CN114614768B - 一种光伏电池板热斑故障监测报警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电池板热斑故障监测报警系统及方法，涉及光伏电池板故障监测技术领域，所述系统包括：监测光纤、光学装置和监测报警装置，所述监测光纤布置在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点，所述光学装置用于发射拉曼光和布里渊光至所述监测光纤，并将所述监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号。所述监测报警装置用于根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，并根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障。本发明监测报警结果可靠性高，且无需人工进入光伏电池板现场进行操作，提高监控报警效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池板故障监测技术领域，特别涉及一种光伏电池板热斑故障监测报警系统。
背景技术
随着国家“双碳”能源战略目标的提出，基于风力，太阳能等一大批新能源所设计的发电装置得以大力发展并投入使用。目前，光伏发电已广泛应用于电力系统，其运行安全性问题日益突出，其中最为显著的便是热斑故障：即当光伏电池板中某个单体电池片表面异物附着如鸟粪，导致电池片被遮蔽，或内部断裂时，其发出电流减小，不能承载其他串联电池片产生的最大峰值电流而被强制反偏成为负载，进一步消耗其他单体电池片所产生的能量，最终引起局部过热温升，严重者甚至引发电站火灾。因此，针对“热斑故障”进行有效监测预警刻不容缓。
目前，针对光伏电池板热斑故障的监测预警主要利用红外热成像，光伏电池板的红外热图像会受到复杂环境因素（例如阳光反射之类）的干扰，显示成错误的热斑，导致虚假报警常有发生，同时红外热成像需要人工携带便携式相机进行巡检，大规模光伏发电站中这种检测方法效率太低。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏电池板热斑故障监测报警系统，其能解决现有技术采用红外热成像设备进行热斑故障预警，存在虚假报警且效率低的技术问题。
第一方面，提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警系统，包括：
监测光纤，其用于布置在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点；
光学装置，其与所述监测光纤连接，所述光学装置用于发射拉曼光和布里渊光至所述监测光纤，并将所述监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号；
监测报警装置，其与所述光学装置连接，所述监测报警装置用于根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，并根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障。
一些实施例中，所述光学装置包括：拉曼光源、布里渊光源、第一环形器、第二环形器、波分复用器、第一滤波分解器、第二滤波分解器、第一光电转换器、第二光电转换器和通信组件；
所述拉曼光源和布里渊光源分别用于发射拉曼光和布里渊光，拉曼光和布里渊光分别经过所述第一环形器和第二环形器输入所述波分复用器后进入所述监测光纤，经过所述监测光纤反射形成混合光信号，混合光信号经过所述波分复用器分别输入所述第一环形器和第二环形器，再分别进入所述第一滤波分解器和第二滤波分解器，混合光信号通过所述第一滤波分解器滤波分解得到斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号、通过第二滤波分解器滤波分解得到布里渊散射光信号，所述第一光电转换器再将斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化为第一电信号、第二电信号发送至通信组件，所述第二光电转换器再将布里渊散射光信号转化为第三电信号发送至通信组件，所述通信组件将所述第一电信号、第二电信号和第三电信号发送至所述监测报警装置。
一些实施例中，所述监测报警装置包括温度计算单元；
所述温度计算单元用于根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度。
一些实施例中，所述监测报警装置还包括应力计算单元；
所述应力计算单元用于根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
一些实施例中，所述监测报警装置还包括热斑故障判断单元；
所述热斑故障判断单元用于：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态。
一些实施例中，所述热斑故障判断单元还用于：
当光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间时，获取预设时间内多块光伏电池板电池片温度监测的采样点波动曲线；
计算多条波动曲线的皮尔森互相关系数，若超过两条波动曲线的皮尔森互相关系数高于预设相关系数，判断光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限。
一些实施例中，还包括多个卡子和多个光纤收纳盒；
多个所述卡子间隔固定于光伏电池板的背部的上端和下端，呈纵向蛇形排布，多个所述卡子用于使所述监测光纤依次通过光伏电池板电池片的中心点，以光伏电池板电池片的中心点为光伏电池板监测采样点；
每两个光伏电池板之间设置一个所述光纤收纳盒，所述监测光纤通过不同光伏电池板时以预设匝数缠绕于所述光纤收纳盒上。
第二方面，提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警方法，包括以下步骤：
向布置在光伏电池板上并贴合光伏电池板监测采样点的监测光纤发射拉曼激光和布里渊激光，并将监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号；
根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力；
根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障。
一些实施例中，所述根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力的步骤，包括：
根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度；
根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
一些实施例中，所述根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障的步骤，包括：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警系统及方法，所述监测报警系统在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点布置监测光纤，再利用监测光纤、光学装置和监测报警装置，经过光电转换并计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，最后利用光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力进行热斑故障判断，监测报警结果可靠性高，且无需人工进入光伏电池板现场进行操作，提高监测报警效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的一种光伏电池板热斑故障监测报警系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的监测报警装置的热斑故障判断单元的判断流程图；
图3为本发明实施例提供的监测光纤的布置图；
图中：1、监测光纤；2、光学装置；3、监测报警装置；4、卡子；5、光纤收纳盒；6、光伏电池板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明实施例提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警系统，其能解决现有技术采用红外热成像设备进行热斑故障预警，存在虚假报警且效率低的技术问题。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警系统，包括：监测光纤1、光学装置2和监测报警装置3。
所述监测光纤用于布置在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点，所述光学装置与所述监测光纤连接，所述光学装置用于发射拉曼光和布里渊光至所述监测光纤，并将所述监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号。
所述监测报警装置与所述光学装置连接，所述监测报警装置用于根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，并根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障。本发明实施例中的光伏电池板热斑故障监测报警系统，周期性的获取光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，并进行热斑故障判断，周期可为0.5ms。
本发明实施例中的光伏电池板热斑故障监测报警系统，在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点布置监测光纤，再利用监测光纤、光学装置和监测报警装置，经过光电转换并计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，最后利用光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力进行热斑故障判断，监测报警结果可靠性高，且无需人工进入光伏电池板现场进行操作，提高监测报警效率。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述光学装置包括：拉曼光源、布里渊光源、第一环形器、第二环形器、波分复用器、第一滤波分解器、第二滤波分解器、第一光电转换器、第二光电转换器和通信组件。
所述拉曼光源和布里渊光源分别用于发射拉曼光和布里渊光，拉曼光和布里渊光分别经过所述第一环形器和第二环形器输入所述波分复用器后进入所述监测光纤，经过所述监测光纤反射形成混合光信号，混合光信号经过所述波分复用器分别输入所述第一环形器和第二环形器，再分别进入所述第一滤波分解器和第二滤波分解器，混合光信号通过所述第一滤波分解器滤波分解得到斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号、通过第二滤波分解器滤波分解得到布里渊散射光信号，所述第一光电转换器再将斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化为第一电信号、第二电信号发送至通信组件，所述第二光电转换器再将布里渊散射光信号转化为第三电信号发送至通信组件，所述通信组件将所述第一电信号、第二电信号和第三电信号发送至所述监测报警装置。
具体地，所述拉曼光源光波长为1550nm，所述布里渊光源光波长为1549.5nm。所述第一光电转换器、第二光电转换器采用全双工流控铟镓砷光电转换器，接受光信号波长在1000至1800nm之间。所述第一滤波分解器依据波长分解得到1447nm附近的斯托克斯拉曼散射光信号、1658nm附近的反斯托克斯拉曼散射光信号，所述第二滤波分解器依据波长分解得到1549nm附近的布里渊散射光信号。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述监测报警装置包括温度计算单元。
所述温度计算单元用于根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度。
具体地，根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信
号的电平值为
，参考温度
下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信
号转化的第一电信号、第二电信号的电平值为
，则通过等式：
计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度
。其中，
分别是普朗克常量
和波尔兹曼常量；
是拉曼频移。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述监测报警装置还包括应力计算单元。
所述应力计算单元用于根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
具体地，根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率为
，参考温度
下布
里渊散射光信号转化的第三电信号的频率为
，参考温度
下光伏电池板的应力
，则
通过等式：
计算得到光伏电池板监测采样点的监测应力
。其中，
为布里渊频移的温度系
数，约为1.1~1.2MHz/℃；
为布里渊频移的应力参数，约为0.0491MHz/Pa。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1和图2所示，所述监测报警装置还包括热斑故障判断单元，所述热斑故障判断单元用于：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态。由于间歇性光照增强会导致部分光伏电池板监测采样点的监测温度发生阶段性越限，要避免这种干扰，提高监测温度的可靠性。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态。
具体地，参见图2所示，设置一个应力门坎值，该应力门坎值为系统投运前预测试
的应力值，再设置多个应力波动值，组成预设的第一应力区间、第二应力区间和第三应力区
间。例如，应力门坎值为
，则预设的第一应力区间可为（
-20，
+20），单位为Pa，预设
的第二应力区间可为（
-35，
-20）∪（
+20，
+35）、预设的第三应力区间可为（-∞，
-35）∪（
+35，+∞）。同理，设置一个温度门坎值，该温度门坎值为系统投运实时温度，
再设置多个温度波动值，组成预设的第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间。例如，
应力门坎值为
，则预设的第一应力区间可为（
-10，
+10），单位为℃，预设的第二应力
区间可为（
-20，
-10）∪（
+10，
+20）、预设的第三应力区间可为（-∞，
-20）∪（
+
20，+∞）。
例如，参见图2所示，若光伏电池板监测采样点的监测应力在（
-20，
+20），判
断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的（
-35，
-20）∪（
+20，
+
35）且光伏电池板监测采样点的监测温度在（
-10，
+10），判断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在（
-35，
-20）∪（
+20，
+35）且光
伏电池板监测采样点的监测温度在（-∞，
-20）∪（
+20，+∞），判断光伏电池板为热斑故
障状态。
具体地，参见图2所示，所述热斑故障判断单元还用于：
当光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间时，获取预设时间内多块光伏电池板监测采样点的监测温度的波动曲线。
计算多条波动曲线的皮尔森互相关系数，若超过两条波动曲线的皮尔森互相关系数高于预设相关系数，判断光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限。
具体地，参见图3所示，预设时间可为1分钟，多块光伏电池板监测采样点可为一块光伏电池板电池片以及其上下左右四块光伏电池板电池片的中心点，一共五个光伏电池板监测采样点，获取1分钟内五个光伏电池板监测采样点的监测温度的波动曲线，计算五条波动曲线的皮尔森互相关系数，若超过两条波动曲线的皮尔森互相关系数高于预设相关系数（例如0.7），判断光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图3所示，所述光伏电池板热斑故障监测报警系统，还包括多个卡子4和多个光纤收纳盒5。
多个所述卡子4间隔固定于光伏电池板6的背部的上端和下端，呈纵向蛇形排布，多个所述卡子4用于使所述监测光纤依次通过光伏电池板电池片的中心点，以光伏电池板电池片的中心点为光伏电池板监测采样点。
每两个光伏电池板6之间设置一个所述光纤收纳盒5，所述监测光纤1通过不同光伏电池板6时以预设匝数缠绕于所述光纤收纳盒5上。
具体地，参见图3所示，为避免干扰，监测光纤从首端2米处开始置于首块光伏电池板6的卡子4，并将此处设置为坐标原点，后续各点坐标以据此卡子4距离而定，布置前确定各卡子4坐标，确定横向卡子4间距为0.5米，横向卡子4之间设置为无效测量段，不同光伏电池板6之间的无效测量段确定长度为1米，并以预设匝数缠绕于光纤收纳盒5上。图3中异物附着处是热斑故障出现风险很高的地方。
本发明实施例提供了一种光伏电池板热斑故障监测报警方法，包括以下步骤：
向布置在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点的监测光纤发射拉曼激光和布里渊激光，并将监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号；
根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力；
根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力的步骤，包括：
根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度。
根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障的步骤，包括：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态。
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种光伏电池板热斑故障监测报警系统，其特征在于，包括：
监测光纤，其用于布置在光伏电池板背侧上并贴合光伏电池板监测采样点；
光学装置，其与所述监测光纤连接，所述光学装置用于发射拉曼光和布里渊光至所述监测光纤，并将所述监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号；
监测报警装置，其与所述光学装置连接，所述监测报警装置用于根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力，并根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障；
所述光学装置包括：拉曼光源、布里渊光源、第一环形器、第二环形器、波分复用器、第一滤波分解器、第二滤波分解器、第一光电转换器、第二光电转换器和通信组件；
所述拉曼光源和布里渊光源分别用于发射拉曼光和布里渊光，拉曼光和布里渊光分别经过所述第一环形器和第二环形器输入所述波分复用器后进入所述监测光纤，经过所述监测光纤反射形成混合光信号，混合光信号经过所述波分复用器分别输入所述第一环形器和第二环形器，再分别进入所述第一滤波分解器和第二滤波分解器，混合光信号通过所述第一滤波分解器滤波分解得到斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号、通过第二滤波分解器滤波分解得到布里渊散射光信号，所述第一光电转换器再将斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化为第一电信号、第二电信号发送至通信组件，所述第二光电转换器再将布里渊散射光信号转化为第三电信号发送至通信组件，所述通信组件将所述第一电信号、第二电信号和第三电信号发送至所述监测报警装置；
所述监测报警装置包括热斑故障判断单元，所述热斑故障判断单元用于：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态；
所述热斑故障判断单元还用于：
当光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间时，获取预设时间内多块光伏电池板电池片温度监测的采样点波动曲线；
计算多条波动曲线的皮尔森互相关系数，若超过两条波动曲线的皮尔森互相关系数高于预设相关系数，判断光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限；
其中，设置一个应力门坎值，该应力门坎值为系统投运前预测试的应力值，再设置多个应力波动值，组成预设的第一应力区间、第二应力区间和第三应力区间，应力门坎值为
，则预设的第一应力区间为（
-20，
+20），单位为Pa，预设的第二应力区间为（
-35，
-20）∪（
+20，
+35）、预设的第三应力区间为（-∞，
-35）∪（
+35，+∞）；设置一个温度门坎值，该温度门坎值为系统投运实时温度，再设置多个温度波动值，组成预设的第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间，应力门坎值为
，则预设的第一应力区间为（
-10，
+10），单位为℃，预设的第二应力区间为（
-20，
-10）∪（
+10，
+20）、预设的第三应力区间为（-∞，
-20）∪（
+20，+∞）。
2.如权利要求1所述的光伏电池板热斑故障监测报警系统，其特征在于，所述监测报警装置包括温度计算单元；
所述温度计算单元用于根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度。
3.如权利要求2所述的光伏电池板热斑故障监测报警系统，其特征在于，所述监测报警装置还包括应力计算单元；
所述应力计算单元用于根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
4.如权利要求1所述的光伏电池板热斑故障监测报警系统，其特征在于，还包括多个卡子和多个光纤收纳盒；
多个所述卡子间隔固定于光伏电池板的背部的上端和下端，呈纵向蛇形排布，多个所述卡子用于使所述监测光纤依次通过光伏电池板电池片的中心点，以光伏电池板电池片的中心点为光伏电池板监测采样点；
每两个光伏电池板之间设置一个所述光纤收纳盒，所述监测光纤通过不同光伏电池板时以预设匝数缠绕于所述光纤收纳盒上。
5.一种使用如权利要求1所述的光伏电池板热斑故障监测报警系统的光伏电池板热斑故障监测报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
向布置在光伏电池板上并贴合光伏电池板监测采样点的监测光纤发射拉曼激光和布里渊激光，并将监测光纤反射的混合光信号转化为第一电信号、第二电信号和第三电信号；具体地，拉曼光源和布里渊光源分别发射拉曼光和布里渊光，拉曼光和布里渊光分别经过第一环形器和第二环形器输入波分复用器后进入监测光纤，经过监测光纤反射形成混合光信号，混合光信号经过波分复用器分别输入第一环形器和第二环形器，再分别进入第一滤波分解器和第二滤波分解器，混合光信号通过第一滤波分解器滤波分解得到斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号、通过第二滤波分解器滤波分解得到布里渊散射光信号，第一光电转换器再将斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化为第一电信号、第二电信号，第二光电转换器再将布里渊散射光信号转化为第三电信号；
根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力；
根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障；
所述根据光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力判断光伏电池板是否存在热斑故障的步骤，包括：
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第一应力区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为正常状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间、光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间且光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限，判断光伏电池板为热斑故障隐患状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第二应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第三温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度不在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为热斑故障状态；
若光伏电池板监测采样点的监测应力在预设的第三应力区间且光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第一温度区间，判断光伏电池板为积污状态；
具体地，当光伏电池板监测采样点的监测温度在预设的第二温度区间时，获取预设时间内多块光伏电池板电池片温度监测的采样点波动曲线；
计算多条波动曲线的皮尔森互相关系数，若超过两条波动曲线的皮尔森互相关系数高于预设相关系数，判断光伏电池板监测采样点的监测温度是阶段性越限；
其中，设置一个应力门坎值，该应力门坎值为系统投运前预测试的应力值，再设置多个应力波动值，组成预设的第一应力区间、第二应力区间和第三应力区间，应力门坎值为
，则预设的第一应力区间为（
-20，
+20），单位为Pa，预设的第二应力区间为（
-35，
-20）∪（
+20，
+35）、预设的第三应力区间为（-∞，
-35）∪（
+35，+∞）；设置一个温度门坎值，该温度门坎值为系统投运实时温度，再设置多个温度波动值，组成预设的第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间，应力门坎值为
，则预设的第一应力区间为（
-10，
+10），单位为℃，预设的第二应力区间为（
-20，
-10）∪（
+10，
+20）、预设的第三应力区间为（-∞，
-20）∪（
+20，+∞）。
6.如权利要求5所述的光伏电池板热斑故障监测报警方法，其特征在于，所述根据第一电信号、第二电信号和第三电信号计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度和监测应力的步骤，包括：
根据斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值以及参考温度下斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光信号转化的第一电信号、第二电信号的电平值，计算得到光伏电池板监测采样点的监测温度；
根据布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、参考温度下布里渊散射光信号转化的第三电信号的频率、光伏电池板监测采样点的监测温度、参考温度下光伏电池板的应力，计算光伏电池板监测采样点的监测应力。
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