2024光伏电站智能巡检系统技术方案

光伏电站智能巡检系统技术方案目录TOC\o"1-2"\h\u2408光伏电站智能巡检系统技术方案 14011.1.智能巡检系统 36541.1.1.无人机（含机库）自动巡检 3263991.1.2.机器人自动巡检 18222631.1.2.1.机器人自动巡检系统设计 2225975模块化设计 239339统一性原则 2332343统一性原则 23268131.1.2.2.轮式智能巡检机器人的基本功能 2319341(1)智能仪表识别 2324388(2)自主巡检功能 2418713(3)实时监控和环境监测功能 2520574(4)双向语音对讲 254401(5)音频智能采集 267169(6)数据统计和报表输出 2724615(7)预警功能 2716546(8)自动充电功能 2818527(9)监控后台功能 2826060(10)系统自检功能 297941(11)安全运行及自动避障 29智能巡检系统新能源光伏电站智慧光伏技术研究与示范项目采用无人巡视和机器人巡视的智能装置，同时借助现场智能化视频监视、智能传感元件，实时智能巡检功能。无人机（含机库）自动巡检光伏电站并网后带来了大量的运维压力，如常规的设备检测、光伏板巡检等。传统的巡检方式主要依赖于感官，人工巡检主观性较强，巡检质量参差不齐、巡检效率较低、重复性大，同时人工对巡检数据的整理工作量较大、易出错且历史数据不易追溯、巡检数据难以形成系统化。光伏电站并网后带来了大量的运维压力，如常规的设备检测、光伏板巡检等。传统的巡检方式主要依赖于感官，人工巡检主观性较强，巡检质量参差不齐、巡检效率较低、重复性大，同时人工对巡检数据的整理工作量较大、易出错且历史数据不易追溯、巡检数据难以形成系统化。在偏远地区恶劣的自然环境下，幅员辽阔的光伏电站巡检工作，十分困难和危险。对于农光互补、渔光互补、屋顶电站等光伏区，传统的人工巡检不能满足巡检需求，无法实现安全巡检的目的。受限场站设备高度，巡检人员只能以平视或仰视角度巡检，无法直接观察到设备高处或顶部情况，存在较多盲区。无人机智能巡检通过无人机技术、视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件异常情况引起的热斑损等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。系统终端设备采用大疆经纬M300RTK无人机，搭载禅思H20T云台相机，对光伏组件进行红外及可见光的有效拍摄，通过视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件由灰尘、污垢、遮挡、鸟粪、隐裂、破损、二极管损坏等异常情况引起的热斑等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。AI技术和深度学习算运维无人机配备高精度红外4K可视双相机，拥有航点巡航模式，可自动规划最优巡检航线，无需飞手，即可实现一键起飞、自动巡航/返航功能，运用计算机视觉识别技术实现光伏组AI技术，通过4G/5GAPP智能控制高精度定位系统。3%-20%，开创了光伏组件机器人清洁的新时代。打造成为全球一流的智能风光运维产品及服务供应商。图41机库式无人机巡检方式1)项目背景和目的随着光伏行业的不断发展，越来越多的大型光伏电站建立，电站的光伏面板及其它设备的数量需求非常庞大，传统的人工巡检方式已无法满足，需要投入更多的人力、物力进行巡检。同时由于电站地形地势的原因，人工巡检无法到达一些隐蔽区域，从而形成巡检盲区。且因人工巡检周期较长，巡检的频率很低，导致很多电站故障无法及时发现。光伏运维无人机操作灵活、简便、高效，相比于常规的人工巡检，光伏运维无人机巡检效率更高。光伏运维无人机不受地面障碍物的影响，飞行速度可达到6m/s,每次飞行30分钟可以检测3~5MW的太阳能面板；无人机搭配双目相机（红外热成像相机+4k高清相机）及后台处理系统，能够准确定位出电站的潜在隐患。无人机也可以进行全景图建模，方便业主进行电站初期的踏勘；在已建成电站绘制全景图，可提升运维效率，精准定位热斑。2)主要功能（1）通过调研分析和实地技术验证，研究适合新能源光伏电站地理及气候环境、满足光伏板安全巡查业务要求的无人机平台，实现基于无人机的空中巡视、空中拍照、空中摄像等功能。（2）对电池板热斑、隐裂、龟裂、电池板积灰等常规巡检。建立光伏板安全风险点管理和巡查影像管理数据库，实现飞行控制、任务生成、信息传输、数据采集、数据存储、数据检索、数据分析以及风险预警等功能。（3）建立光伏站无人机巡检管理体系，形成无人机巡查常态化运行机制，降低人员巡检工作量。（1）总体流程实现图42光伏电站无人机巡检执行功能框图图38图43光伏电站无人机巡检流程图（2）场站建模场站的模型建立主要是基于大疆无人机的大疆智图软件，结合场站和系统的实际情况进行建模。建模的步骤主要有：模型航线规划、模型数据获取、模型重建。模型航线规划：在选定目标区域可自动生成航线，如图所示。提供地图打点、KML文件导入、飞行器打点等3种方式添加边界点。规划过程中，界面会显示预计飞行时间、预计拍照数及面积重要信息。图44光伏电站无人机巡检建模图采用大疆智图+P4R：完成对光伏场站的二维建模。该步骤主要在系统部署前期进行，通过正射影像图（DOM）进行光伏电站可视化展示，数字地表模型(DSM)用于高精度仿地航线规划，规避障碍物。整个系统的作业流程主要分为二维建模、航线规划、自主巡检、热斑识别及报告输出等四个步骤，如下图所示。可通过航迹规划软件进行手动采集航点，将光伏电站数字地表模型(DSM)导入管控平台，选出方阵区域，自动规划彷地航线（真仿地航线）。普通区域规划只能按平面来，山地场景会导致照片内物体忽大忽小，伪仿地飞行航线可沿整体地形仿地飞行，两航点中间的地形变化无法处理，真仿地航线可实时依据地形变化。图45二维建模地图界面图46二维建模地图实际应用图（3）组件编号根据建立的场站模型，结合施工图及场站实际施工情况，对场站内的所有组件进行自动定位及编号，在系统中建立对应关系，方便进行故障定位。图47组件自动识别编号图48组件自动识别编号（4）航线规划定可通过航迹规划软件进行手动采集航点，将光伏电站数字地表模型(DSM)导入管控平台，选出方阵区域，自动规划彷地航线（真仿地航线）。图49仿地航线示意图普通区域规划只能按平面来，山地场景会导致照片内物体忽大忽小，伪仿地飞行航线可沿整体地形仿地飞行，两航点中间的地形变化无法处理，真仿地航线可实时依据地形变化。通过航线规划，可实现：（1）完成光伏航线的自动规划（2）提前确认航线安全图50自动航线示意图（5）无人机巡检光伏运维无人机，采用人工智能AI技术和深度学习算法，适用于不同类型的光伏和风力电站巡检。运维无人机配备高精度红外及4K可视双相机，拥有航点巡航模式，可自动规划最优巡检航线，无需飞手，即可实现一键起飞、自动巡航/返航功能，运用计算机视觉识别技术实现光伏组件故障自动识别，采用人工智能AI技术，通过RTK双天线和4G/5G通讯，可支持APP智能控制和云端远程管理，基于智能算法和RTK高精度定位系统。有效提升光伏电站发电量3%-20%。用户根据设备台账及生产、巡检计划等，在管控平台上制定各种任务类型的巡检计划，下发给指定的机场。图51无人机巡检过程无人机智能巡检系统主要分为固定机场系统、胶囊机场系统和航母系统。其中固定机场系统布置于固定区域，以机场为圆心，巡检覆盖半径区域内的光伏场站；胶囊机场系统在皮卡上搭载机场，可支持2架飞机巡检，适用于长距离复杂路况区域电站间的移动巡检。（6）智能诊断软件平台功能图片采集功能热斑识别功能：根据光伏电站红外照片和可视照片，可自动识别出红外照片中的热斑状态，并在红外照片中标识出热斑位置，识别精度QUOTE12c㎡大小、温差10℃的热斑，软件自动识别，人工可标识确认修改；故障定位功能：热斑照片信息生成GPS信息列表，智能诊断可识别出热斑位置后，并生成GPS信息列表，智能诊断平台可以将红外照片和可视照片一一对应显示，可导入平板电脑中，方便运维人员现场寻找热斑位置；云直播功能：提供原厂的云监控平台，方便业主远程监控无人机运行状态，查看无人机的实时视频情况，实现云直播功能；云监控平台不仅可实现云直播功能，也可以保存每次的飞行数据、电站地图等信息；智能诊断平台可以自动生成WORD、PDF等格式的巡检报告，内容包含但不限于巡检情况、智能识别结果、总结和建议等内容。智能诊断平台软件提供故障诊断结果和巡检结果，实现数据远传功能，提供可采用直接通信方式提供或文件格式提供，并按通信协议具体报文格式或文件解析详细说明，满足区域集控中心建立一体化智慧运营平台要求。图片标定主要用于对各巡检计划下所采集数据的标记管理，支持可见光照片定性标记及红外照片定量标记。可实现缺陷设备类型、缺陷类型、缺陷位置、缺陷内容的选择标记，并支持对红外照片进行测温标记，满足作业人员对巡检任务的精细化闭环管理。同时所标记内容支撑巡检报告、“巡检数据”模块、相关巡检数据的统计分析。图51数据标记界面图片位置标记图片标定完成后，系统结合RTK定位信息，依据电站的高清平面地图和缺陷图片内的位置信息等，将缺陷图片附着在高清平面地图上，标注出热成像图片中高温点在整个电站的位置，同时保存该缺陷对应的热红外和可见光图像。为后续人员的维护和消缺提供精确故障及位置信息。整个过程无需人工参与，由自动完成。整个巡检流程结束之后，地面站可以输出一份带有之前所有问题标记点的地图，点击标记点可查看该点对应的可以见图片与热成像图片，利用标记地图就可以定位问题光伏板，在整个光伏电站的位置范围，便于人工复查确认缺陷、问题情况，无人机拍摄的每张红外图片都有对应的GPS坐标，通过无人机智能诊断系统识别出热斑位置信息列表，将列表导入平板电脑，可在平板电脑上显示热斑位置和运维人员的相对位置，运维人员可持GPS采集器和平板电脑及时定位热斑并准确寻找到热斑。图52图片为位置标记（7)远程直播系统具备直播功能，巡检视频可以实现远程直播，第三方的监控平台只要支持GB/T28181或者eHOME协议即可接入直播视频，在监控中心即可实现观察无人机的巡检视频。实现对机场内/外部环境状况、无人机状态、巡检任务进度、今日活跃计划、今日活跃人员、活跃设备的实时监控记录。无人机在执行任务过程中实时图传，通过控制中心端远程实时查看无人机现场作业视频。自动机场可支持双链路接管，可灵活地对飞机进行控制。通过4G/5G网络直联飞机或机场转发的方式，应对突发情况实现远程接管，接管可实现无人机控制、云台控制及飞行动作控制。智能诊断系统的结果直接上传云端，电站飞行地图也可上传云端，资料永不丢失。客户可以随时访问数据，简单便捷图53远程接管界面（8)巡检报告系统根据无人机的飞数据，自动快速识别、缺陷分析，一键生成缺陷报告。报告中会载明飞行信息、检测结果、巡检总结及建议、电量损失分析、故障组件详情等信息。其中会详细载明异常组件的信息，载明因鸟粪、遮挡、碎裂、二极管故障、掉串、电池片原因引起的故障数量、定位信息、及推荐的故障解决方案。光伏电站日常巡检和运维工作贯穿于整个光伏电站生命周期，是保证光伏电站达到预期效益的重要手段。随着光伏电站的发展，巡检运维工作呈现出“无人化，智能化，集中化”的发展方向，在光伏电站巡检和运维活动中引入无人化和智能化已成为光伏电站日常管理工作的重要工作。结合大数据平台，对获取的海量数据进行分析，从而对易出现故障的区域以及故障周期等等做出判断。自动生成报告。图54无人机巡检报告（9）复查与消缺系统根据巡检结果，系统指派无人机拍照复查，将诊断结果下发到维护人员移动终端，如图所示。维护人员，根据高清平面地图中标记的缺陷位置，去现场复查有缺陷问题的光伏板。通过手持热成像仪器确认具体缺陷面板后，复核缺陷原因，进行维修更换。图55无人机巡检核查数据图56无人机巡检核查数据图57无人机巡检核查数据机器人自动巡检智能巡检机器人系统以智能巡检机器人为核心，整合机器人技术、电力设备非接触检测技术、多传感器融合技术、模式识别技术、导航定位技术以及物联网等技术，专门针对升压站环境所设计的智能一体化巡检系统。它不仅能够实现电站全天候、全方位、完全自主的智能巡检，而且能够有效降低工作人员劳动强度，降低电站运维成本，提高正常巡检作业和管理的自动化和智能化水平，为无人值守光伏电站提供创新型的技术检测手段和全方位的安全保障。采用智能巡检机器人系统进行光伏电站巡检，既具有人工巡检的灵活性、智能性，同时也克服和弥补了人工巡检存在的一些缺陷和不足，更适应智能电站发展的实际需求，具有巨大的优越性，是智能电站巡检技术的发展方向新能源光伏电站自动巡检系统应用于升压站35KV室、中控室、继保室（二次设备间）等，实现对这些区域的智能化自动巡检。拟计划在本项目35kV配电室配备一套轮式巡检机器人，在二次舱配备一套轮式巡检机器人。图58轮式机器人巡检核查数据系统智能巡检机器人系统是以智能巡检机器人为核心，结合智能机器人本地监控系统和通信系统，运用最新的最先进的技术对全厂的设备、仪器仪表进行巡检和读数。同时通过不断的自学习，提高识别能力。识别能力主要包括两方面(1.电气设备、仪器仪表多样化;2识别的正确率)。智能巡检系统由智能巡检机器人、智能机器人本地监控系统、电源系统等组成，能够遥控或自主开展巡检作业。巡检机器人由移动载体、通信设备和检测设备等组成，采用遥控或全自主运行模式，用于设备巡检作业的移动巡检装置图59轮式机器人巡检核查数据系统光伏电站升压站35KV室、中控室、继保室（二次设备间）等一直是电站运行管理的可靠性的薄弱环节之一，影响设备运行、如浸水导致设备损坏、配电房设备被盗等，既容易烧毁设备，严重影响用户正常的用电情况，多年来，由于光伏电站人员配置少、缺乏检测手段，一般都只进行日常巡视，不能及时反映运行状况真实情况，也不能及时解决实际问题。红外摄像头测温：目前光伏升压站的巡检方式一般采用传统的定期人工巡检方式，随着光伏电站无人值班推进，不仅加大了运行人员的工作强度，同时由于人工巡检是定期执行，对于一些突发情况，往往会错过最佳的处理时间，造成严重损失。采用红外摄像头和智能巡检机器人进行巡检，可实现不间断地对配电房进行反复巡检，并实现对设备状态的连续、动态采集，确保第一时间发现缺陷和突发问题。图60红外摄像投与轮式机器人红外仪表读书巡检机器人能在高压、强磁环境下自主完成导航定位、充电及巡检等工作。巡检机器人搭载高清可见光摄像机、红外热成像仪等检测设备，能够完成设备外观、开关、仪表、指示灯的智能视频识别、电力设备红外测温、声音采集、柜体局放检测等工作，配合机器人配套的通信供电系统、后台管理系统等，系统能够进行基于视频内容的自动检索及预警、自动存储记录、自动数据分析和自动远程传输，帮助运维人员全面掌握变电站设备的运行情况。图61轮式机器人户外巡检开展升压站自动巡检系统的应用研究，通过融合自主导航与避障、自主充电等技术，实现升压站自动巡检红外测温、机器视觉识别等功能。巡检机器人采用差分GPS算法辅助定位，结合高精度光纤陀螺，实时获取位置姿态信息，实现高精度定位要求。巡检机器人搭载有标准红外热像仪，拥有最高温十字定位及温度显示功能，异常温度报警功能，自动生成“电器设备红外检测报告。机器人可完成仪表数值读取、瓷瓶漏油检测、墙角阴水漏水检测、指示灯状态检测及机柜温度测量等功能。巡检机器人搭载有拾音器，能够采集设备运行中发出的声音，通过对声音进行时域和频域的分析，判断设备工作状态是否正常。升压站设备的管理和数据调用只通过巡检机器人实现，机器人控制子系统、机器人环境监测子系统等内容整合成一个统一的数据平台，向巡检系统传送各种信息、信号，并接收、执行中心主站的各种指令，实现各种系统功能。图62轮式机器人室内巡检视频巡检是智能巡检系统的核心功能之一，机器人通过自身携带的高清可见光摄像机，完成现场环境、设备的视频图像采集。同时，可利用高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别视频内容，准确对各种表计、指示灯、开关等进行识别，并基于分析结果判断设备运行状况，当出现异常时及时报警，并自动记录报警信息。红外测温机器人利用自身携带的红外热成像仪对现场设备进行红外图像数据采集，从中提取设备的温度信息，实现对设备的温度检测，并能够准确分析各类检测点温度是否异常，发生异常是自动告警。检测完成后能够自动生成任务报表，方便运维人员查看。机器人自动巡检系统设计系统软件应采用标准化、网络化、分布式的系统结构，具有高度的可靠性和安全性，同时符合ISO/OSI开放系统互联标准。系统的硬件接口应采用国际、国家、行业标准，支持与其它标准硬件、其它网络及不同生产商的设备互联。可以达到信息资源共享。系统所选用的硬件平台应符合现代工业标准，具有一定市场销售规模的通用化、系列化的标准产品，并有可靠的维修服务支持，存在有其它替代品的可能。轮式智能巡检机器人的基本功能。图63轮式机器人图通信方案模块化设计为适应系统多级监控要求，系统的每一个子系统保持高度的独立性。保证每一子系统的性能、安全可靠性及系统的标准化、开放性，并且给客户在每一个子系统上提供更多的选择，使系统具有灵活的多级组网能力。统一性原则规范建设、统一管理，以确保整个系统的各种软件、硬件均符合相关的国际、国内标准，保证业务、功能、界面、内容的高度统一化和标准化，从而达到服务的规范化和管理的高效性。统一性原则采用国际最新的科技成果，从而保证整个系统在技术上处于领先地位，系统在建成后一段时间内不会因技术落后而大规模调整，并能够通过升级保持系统的先进性，延长其生命周期，同时又要保证先进的技术是稳定的、成熟的，支持现有的多种网络协议。轮式智能巡检机器人的基本功能智能仪表识别通过机器人自身携带的可见光摄像机，完成二次设备屏柜内各继电保护设备及网络安全设备视频图像的数据采集，通过自主开发的高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别图像内容。巡检机器人能根据智能仪表识别结果进行预警，发现设备及环境状态异常时，自动产生报警信号，提醒运维人员及时处理异常。图64轮式机器人图通信方案自主巡检功能能够自主完成室内的巡检工作，具有高度自动化和智能化的特征。自动巡检的模式主要有：定时巡检、例行巡检、特殊巡检、单次巡检及人工控制巡检等，各种模式支持互相切换。机器人能够按照事先设定的巡检模式完成任务，按照既定的规则完成表计读数、电力设备温度测量及环境监测等巡检活动，同时支持人工要控巡检。本功能利用装配较清晰的摄像头的机器人获取目标区域的数据，采用但不限于缩放、模糊等图像预处理，获得多幅预处理图像；再通过目标区域成像信息，提取目标区域的多个特征，如纹理（LBP）特征、颜色（LUV、HSV）特征、边缘梯度（采取但不限于HOG）特征等，建立一个针对轮廓的分类器（如SVM支持向量机、朴素贝叶斯、决策树、深度学习或Adaboosting等）。服务器上搭载了对拍摄图片进行识别的功能，当前版本可以进行识别的分类有6种。识别的内容要与数据库的元件进行对应，需要现场工程师通过机器人识别标定软件RobotTool进行事先标定，生成识别模板。图65轮式机器人自主巡检功能实时监控和环境监测功能巡检机器人采集的现场实时可见光视频、热成像视频和现场实时音频等信息，通过无线网络传输到服务器存储到磁盘阵列中，并且通过信息的转发再下发到各客户端，在后台管理界面中呈现。机器人智能巡检系统携带温湿度传感器、烟雾传感器、光照传感器等，可以监测升压站温度、湿度、光照强度、烟雾参数等实时环境信息，并将信息反馈给系统后台。同时可设置报警的限值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，烟雾报警限值，超过限值后立即声光报警以及在后台中显示告警，以防止由于工作人员对环境的误判，造成生命危险。图66轮式机器人环境监测双向语音对讲巡检机器人系统搭载双向语音系统，机器人上安装有应急广播扬声器和监听麦克。用于监控中心和现场工作人员进行双向对讲，实现对现场的远程监控指挥。与此同时，依托综合管理平台，语音数据可在电力网上传输，不同层级的监控平台均可进行数据连接，快速高效的形成一套远程专家指挥系统。图67轮式机器人对讲功能音频智能采集巡检机器人系统搭载有高灵敏度的声音采集设备，并随云台一同转动，定向采集二次设备告警声音、运行声音及其他音频信息。系统采用国际领先的音频降噪算法和声音识别技术，减轻环境噪音干扰，增强音频信息识别的准确性和可靠性，同时音频数据经过处理后进行存储、播放。同时现场部署27套工业收声装置，实施音频采用，进行箱变声波分析。图68工业收声装置和轮式机器人声纹分析图69轮式机器人声纹分析数据统计和报表输出监控平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。监控平台对数据进行标准化的整理与排序，支持excel报表导出保存。运维人员可根据任务或监控点在监控平