无人机巡检、诊断系统在光伏项目上的应用研究

无人机巡检、诊断系统在光伏项目上的应用研究

渠中权

大唐岩滩水力发电有限责任公司  广西河池  530811

摘 要：针对光伏人工巡检中存在的成本高和效率低问题，无人机智能巡检具有重要应用价值。在完成无人机智能巡检系统硬件以及软件平台设计后，结合无人机巡检过程，可以实现对风电光伏故障的有效检测。检测结果显示，无人机智能巡检和人工巡检相比具有显著优势，具有一定准确性。

关键词：无人机；智能诊断；光伏项目；应用

在新能源行业发展进程中，我国光伏发电装机容量也迅猛增长，进一步提高了光伏电站智能运维、检测、诊断的科技水平。随着光伏发电机组生命周期的不断延长，光伏运行维护难度较大。传统人工巡检中，工人劳动强度较大、时间长、成本高、效率低等，无法满足现代光伏故障检测需求。为了提升工作效率，降低维护成本，在智能化水平发展中，无人机智能巡检技术随之出现并得到应用。

1 无人机智能巡检应用价值

无人机智能巡检在光伏故障检测中的应用，有助于显著降低巡检成本。很多光伏是在人迹罕至的区域内安装，这些区域一般空旷无人，路途陡偏，人工巡检难度较大，危险系数较高，尤其对于水面光伏，人工巡检需要驱船行进，穿戴救生衣逐个检查，检查较慢。人工巡检本身也需要专业人才以及大量资金的投入，对巡检人员的工作经验、技能水平要求较高。无人机巡检对于地形和环境的要求不高，在远程操控下就可以记录目标光伏阵列巡检内容，显著降低了人工参与工作量，降低了检测成本，同时也提升了巡检安全性。另外，在无人机智能化科学技术的应用下，构建了完善的无人机智能巡检系统，功能随之完善，进一步提升了无人机工作全面性以及工作效率，也有助于降低故障发生率，为光伏发电系统运行安全性提供了有效保障。

2 无人机简介及无人机巡检流程

2.1 无人机简介

Matrice300RTK（以下简称M300 RTK）集成DJITM先进的飞控系统、六向双目视觉＋红外感知系统和FPV摄像头，兼容全向避障雷达，并具备六向定位和避障，精准复拍（配合H20系列），智能跟踪（配合H20系列），打点定位（配合H20系列），位置共享（配合H20系列），飞行辅助界面等先进功能。内置DJI AirSense可检测周围航空器情况，以保障飞行安全。机身结构在飞行过程中防护等级可达IP45。快拆式起落架和可折叠机臂方便收纳及运输，且有效缩短起飞前的准备时间。机身配备夜航灯便于在夜间识别飞行器，配备补光灯以便在夜间或弱光下获得更好的视觉定位效果，提升飞行器起障和飞行安全性。飞行器内置RTK模块，可实现高精度准确定位。双电池系统提升飞行安全系数，空载时飞行时间约55 分钟。

2.2 无人机巡检流程

在无人机智能巡检中，先要在无人机的应用下排查光伏周围环境及其相关影响因素，审核相关数据，最后，完成无人机系统程序的设置，保证在无人机工作范围内不存在密集树林和高大构筑物，以免影响无人机的正常工作。在完成无人机的起飞准备工作后，可以依照技术人员的指令进行起飞和巡检，在此过程中详细记录无人机的起飞情况。巡检过程中，技术人员依照设定的路线采用遥控器对无人机飞行路线实施控制，一旦出现飞行偏离情况，则可以立即对其实施手动操控，需要有效确保无人机始终在预定线路中飞行。飞行速度需要结合当地的地形和环境情况来确定，如果需要对输电线路实施精细化巡检，则可以适当放慢飞行速度，控制在4m/s范围内。

3 无人机智能巡检诊断系统

无人机巡检数据管理平台，通过对无人机获取的可见光、热红外照片进行分析，能够实现对光伏组件故障的识别与定位。从而做到及时发现直流侧发电单元的故障设备，缩短设备故障消缺时间，减少因设备故障损失的电量，提高光伏电站设备质量与性能水平，从而提高光伏电站的发电量。此外，自动且快速的诊断过程能够大量节约人工巡检的时间，与传统方法相比，更安全、高效和准确。

3.1软件功能

3.1.1工程管理

“工程管理”提供对无人机巡检任务工程创建、数据导入，对已创建工程的打开、保存功能，以及对工程诊断结果的概览和数据上传。功能菜单具体表现为：新建工程、打开工程、保存工程、图像导入、红外导入、航线导入、数据上传。在状态栏中点击“工程管理”。

3.1.2地图管理

“地图管理”针对卫星地图和无人机高清地图进行管理，包括底图添加（添加自制地图、离线卫星地图等）、地图定位（输入位置信息自动定位）、底图数据的放大和缩小、全景地图的展示、测量（面积测量、距离测量）、输出地图。

3.1.3分析管理

“分析管理”提供可见光与红外图像的显示、比较、旋转、标记以及对标记的清除、全清和类型介绍等功能，另外，可对诊断结果导出诊断报告。如下图所示。页面右侧显示对应的可见光与热红外图像预览图像。

3.2辅助工具

无人机巡检数据管理平台辅助功能主要包括：图像转换，工程对比等功能。

4应用分析

4.1项目概况

某水光互补光伏发电项目利用水面库衩资源建设光伏电站，不占用主航道，同时可利用光伏组件下方的水域进行渔业养殖。充分利用当地的气候与水面条件，实现阳光、水面资源的立体高效利用，提高单位水面面积综合效益。本光伏电站工程装机容量为133.21728MWp，新建一座110kV升压站。场区内采取分块发电、集中并网方案。场区共32个发电单元，每个发电单元安装9408块445Wp/440Wp光伏组件，每个光伏组串由28块组件串联组成。

4.2 无人机智能巡检的应用效果

上述项目在无人机智能诊断系统巡检中可以发现，无人机智能巡检结果中能够准确发现光伏组件上的异常热斑情况，由此可见，在光伏故障诊断中无人机能够准确识别异常热斑，为工作人员针对光伏运行维护提供了重要的参考依据。其中光伏电站在长时间运行中，容易出现各种裂纹、损坏等异常问题，也会存在落叶、尘土等覆盖情况，如果一旦对光伏组件造成影响，则会导致存在局部阴影，引发组件内部部分电池单片电流和电压出现改变，即会加大太阳电池组件布局电流和电压之积，提升局部温度。另外，太阳能组件中部分电池单片如果具有缺陷，也会引发组件出现局部温度升高，发生热斑。在热斑效应下，温度持续升高达到极限，则会导致电池组出现焊点熔化，造成栅线损伤，导致出现严重后果。因此，无人机智能巡检在光伏故障诊断中的应用，更有助于提升检测准确性，为风电光伏稳定运行提供了有效保障。

5 结束语

无人机智能巡检和人工巡检结果相比，能够实现对光伏组件异常热斑的有效检测，能够有效防范异常热斑对光伏组件的损伤，为相关工作人员运行维护提供相关参考依据，确保光伏电站的稳定运行，提升运行安全性和可靠性。同时，无人机智能巡检在光伏故障检测中的应用，操作简单、维护便利，具有较高性价比。

参考文献

[1] 周兵德.无人机智能巡检在风电光伏故障检测中的应用[J].电子乐园,2019(4):0029.

[2] 徐进,丁显,宫永立,等.无人机智能巡检在风电光伏故障检测中的应用[J].设备管理与维修,2019,(7):170-172.

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