CN115082858A - 一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法 - Google Patents

一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法，该系统包括控制单元、处理单元、执行单元和人机交互单元，处理单元分别与控制单元、执行单元、人机交互单元相连接，控制单元与执行单元连接，控制单元接收处理单元的相应指令，用于制定巡检轨迹，并控制执行单元按照巡检轨迹移动至相应地点、完成图像采集；处理单元从执行单元获取采集的图像，通过分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并对应存储巡检数据信息；人机交互单元用于展示当前光伏电站巡检情况以及预警信息。与现有技术相比，本发明实现了智能化巡检的目的，能够提高巡检效率、及时准确地对光伏电站进行故障诊断、并进行故障预警。

Description

一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法
技术领域
本发明涉及光伏电站监控技术领域，尤其是涉及一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法。
背景技术
光伏电站，是指一种利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系。随着光伏发电技术的不断发展，为确保光伏电站的可靠稳定运行、提升光伏发电效率，有必要对光伏电站进行巡检、故障诊断及维护。
通常，光伏电站的布置面积较大，且一般布置于水面、滩涂、沙地、屋顶等区域，这些区域大多都是不利于人员行动的区域。如果通过人力巡检，则必须借助船只、沙滩车、拖拉机等特种作业载具，这种巡检方式的速度慢、效率低，危险性较大，人力成本和时间成本均比较高，此外，依靠人工进行巡检故障诊断，还会影响到后续的故障响应速度，不能及时可靠地对已发生故障进行预警和处理，难以满足光伏电站的巡检需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光伏电站智能巡检故障诊断系统及其方法，以实现智能化巡检的目的，能够及时准确地对光伏电站进行故障诊断、并进行故障预警。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，包括控制单元、处理单元、执行单元和人机交互单元，所述处理单元分别与控制单元、执行单元、人机交互单元相连接，所述控制单元与执行单元连接，所述控制单元接收处理单元的相应指令，用于制定巡检轨迹，并控制执行单元按照巡检轨迹移动至相应地点、完成图像采集；
所述处理单元从执行单元获取采集的图像，通过分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并对应存储巡检数据信息；
所述人机交互单元用于展示当前光伏电站巡检情况以及预警信息。
进一步地，所述处理单元包括存储器、处理器和第一通讯模块，所述第一通讯模块分别与控制单元、执行单元、人机交互单元相连接，所述存储器内更新存储有当前光伏电站的三维模型及历史故障数据；所述处理器采用人工智能算法对执行单元采集的图像进行分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并将当前巡检数据信息归类录入存储器。
进一步地，所述执行单元包括无人机、第二通讯模块以及停机平台，所述无人机上搭载有图像采集模块，用于采集光伏设备的热成像图像、表面反射率图像以及外观图像；所述第二通讯模块分别与第一通讯模块、控制单元相连接，以传输采集的图像、接收控制单元输出的相应指令；所述停机平台上安装有无线充电装置，以提供电能给无人机。
进一步地，所述图像采集模块包括红外热成像仪、多相光谱相机和摄像头。
进一步地，所述人机交互单元包括移动手机端和PC端。
一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、根据预设的初始巡检轨迹，控制单元输出指令给执行单元，控制执行单元移动至初始巡检轨迹各相应地点、并完成光伏电站初始图像采集；
S2、执行单元返回至出发地点，并将光伏电站初始图像传输至处理单元；
S3、处理单元对光伏电站初始图像进行分析处理，以判断并确定出光伏电站的故障区域，将故障区域信息传输至控制单元；
S4、控制单元根据故障区域信息，重新制定二次巡检轨迹，并输出相应指令给执行单元；
S5、执行单元按照二次巡检轨迹移动至相应故障区域、并完成光伏电站二次图像采集；
S6、执行单元将光伏电站二次图像传输至处理单元，处理单元对光伏电站二次图像进行分析处理，以判断故障区域是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息给人机交互单元，并对应存储巡检数据信息；
S7、人机交互单元展示当前光伏电站巡检情况以及对应的预警信息。
进一步地，所述步骤S1以及步骤S5中执行单元采集的光伏电站初始图像和二次图像均包括光伏设备的热成像图像、表面反射率图像和外观图像，所述光伏电站二次图像的清晰度高于光伏电站初始图像的清晰度。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、处理单元将光伏电站初始图像与对应的光伏电站三维模型、历史故障数据进行对比识别，以判断当前光伏电站是否存在故障，若判断为是，则执行步骤S32，否则结束当前操作；
S32、处理单元对判断为存在故障的地点区域进行标记和分类，并将故障区域信息传输至控制单元。
进一步地，所述步骤S6中处理单元具体是根据光伏设备的热成像图像，以分析判断光伏设备表面热量分布情况；
根据光伏设备的表面反射率图像，以分析判断光伏设备表面的脏污情况；
根据光伏设备的外观图像，结合对应的光伏电站三维模型，以分析识别光伏设备的外壳腐蚀损坏情况；
处理单元根据故障种类，对判断识别为存在故障的光伏设备进行标记、故障分类和记录。
进一步地，所述步骤S7中人机交互单元具体是以三维模型的方式展示光伏电站巡检情况，其中，故障位置以红色标记进行展示，并对应展示预警信息。
与现有技术相比，本发明通过设置控制单元、处理单元、执行单元和人机交互单元，利用控制单元制定巡检轨迹，以控制执行单元按照巡检轨迹移动至相应地点、完成图像采集；利用处理单元对采集的图像进行分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并对应存储巡检数据信息；利用人机交互单元展示当前光伏电站巡检情况以及预警信息，由此实现智能化巡检，能够及时准确地对光伏电站进行故障诊断、并进行故障预警。
本发明中执行单元包括无人机，并在无人机上搭载图像采集模块，以采集光伏设备的热成像图像、表面反射率图像以及外观图像，一方面无人机能够稳定可靠地移动至相应地点完成图像采集，提高巡检效率；另一方面也保证了巡检数据的全面性和真实性，有利于后续处理单元通过人工智能算法，完成对采集图像的分析处理，从而提高故障诊断的准确性。
本发明利用执行单元首先采集光伏电站初始图像、处理单元确定出故障区域，再利用控制单元重新制定巡检轨迹，使执行单元再次移动至故障区域进行清晰度更高的二次图像采集，处理单元对采集的二次图像进行分析判断，以确定故障类别并输出预警信息，能够有效提高故障诊断的精确性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的方法流程示意图；
图3为实施例的应用过程示意图；
图中标记说明：
1、控制单元，2、处理单元，3、执行单元，4、人机交互单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，包括控制单元1、处理单元2、执行单元3和人机交互单元4，处理单元2分别与控制单元1、执行单元3、人机交互单元4相连接，控制单元1与执行单元3连接，控制单元1接收处理单元2的相应指令，用于制定巡检轨迹，并控制执行单元3按照巡检轨迹移动至相应地点、完成图像采集；
处理单元2从执行单元3获取采集的图像，通过分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并对应存储巡检数据信息；
人机交互单元4用于展示当前光伏电站巡检情况以及预警信息。
其中，处理单元2包括存储器、处理器和第一通讯模块，第一通讯模块分别与控制单元1、执行单元3、人机交互单元4相连接，存储器内更新存储有当前光伏电站的三维模型及历史故障数据；处理器采用人工智能算法对执行单元3采集的图像进行分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并将当前巡检数据信息归类录入存储器。
本实施例中，执行单元3包括无人机、第二通讯模块以及停机平台，无人机上搭载有图像采集模块，包括红外热成像仪、多相光谱相机和摄像头，用于分别采集光伏设备的热成像图像、表面反射率图像以及外观图像；第二通讯模块分别与第一通讯模块、控制单元1相连接，以传输采集的图像、接收控制单元1输出的相应指令；停机平台上安装有无线充电装置，以提供电能给无人机。
本实施例中，人机交互单元4包括移动手机端和PC端。
将上述系统应用于实际，以实现一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、根据预设的初始巡检轨迹，控制单元输出指令给执行单元，控制执行单元移动至初始巡检轨迹各相应地点、并完成光伏电站初始图像采集；
S2、执行单元返回至出发地点，并将光伏电站初始图像传输至处理单元；
S3、处理单元对光伏电站初始图像进行分析处理，以判断并确定出光伏电站的故障区域，将故障区域信息传输至控制单元，具体的：
S31、处理单元将光伏电站初始图像与对应的光伏电站三维模型、历史故障数据进行对比识别，以判断当前光伏电站是否存在故障，若判断为是，则执行步骤S32，否则结束当前操作；
S32、处理单元对判断为存在故障的地点区域进行标记和分类，并将故障区域信息传输至控制单元；
S4、控制单元根据故障区域信息，重新制定二次巡检轨迹，并输出相应指令给执行单元；
S5、执行单元按照二次巡检轨迹移动至相应故障区域、并完成光伏电站二次图像采集；
S6、执行单元将光伏电站二次图像传输至处理单元，处理单元对光伏电站二次图像进行分析处理，以判断故障区域是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息给人机交互单元，并对应存储巡检数据信息；
处理单元具体是根据光伏设备的热成像图像，以分析判断光伏设备表面热量分布情况；
根据光伏设备的表面反射率图像，以分析判断光伏设备表面的脏污情况；
根据光伏设备的外观图像，结合对应的光伏电站三维模型，以分析识别光伏设备的外壳腐蚀损坏情况；
处理单元还根据设定的故障种类，对判断识别为存在故障的光伏设备进行标记、故障分类和记录。
S7、人机交互单元展示当前光伏电站巡检情况以及对应的预警信息，具体是以三维模型的方式展示光伏电站巡检情况，其中，故障位置以红色标记进行展示，并对应展示预警信息。
需要说明的是，步骤S1以及步骤S5中执行单元采集的光伏电站初始图像和二次图像均包括光伏设备的热成像图像、表面反射率图像和外观图像，光伏电站二次图像的清晰度高于光伏电站初始图像的清晰度。
本技术方案考虑到光伏电站巡检主要涉及：光伏板表面脏污情况、光伏板固定情况、光伏逆变器及箱变外壳腐蚀损坏情况、光伏板表面温度测量及附属电缆发热情况。由此提出上述的系统及方法，能通过后台的控制单元控制无人机的飞行轨迹，无人机在定点通过红外热成像技术、多相光谱技术和相机，以拍摄光伏设备的热成像图像、表面反射率图像和外观图像。再通过通迅模块传输给后台的处理单元，处理单元通过存储器内的过往图像，对照智能分析出可能存在故障的区域，再由控制单元重新制定飞行轨迹，通过控制单元引导无人机飞行至故障区域，以近距离拍摄清晰图像后确认故障情况，从而给出准确判断。处理单元同时通过预先的三维建模和多次巡检数据构建数据库，可以通过大量数据分析预测故障发展趋势，以便后续提前做出预警。
本技术方案分为控制单元、处理单元、执行单元和人机互动单元。
(1)执行单元主要由无人机本体、红外热成像设备、摄像设备、多相光谱相机、停机平台和第二通讯模块组成；
a)无人机本体使用工业无人机，具有续航长，飞行状态稳定，抗风性能好等优点。同时需要设置搭载红外热成型设备、常规摄像设备、多相光谱相机和通迅模块接口，并为这些搭载设备提供能源；
b)停机平台主要是无人机待命区域，安装有无线充电装置，为无人机提供电力保障；
c)红外热成像设备的作用是拍摄热成像图像，由处理单元据此来判断光伏板表面热量分布情况，防止热斑效应的出现影响光伏板发电效率；
d)常规摄像设备通过拍摄外观图像，由处理单元据此与处理器单元中储存的光伏电站三维模型进行人工智能对比分析，以识别光伏板、光伏逆变器及箱变外壳腐蚀损坏情况；
e)多相光谱相机通过拍摄光伏板表面光谱反射率图像，由处理单元据此来判断光伏板表面的脏污情况；
f)第二通迅模块主要作用是将无人机拍摄的各种图像传输给处理单元，以及接受控制单元发出的相应指令；
(2)控制单元主要是接收处理单元的指令，完成飞行轨迹的规划制定，执行单元通过各类设备采集信息后，由处理单元分析后，判定下一步合理的执行操作，由控制单元传输指令到执行单元的第二通讯模块进行操作。
(3)处理单元主要由存储器、处理器、第一通讯模块组成。处理单元通过第一通讯模块接收执行单元传输的各类图像，处理器基于人工智能算法和存储器中的三维模型、历史故障数据进行分析判断，据故障种类，对故障光伏板或逆变器或箱变编号进行标记、分类和记录。然后通过控制单元引导执行单元靠近故障区域拍摄清晰图像后确认故障准确情况，并通过手机端和PC端同时向工作人员发出预警。完成一次巡检后，处理单元会将数据归类录入存储器中的数据库，作为以后分析的数据参照。
(4)人机互动单元分为手机端和PC端，以三维模型的方式显示光伏电站巡检情况，巡检不正常的情况将以红色标记，并在每次巡检后，向工作人员报警。工作人员也可使用手机端和PC端调取历史巡检数据。
本实施例应用上述技术方案的具体过程如图3所示：
一、搭载各类摄像装置的无人机从配备无线充电装置的停机平台出发，根据预设的行进路线飞行。
二、无人机根据预设路线悬停于光伏板上方一定高度(视光伏板大小调整)的定点，同时开启无人机搭载的三种镜头，拍摄热成像、外观图像和多相光谱反射率图像。拍摄完成后通过执行单元通讯模块回传后台处理单元。
三、处理单元接收到执行单元第二通讯模块传回来的图像后，通过存储器内三维建模和历史数据的对照、以及人工智能分析后，对可能存在的故障的区域标记和分类。
四、处理单元通过控制单元引导无人机再次飞行至故障标记处，降低飞行高度，重新拍摄更为清晰的图像、并通过执行单元第二通讯模块回传处理单元。
五、处理单元接收到回传的图像后，再次对照存储器内三维模型和历史数据、通过人工智能分析确定故障情况，并通过手机端和PC端同时向工作人员发出预警。
六、无人机返回停机平台充电。处理单元将本次巡检数据存入数据库，并根据数据库内过往数据分析故障原因及故障趋势，预测将来故障的可能发生位置。
综上可知，本技术方案能有效解决传统的光伏设备日常巡检中的交通、人力成本、时间成本等问题。本技术方案通过多种摄像装置的配合及无人机空中定点的广域视角，能够快速、准确、有效地发现故障区域，尤其是针对很多人力难以触及地区域，还能进行预测性状态检修作业。本技术方案能够大幅提升光伏设备故障诊断效率及故障预警反应速度，为光伏设备的稳定运行提供有力保障，减少故障及维护时间，增加设备有效运行时长，提高发电效率。同时，通过初始的三维建模和后期不断增加巡检数据构建而成的数据库，基于人工智能算法进行数据分析，能够对部分故障点进行预测性分析，从而达到防范于未然的效果。

Claims (10)

1.一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，其特征在于，包括控制单元(1)、处理单元(2)、执行单元(3)和人机交互单元(4)，所述处理单元(2)分别与控制单元(1)、执行单元(3)、人机交互单元(4)相连接，所述控制单元(1)与执行单元(3)连接，所述控制单元(1)接收处理单元(2)的相应指令，用于制定巡检轨迹，并控制执行单元(3)按照巡检轨迹移动至相应地点、完成图像采集；
所述处理单元(2)从执行单元(3)获取采集的图像，通过分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并对应存储巡检数据信息；
所述人机交互单元(4)用于展示当前光伏电站巡检情况以及预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，其特征在于，所述处理单元(2)包括存储器、处理器和第一通讯模块，所述第一通讯模块分别与控制单元(1)、执行单元(3)、人机交互单元(4)相连接，所述存储器内更新存储有当前光伏电站的三维模型及历史故障数据；所述处理器采用人工智能算法对执行单元(3)采集的图像进行分析处理，以确定故障区域、判断是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息，并将当前巡检数据信息归类录入存储器。
3.根据权利要求2所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，其特征在于，所述执行单元(3)包括无人机、第二通讯模块以及停机平台，所述无人机上搭载有图像采集模块，用于采集光伏设备的热成像图像、表面反射率图像以及外观图像；所述第二通讯模块分别与第一通讯模块、控制单元(1)相连接，以传输采集的图像、接收控制单元(1)输出的相应指令；所述停机平台上安装有无线充电装置，以提供电能给无人机。
4.根据权利要求3所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，其特征在于，所述图像采集模块包括红外热成像仪、多相光谱相机和摄像头。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断系统，其特征在于，所述人机交互单元(4)包括移动手机端和PC端。
6.一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据预设的初始巡检轨迹，控制单元输出指令给执行单元，控制执行单元移动至初始巡检轨迹各相应地点、并完成光伏电站初始图像采集；
S2、执行单元返回至出发地点，并将光伏电站初始图像传输至处理单元；
S3、处理单元对光伏电站初始图像进行分析处理，以判断并确定出光伏电站的故障区域，将故障区域信息传输至控制单元；
S4、控制单元根据故障区域信息，重新制定二次巡检轨迹，并输出相应指令给执行单元；
S5、执行单元按照二次巡检轨迹移动至相应故障区域、并完成光伏电站二次图像采集；
S6、执行单元将光伏电站二次图像传输至处理单元，处理单元对光伏电站二次图像进行分析处理，以判断故障区域是否发生故障、确定故障类别、输出预警信息给人机交互单元，并对应存储巡检数据信息；
S7、人机交互单元展示当前光伏电站巡检情况以及对应的预警信息。
7.根据权利要求6所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1以及步骤S5中执行单元采集的光伏电站初始图像和二次图像均包括光伏设备的热成像图像、表面反射率图像和外观图像，所述光伏电站二次图像的清晰度高于光伏电站初始图像的清晰度。
8.根据权利要求7所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、处理单元将光伏电站初始图像与对应的光伏电站三维模型、历史故障数据进行对比识别，以判断当前光伏电站是否存在故障，若判断为是，则执行步骤S32，否则结束当前操作；
S32、处理单元对判断为存在故障的地点区域进行标记和分类，并将故障区域信息传输至控制单元。
9.根据权利要求7所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S6中处理单元具体是根据光伏设备的热成像图像，以分析判断光伏设备表面热量分布情况；
根据光伏设备的表面反射率图像，以分析判断光伏设备表面的脏污情况；
根据光伏设备的外观图像，结合对应的光伏电站三维模型，以分析识别光伏设备的外壳腐蚀损坏情况；
处理单元根据故障种类，对判断识别为存在故障的光伏设备进行标记、故障分类和记录。
10.根据权利要求6所述的一种光伏电站智能巡检故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S7中人机交互单元具体是以三维模型的方式展示光伏电站巡检情况，其中，故障位置以红色标记进行展示，并对应展示预警信息。
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