片传输到地面控制中心(3)的无线图像接收装置(13)，光伏组件的位置信息传输给计算机，计算机图像处理系统对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生故障的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其位置信息与故障类型。
(4)、自动充电装置(4)设置在适当位置，为还未完成任务的无人机提供自动充电条件。
Claims (7)
1.一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于装置包括无人机系统(1)、光伏组件附加装置(2)、地面控制中心(3)和无人机自动充电装置(4)；所述无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)；所述光伏组件附加装置(2)是在每一单元光伏组件上安装压差器(10)，所述压差器(10)连接光伏组件无线信号发射器(11)；所述地面控制中心(3)设有无线信号接收器(12)、无线图像接收装置(13)、路径规划系统(14)、计算机图像处理系统(15)和报警显示装置(16)。
2.根据权利要求1所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于装置设置巡航检测模式和定点检测模式；在巡航检测模式中，无人机系统(1)由路径规划系统(14)规划路径指引下，飞控模块(5)调整无人机降到合适高度和角度，按照设定的巡航速度，由高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)对光伏电站内光伏组件进行拍照，得到一组光伏组件的表面和内部温度照片，由无线图像传输装置(9)将图像及对应GPS位置信息传回地面控制中心(3)完成数据传输任务。
3.根据权利要求2所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于定点检测模式中，在光伏电站的每个单元光伏组件安装压差器(10)并连接无线信号发射器(11)，光伏组件发生故障以后输出电压减小，压差器(10)检测得光伏组件的输出电压与参考电压之差大于设定值时由无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发出信号等待检测。
4.根据权利要求3所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于，地面控制中心(3)接收到光伏组件的无线信号，路径规划系统(14)引导无人机抵达目标组件，飞控模块(5)调整合适高度和相机角度，高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)拍摄组件高清和红外图像，并标注对应组件GPS位置信息。
5.根据权利要求4所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于，无人机系统(1)上搭载无线图像传输装置(9)和地面控制中心(3)设有无线图像接收装置(13)构成数据的实时传输装置，计算机图像处理系统对接收到的图片进行预处理和识别，判断高清图像是否产生可见故障，判断电池板红外图像是否产生热斑，得出结论，将确定为产生故障的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其故障类型和位置信息。
6.根据权利要求5所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于，大型光伏电站的无人机巡航路径设定及无人机自动充电装置(4)的位置安排，无人机巡航时避免在光伏组件的正上空飞行且路径按照光伏电站电子地图规划，确保无人机可以检测到所有组件且路径合理，无人机自动充电装置为还未完成任务的无人机提供自动充电条件且其安装位置能提供最大的服务半径。
7.权利要求1-6所述一种无人机在光伏电站组件故障检测装置，其特征在于该装置的技术方案为：
(1)、无人机系统(1)上搭载有飞控模块(5)、GPS定位系统(6)、高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)、无线图像传输装置(9)在路径规划系统控制下，按照设定路径飞行，对光伏电站内所有光伏组件进行拍照，将GPS定位系统(6)的位置信息标注在图像上，图片传输到地面控制中心(3)的无线图像接收装置(13)；
(2)、光伏电站的每个单元光伏组件安装压差器(10)以及无线信号发射器(11)，光伏组件输出电压下降时，压差器(10)检测到电压低于设定值时由无线信号发射器(11)向地面控制中心(3)发出信号，等待无人机飞至对应光伏组件定点拍照；
(3)、到达目的地点的无人机在飞控模块(5)控制下降低飞行高度调整相机角度，由高分辨率CCD照相机(7)、红外热成像相机(8)对所对应的光伏面板并进行拍照并发送给无线图像传输装置(9)，完成拍照任务的无人机飞至原高度并返航。图片传输到地面控制中心(3)的无线图像接收装置(13)，光伏组件的位置信息传输给计算机，计算机图像处理系统对接收到的图片进行预处理和识别，将确定为产生故障的光伏组件由报警显示装置(16)发出报警并显示其故障类型和位置信息；
(4)、自动充电装置(4)为电量不足百分之二十的无人机提供自动充电条件，充电装置位置满足无人机在低电量条件下从站内任何位置均可安全抵达。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ma Zhen Inventor after: Hu Pengtao Inventor after: Li Xinyi Inventor after: Zhu Yongqiang Inventor after: Xia Ruihua Inventor before: Ma Zhen Inventor before: Hu Pengtao Inventor before: Li Xinyi Inventor before: Zhu Yongqiang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |