CN114650009B - 一种光伏阵列1：n无线远程混检系统及检测方法 - Google Patents

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CN114650009B CN202210566270.3A CN202210566270A CN114650009B CN 114650009 B CN114650009 B CN 114650009B CN 202210566270 A CN202210566270 A CN 202210566270A CN 114650009 B CN114650009 B CN 114650009B
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Abstract

本发明公开了一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，包括光伏阵列输出状态测量装置、无人机定位遮光装置、主控制器以及光伏阵列，所述光伏阵列输出状态测量装置包括数据采集单元、数据处理单元以及远程数据传递单元，所述数据采集单元安装于光伏混检区域汇流输出端，按照预设的采样频率实时获取光伏混检区域的输出状态信息，并与数据处理单元信号连接。本发明基于混合检测思想，结合光伏阵列遮蔽检测方法与无人机技术，可以有效的对大范围光伏阵列进行巡检，具有成本低，操作容易等特点，并且无人机技术的使用大大提高了系统对复杂地形的适应能力，极大程度的提高了巡检效率。

Description

一种光伏阵列1：N无线远程混检系统及检测方法
技术领域
本发明涉及光伏巡检技术领域，具体为一种光伏阵列1：N无线远程混检系统及检测方法。
背景技术
太阳能发电作为清洁能源的一种，以其转换效率高、不受地域限制、使用寿命长等优势，广泛应用于航空航天、军事以及民用设施等诸多领域。随着光伏产业的发展，大型太阳能光伏阵列开始逐步向并网发电方向发展，与常规电网共同承担供电任务。
光伏阵列作为光伏电站的核心组件，主要由若干光伏组件通过串并联连接而成，由于光伏组件常放置在露天环境下，加上自身材料老化、电池板硬件不匹配等因素，导致阵列故障频出。光伏阵列故障的产生不仅影响整个光伏系统的发电效率，也严重影响了电网的稳定性与安全性。为了保证光伏阵列的稳定运行，目前太阳能发电厂广泛使用人工定期巡检和固定摄像头实时监控的方式对故障光伏组件进行排查。然而光伏电站光伏组件多、占地面积大，人工排查效率低、成本高，且很多光伏电站建设在偏远地区，恶劣的工作环境对巡检人员的故障排查工作是巨大的考验。因此一种行之有效的光伏阵列巡检系统及检测方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏阵列1：N无线远程混检系统及检测方法，以解决背景技术中提出光伏电站光伏组件多、占地面积大，人工排查效率低、成本高，且很多光伏电站建设在偏远地区，恶劣的工作环境对巡检人员的故障排查工作是巨大考验的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，包括光伏阵列输出状态测量装置、无人机定位遮光装置、主控制器以及光伏阵列，所述光伏阵列输出状态测量装置包括数据采集单元、数据处理单元以及远程数据传递单元，所述数据采集单元安装于光伏混检区域汇流输出端，按照预设的采样频率实时获取光伏混检区域的输出状态信息，并与数据处理单元信号连接；
所述光伏混检区域由系统根据所设置的1:N混检比例对光伏阵列进行区域划分得到，混检区域内光伏组件串联输出，各混检区域之间并联输出；
所述数据处理单元对数据采集单元所获取的混检区域输出状态信息进行数据滤波处理，降低环境等因素带来的测量噪声，并通过数模转换模型将滤波后的数据转换成直观的数字量信息，所述数据处理单元与远程数据传递单元信号连接；
所述远程数据传递单元，用于将数据处理单元处理得到的数字量信息通过无线数据传输方式发送给所述主控制器，所述远程数据传递单元与所述主控制器无线信号连接；
所述无人机定位遮光装置包括高精度自主定位无人机与可折叠无人机悬挂遮光机构；高精度自主定位无人机具有千克级载重能力，用于挂载可折叠无人机悬挂遮光机构进行高精度自主定位飞行与悬停；可折叠无人机悬挂遮光机构悬挂在无人机下方，巡检时用于对异常光伏混检区域中各光伏组件进行单独遮光处理；
所述主控制器包括光伏阵列输出状态信息监测单元与无人机控制单元，所述光伏阵列输出状态信息监测单元通过无线数据传输方式接收所述光伏阵列输出状态测量装置反馈的光伏混检区域的输出状态信息，根据反馈数据对光伏混检区域是否异常进行判断和标记，并向无人机控制单元输出异常光伏混检区域的位置信息，同时使用软件界面进行可视化展示，所述无人机控制单元根据异常光伏混检区域的位置信息，对所述无人机定位遮光装置进行航行规划并对其进行控制。
优选的，所述光伏阵列输出状态测量装置的数据采集单元使用电流互感器对光伏混检区域的总输出电流进行检测，每个光伏混检区域汇流输出端配备一个电流互感器。
优选的，所述可折叠无人机悬挂遮光机构包括气缸、折叠上安装架、气缸固定螺母、折叠下安装架与折叠连杆；
所述气缸包括缸体与活塞杆，所述缸体头部与气缸固定螺母通过螺纹连接固定在折叠上安装架中，所述活塞杆与折叠下安装架通过螺纹连接；
所述折叠上安装架包括安装架外壳一安装架外壳二、上圆锥滚子轴承与下圆锥滚子轴承，所述上圆锥滚子轴承与下圆锥滚子轴承使用大端面相对的背对背安装方式，所述缸体头部阶梯端面与上圆锥滚子轴承内圈大端面接触，所述安装架外壳一与上圆锥滚子轴承外圈小端面接触，所述气缸固定螺母端面与下圆锥滚子轴承内圈大端面接触，所述安装架外壳二与下圆锥滚子轴承外圈小端面接触，所述安装架外壳一与安装架外壳二之间通过长螺栓进行连接；
所述折叠连杆包括连杆一与连杆二；所述连杆一一端与安装架外壳二铰链连接，且连杆一的另一端与连杆二铰链连接，所述连杆二与折叠下安装架铰链连接。
优选的，所述连杆二底部含有风翼，所述可折叠无人机悬挂遮光机构展开，风翼位于机构最底部。
优选的，所述可折叠无人机悬挂遮光机构包括六组所述折叠连杆，且折叠连杆上表面使用透气性好的深色遮光布覆盖。
优选的，所述光伏阵列输出状态信息监测单元采用抗非连续性突变扰动评判策略对光伏混检区域是否异常进行判断，所述抗非连续性突变扰动评判策略的执行过程具体包括如下步骤：
S1、获取所述光伏阵列总输出电流I和所述光伏混检区域输出电流
Figure 328367DEST_PATH_IMAGE001
；
S2、计算所述光伏混检区域平均输出电流
Figure 349413DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 410910DEST_PATH_IMAGE003
；
S3、计算光伏混检区域平均输出电流
Figure 429681DEST_PATH_IMAGE002
与各光伏混检区域输出电流的差值
Figure 842208DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 870207DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 599260DEST_PATH_IMAGE006
；
S4、光伏阵列输出状态监测过程中，根据所述差值
Figure 788933DEST_PATH_IMAGE004
做出如下决策：
若
Figure 423176DEST_PATH_IMAGE007
，则判断对应光伏混检区域中各光伏组件工作正常；
若
Figure 989287DEST_PATH_IMAGE008
，则判断对应光伏混检区域中存在光伏组件工作异常。
本发明提出的另一种技术方案：一种光伏阵列1:N无线远程混检方法，包括以下步骤：
S101、所述光伏阵列1:N无线远程混检系统检测到存在光伏混检区域存在异常；
S102、所述光伏阵列输出状态信息监测单元分析异常数据确定异常光伏混检区域；
S103、所述无人机控制单元对所述无人机定位遮光装置进行航行规划；
S104、所述无人机依据航行规划自主定位飞行到异常光伏混检区域上空；
S105、所述可折叠无人机悬挂遮光机构展开，形成抗复杂风场的遮光装置；
S106、所述无人机定位遮光装置对异常光伏混检区域中各光伏组件进行遮光巡检，所述主控制器在巡检过程中监测异常光伏混检区域的总输出电流；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时存在明显减弱，标记此光伏组件为正常状态；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时无明显变化，标记此光伏组件为故障状态；
S107、所述异常光伏混检区域所有光伏组件状态标记完成，可折叠无人机悬挂遮光机构收回，所述无人机定位遮光装置依据航行规划返航休整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于混检思想，将光伏阵列进行划分为N个光伏混检区域，减少了光伏组件状态检测传感器的数量，降低了系统的安装成本与安装难度，同时光伏组件状态检测传感器的数量的减少减轻了数据处理单元的负荷，提高了数据处理效率，增加了系统的响应速度。
2、本发明考虑了光伏阵列的实际安装环境所导致巡检作业人员任务重、任务难的问题，使用无人机挂载遮光机构代替人工，降低了巡检作业的危险性与巡检难度。同时，无人机立体化、高程作业的方式适配光伏阵列设备多、分布广的特点，一定程度节省了人力成本，提高了巡检效率。
3、本发明使用采用抗非连续性突变扰动评判策略对光伏混检区域是否异常进行判断，简单可靠，可以适配大多数光伏阵列电路模型，相对于其他光伏巡检方法更加直观，结合高精度自主定位无人机，使得故障光伏组件定位更精确，大大提高了巡检精度。
附图说明
图1为本发明提供的一种光伏阵列1:N无线远程混检系统结构示意图；
图2为本发明的无人机定位遮光装置结构示意图；
图3为本发明的可折叠无人机悬挂遮光机构结构局部剖视图；
图4为本发明提供的一种光伏阵列1:N无线远程混检系统控制部分的模块示意图；
图5为本发明提供的光伏混检区域抗非连续性突变扰动评判策略流程图；
图6为本发明提供的一种光伏阵列1:N无线远程混检检测方法的流程图。
图中标记为：1、光伏阵列输出状态测量装置；2、无人机定位遮光装置；21、气缸；211、缸体；212活塞杆；22、折叠上安装架；221、安装架外壳一； 222、安装架外壳二；223上圆锥滚子轴承；224下圆锥滚子轴承；225、长螺栓；23、气缸固定螺母；24折叠下安装架；25、折叠连杆；251、连杆一；252、连杆二；26、无人机；3、主控制器；4、光伏阵列。
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。
实施例一
请参阅图1-图6，一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，包括光伏阵列输出状态测量装置1、无人机定位遮光装置2以及主控制器3。首先系统根据所设置的1:N混检比例对光伏阵列4进行区域划分得到光伏混检区域，数据采集单元安装于光伏混检区域汇流输出端，按照预设的采样频率实时获取光伏混检区域的输出状态，并将数据传输到数据处理单元中，数据处理单元对数据采集单元所获取的混检区域输出状态信息进行数据滤波处理，降低环境等因素带来的测量噪声，并通过数模转换模型将滤波后数据转换成直观的数字量信息，通过远程数据传递单元使用无线传输方式发送给主控制器3。
主控制器3的光伏阵列输出状态信息监测单元通过无线数据传输方式接收光伏阵列输出状态测量装置1反馈的光伏混检区域的输出状态信息，根据反馈数据对光伏混检区域是否异常进行判断和标记，并向无人机控制器输出异常光伏混检区域的位置信息，同时使用软件界面进行可视化展示，无人机控制器用于根据异常光伏混检区域的位置信息，对无人机定位遮光装置2进行航行规划并对其进行控制。
无人机定位遮光装置2受无人机控制器控制，挂载可折叠无人机悬挂遮光机构进行高精度自主定位飞行与悬停，巡检时展开可折叠无人机悬挂遮光机构对异常光伏混检区域中各光伏组件进行单独遮光处理，结合数据采集单元反馈的数据对光伏组件是否故障进行判定。
实施例二
请参阅图2、图3，可折叠无人机悬挂遮光机构包括气缸21、折叠上安装架22、气缸固定螺母23、折叠下安装架24与折叠连杆25；气缸21包括缸体211与活塞杆212，缸体211头部与气缸固定螺母23通过螺纹连接固定在折叠上安装架22中，活塞杆212与折叠下安装架24通过螺纹连接，活塞杆212伸出和缩回带动折叠下安装架24沿活塞杆轴向运动，折叠上安装架22包括安装架外壳一221安装架外壳二222、上圆锥滚子轴承223与下圆锥滚子轴承224；上圆锥滚子轴承223与下圆锥滚子轴承224使用大端面相对的背对背安装方式，缸体211头部阶梯端面与上圆锥滚子轴承223内圈大端面接触，安装架外壳一 221与上圆锥滚子轴承223外圈小端面接触；气缸固定螺母23端面与下圆锥滚子轴承224内圈大端面接触，安装架外壳二222与下圆锥滚子轴承224外圈小端面接触，安装架外壳一221与安装架外壳二222之间通过长螺栓225进行连接，通过圆锥滚子轴承使得整个折叠机构在缸体211固定的情况进行旋转；折叠连杆25包括连杆一251与连杆二252，连杆一251一端与安装架外壳二222铰链连接，一端与连杆二252铰链连接，连杆二252与折叠下安装架铰链连接，连杆二252底部装有风翼，可折叠无人机悬挂遮光机构展开，风翼位于机构最底部，当工作环境存在一定强度风场时，风翼在风场中受力，并带动可折叠无人机悬挂遮光机构旋转，增加了遮光机构的稳定性。
实施例三
为了更好的展现一种光伏阵列1:N无线远程混检系统的运行流程，本实施例现提出一种光伏阵列1:N无线远程混检系统及其检测方法，包括如下步骤：
步骤一：光伏阵列1:N无线远程混检系统检测到存在光伏混检区域存在异常；
步骤二：光伏阵列输出状态信息监测单元分析异常数据确定异常光伏混检区域；
步骤三：无人机控制器对无人机定位遮光装置2进行航行规划；
步骤四：无人机依据航行规划自主定位飞行到异常光伏混检区域上空；
步骤五：可折叠无人机悬挂遮光机构展开，形成抗复杂风场的遮光装置；
步骤六：无人机定位遮光装置2对异常光伏混检区域中各光伏组件进行遮光巡检，主控制器3在巡检过程中监测异常光伏混检区域的总输出电流；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时存在明显减弱，标记此光伏组件为正常状态；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时无明显变化，标记此光伏组件为故障状态；
步骤七：异常光伏混检区域所有光伏组件状态标记完成，可折叠无人机悬挂遮光机构收回，无人机定位遮光装置2依据航行规划返航休整。
综上所述：首先，本发明基于混检思想，将光伏阵列进行划分为N个光伏混检区域，减少了光伏组件状态检测传感器的数量，降低了系统的安装成本与安装难度，同时光伏组件状态检测传感器的数量的减少减轻了数据处理单元的负荷，提高了数据处理效率，增加了系统的响应速度。其次，本发明考虑了光伏阵列的实际安装环境所导致巡检作业人员任务重、任务难的问题，使用无人机挂载遮光机构代替人工，降低了巡检作业的危险性与巡检难度。同时，无人机立体化、高程作业的方式适配光伏阵列设备多、分布广的特点，一定程度节省了人力成本，提高了巡检效率。最后，本发明使用采用抗非连续性突变扰动评判策略对光伏混检区域是否异常进行判断，简单可靠，可以适配大多数光伏阵列电路模型，相对于其他光伏巡检方法更加直观，结合高精度自主定位无人机，使得故障光伏组件定位更精确，大大提高了巡检精度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，包括光伏阵列输出状态测量装置（1）、无人机定位遮光装置（2）、主控制器（3）以及光伏阵列（4），其特征在于：所述光伏阵列输出状态测量装置（1）包括数据采集单元、数据处理单元以及远程数据传递单元，所述数据采集单元安装于光伏混检区域汇流输出端，按照预设的采样频率实时获取光伏混检区域的输出状态信息，并与数据处理单元信号连接；
所述光伏混检区域由系统根据所设置的1:N混检比例对光伏阵列（4）进行区域划分得到，混检区域内光伏组件串联输出，各混检区域之间并联输出；
所述数据处理单元对数据采集单元所获取的混检区域输出状态信息进行数据滤波处理，降低环境等因素带来的测量噪声，并通过数模转换模型将滤波后的数据转换成直观的数字量信息，所述数据处理单元与远程数据传递单元信号连接；
所述远程数据传递单元，用于将数据处理单元处理得到的数字量信息通过无线数据传输方式发送给所述主控制器（3），所述远程数据传递单元与所述主控制器（3）无线信号连接；
所述无人机定位遮光装置（2）包括高精度自主定位无人机（26）与可折叠无人机悬挂遮光机构，所述可折叠无人机悬挂遮光机构挂载于无人机（26）下方；
所述可折叠无人机悬挂遮光机构包括气缸（21）、折叠上安装架（22）、气缸固定螺母（23）、折叠下安装架（24）与折叠连杆（25）；
所述气缸（21）包括缸体（211）与活塞杆（212），所述缸体（211）头部与气缸固定螺母（23）通过螺纹连接固定在折叠上安装架（22）中，所述活塞杆（212）与折叠下安装架（24）通过螺纹连接；
所述折叠上安装架（22）包括安装架外壳一（221）安装架外壳二（222）、上圆锥滚子轴承（223）与下圆锥滚子轴承（224），所述上圆锥滚子轴承（223）与下圆锥滚子轴承（224）使用大端面相对的背对背安装方式，所述缸体（211）头部阶梯端面与上圆锥滚子轴承（223）内圈大端面接触，所述安装架外壳一（221）与上圆锥滚子轴承（223）外圈小端面接触，所述气缸固定螺母（23）端面与下圆锥滚子轴承（224）内圈大端面接触，所述安装架外壳二（222）与下圆锥滚子轴承（224）外圈小端面接触，所述安装架外壳一（221）与安装架外壳二（222）之间通过长螺栓（225）进行连接；
所述折叠连杆（25）包括连杆一（251）与连杆二（252）；所述连杆一（251）一端与安装架外壳二（222）铰链连接，且连杆一（251）的另一端与连杆二（252）铰链连接，所述连杆二（252）与折叠下安装架（24）铰链连接；
所述连杆二（252）底部含有风翼，所述可折叠无人机悬挂遮光机构展开，风翼位于机构最底部；
所述可折叠无人机悬挂遮光机构包括六组所述折叠连杆（25），且折叠连杆（25）上表面使用透气性好的深色遮光布覆盖；
所述主控制器（3）包括光伏阵列输出状态信息监测单元与无人机控制单元，所述光伏阵列输出状态信息监测单元通过无线数据传输方式接收所述光伏阵列输出状态测量装置（1）反馈的光伏混检区域的输出状态信息，根据反馈数据对光伏混检区域是否异常进行判断和标记，并向无人机控制单元输出异常光伏混检区域的位置信息，同时使用软件界面进行可视化展示，所述无人机控制单元根据异常光伏混检区域的位置信息，对所述无人机定位遮光装置（2）进行航行规划并对其进行控制，所述光伏阵列输出状态信息监测单元采用抗非连续性突变扰动评判策略对光伏混检区域是否异常进行判断，所述抗非连续性突变扰动评判策略的执行过程具体包括如下步骤：
S1、获取所述光伏阵列总输出电流I和所述光伏混检区域输出电流
Figure 659318DEST_PATH_IMAGE001
；
S2、计算所述光伏混检区域平均输出电流
Figure 19892DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 141432DEST_PATH_IMAGE003
；
S3、计算光伏混检区域平均输出电流
Figure 511233DEST_PATH_IMAGE002
与各光伏混检区域输出电流的差值
Figure 198566DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 995621DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 338878DEST_PATH_IMAGE006
；
S4、光伏阵列输出状态监测过程中，根据所述差值
Figure 512370DEST_PATH_IMAGE004
做出如下决策：
若
Figure 319789DEST_PATH_IMAGE007
，则判断对应光伏混检区域中各光伏组件工作正常；
若
Figure 287745DEST_PATH_IMAGE008
，则判断对应光伏混检区域中存在光伏组件工作异常。
2.根据权利要求1所述的一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，其特征在于：所述光伏阵列输出状态测量装置（1）的数据采集单元使用电流互感器对光伏混检区域的总输出电流进行检测，每个光伏混检区域汇流输出端配备一个电流互感器。
3.一种光伏阵列1:N无线远程混检方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-2任意一项所述的一种光伏阵列1:N无线远程混检系统，方法包括以下步骤：
S101、所述光伏阵列1:N无线远程混检系统检测到存在光伏混检区域存在异常；
S102、所述光伏阵列输出状态信息监测单元分析异常数据确定异常光伏混检区域；
S103、所述无人机控制单元对所述无人机定位遮光装置（2）进行航行规划；
S104、所述无人机（26）依据航行规划自主定位飞行到异常光伏混检区域上空；
S105、所述可折叠无人机悬挂遮光机构展开，形成抗复杂风场的遮光装置；
S106、所述无人机定位遮光装置（2）对异常光伏混检区域中各光伏组件进行遮光巡检，所述主控制器（3）在巡检过程中监测异常光伏混检区域的总输出电流；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时存在明显减弱，标记此光伏组件为正常状态；
若光伏组件进行遮光处理后，异常光伏混检区域的总输出电流较未遮光处理时无明显变化，标记此光伏组件为故障状态；
S107、所述异常光伏混检区域所有光伏组件状态标记完成，可折叠无人机悬挂遮光机构收回，所述无人机定位遮光装置（2）依据航行规划返航休整。
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