渔光互补电站智能巡检技术探索

渔光互补电站智能巡检技术探索

胡 超

华电湖北发电有限公司 430071

摘要：“渔光互补”电站是一种符合“双碳”目标、“上可发电、下可养鱼”的新型清洁发展模式，高效利用鱼塘的占地面积，不仅节省了传统光伏电站建设所需的大量土地资源，而且不影响渔业养殖收益的同时通过发电产生新了收益，具有良好的经济与社会效益。但在其运行过程中，由于其特殊的运行环境决定，存在巡检与维护困难的问题。本文设计了智能化巡检系统，主要包括无人机巡检系统、两栖检修平台和智能综合监测管理平台，提供了“渔光互补”电站智能巡检与维护的解决方案。

关键词：渔光互补；智能巡检；无人机；两栖检修

由于“渔光互补”项目光伏组件、汇流箱、跟踪系统和组串逆变器均安装在水面的光伏支架上方，为了防止洪水浸泡光伏组件，一般距水面高度在3-5m左右，具体高度因当地水文气象条件决定。因此该项目与传统地面光伏相比在巡检和维护方面存在劣势，具体表现：⑴光伏组件巡检及维修需要登高，且地面条件由于有水、淤泥等，相对陆地更为复杂，同时由于光伏组件距离水面较高导致风阻较大，容易造成光伏板吹落和倾角变化等风险。⑵对于光伏板的热斑和光伏板倾角调整、混流箱故障等问题监测不方便；⑶光伏板表面清洗问题、跟踪系统检修、电站精细化运行等问题不易解决。

为切实解决渔光互补光伏电站运维中的痛点、难点问题。某渔光互补光伏电站通过引进人工智能、物联网和大数据等最新科技手段，旨在建设一套水陆空全域渔光互补项目智能巡检系统，其中包含无人机智能巡检系统、智能水陆两栖巡检平台和智能综合管理平台。智能综合管理平台将无人机巡检数据和智能水陆两栖巡检管理信息一同接入，实现对各系统的数据分析与综合管理。同时该系统还可以接收光伏电站各个逆变器和汇流箱的数据，实现电站精细化运行管理。

一、无人机智能巡检系统

根据光伏场站环境特点，设计搭建满足续航、载荷、自动飞行、通讯等要求的智能无人机巡检系统，实现智能巡检、拍摄等功能，采集光伏组件状态信息，采用先进的图像识别算法，对光伏组件状态进行诊断，及时发现有问题的光伏板，对目前处于OEM保修期的光伏板进行及时更换，节省大量维修费用。智能无人机系统采用先进的自主导航技术、遥感技术、飞行控制技术，实现自主巡检，回传满足图像处理、故障诊断识别要求的清晰图像以及位置信息等数据，以便光伏电站运营单位及时处理相关故障。

针对光伏场站巡检过程中经常出现的光伏板集中、故障点标注及后期维修难等问题，在无人机智能巡检系统设计中提出了光伏板虚拟逻辑编号技术，确保无人机在每次巡检作业时，精准判别识别红外及可见光照片中的热斑、零电流、遮挡、破损、缺失、歪倒、倾斜等故障点位置，并在电子地图上标注出问题坐标，方便用户从全局角度观察故障分布。同时通过引入迁移学习算法，实现了高精度的光伏板边界识别、热斑与倾角异常识别算法，提高了光伏面板识别的精度与速度。

为满足无人机续航、载荷、自动飞行、通讯等要求，还开发了一种自主环境感知与自主决策、自动充放电、自动释放回收、远程一键启停等自动化巡检功能的无人机方仓平台系统，实现了光伏面板巡检的无人化连续作业，提高了无人机作业的效率。

考虑到光斑识别、光伏板倾角、表面污损等实际需求，综合考虑电站巡检面积、气象条件、地理位置等因素，无人机搭载热红外成像相机和可见光成像相机，按照设定路线对电站全区域进行拍摄巡检，自动探测光伏组件热斑、裂纹、污渍等状态信息，传输至综合管理平台，采用先进的图像识别算法，及时识别异常情况，通报异常详情及精确位置信息。

二、智能水陆两栖检修平台

渔光互补电站存在可达性差的问题。在丰水期，水较深，导致船在水面不稳定，从而为运维工作带来挑战；在枯水期，水较浅，河里的淤泥又会给运维工作带来困难，导致了运维时间成本过高，且无法及时进行维护。

针对渔光互补光伏电站光伏板安装高度高、进出维护困难等难题，采用力矩自平衡保持算法，设计研发了一种具有自稳定结构的可升降水陆两栖移动维修平台。通过力矩反馈实现支腿的伸长缩短，并且通过增加浮筒浮力支撑机构，实现了一种可升降的两栖作业平台，适应水面和陆地等多环境作业，提高了作业安全性与便利性。其具有两栖行驶能力，能够自由地在不同水池间行驶，提高了检修效率；检修平台具有自主设计的维持稳定机构，能够适应一定的恶劣环境，保证工作人员能够顺利完成检修作业；同时检修平台自动升降平台，能够根据需求调整检修高度，提高工作人员作业能力。平台系统的安全护栏能够保证操作人员工作过程中的安全。

三、智能综合管理平台

建设智能综合管理平台系统，集成无人机巡检系统以及两栖自稳可升降检修平台的信息监测与控制，接受来自电站现有信息系统的关键信息，结合图像识别系统以及电站现场汇流箱、逆变器、跟踪控制器的数据，给出缺陷或故障的类别及位置信息，将故障信息发布至两栖自稳可升降检修平台，并将信息存入数据库。通过收集无人机巡检系统、电站运行等数据，采用先进的图像识别技术、大数据分析等方法进行综合分析，快速、准确得到故障的位置、状态等信息，及时下发至两栖检修平台，以便检修人员检修。可大幅提高故障识别的准确率、提高检修效率。渔光互补电站的无人机、两栖检修船及智能综合监测管理平台一体化系统，无人机作为检修系统的“眼睛”，定期巡检设备问题；两栖检修平台作为检修系统的“双腿”，能够及时、安全、快速的将运行人员与设备运送到检修位置；智能综合监测管理平台作为检修系统的“大脑”，能够将图像识别系统以及电站现场汇流箱、逆变器、跟踪控制器的运行数据进行综合分析，给出缺陷或故障的类别及位置信息,进而制定合理的检修策略。三者相辅相成，共同保证电站健康、稳定的运行状态。即无人机对光伏电站拍摄高清全景照片，同时通过高清地图系统标注各个光伏板的坐标点，并将坐标点在高清图片中标记，再通过无人机智能巡航无人机机场实现无人机的自动起降和巡航，维护人员只需在软件界面将需要巡检的光伏电站区域用鼠标圈出，无人机会自动按照规划好的轨迹自动巡航检测光伏板热斑和光伏板的倾角情况，并将识别的图像通过实时高清图传系统传送至操作员站，并结合图像识别系统给出所存在问题的区域。同时系统结合电站现场汇流箱、逆变器、跟踪控制器的数据来确认所发现问题的区域。确认问题区域后，由运行人员驾驶两栖船前往所存在问题的区域，两栖船可由陆地直接开往水中，当水深达到1m以上时船会自动飘浮，这时船可以由履带驱动切换至螺旋桨或螺旋桨和履带共同驱动。到达指定区域后，首先将船制动系统开启，而后将四只液压支撑腿打开，并分别调整液压支撑腿的长度，将船平稳的支撑起来并保持水平。此时检修人员登上检修平台，同时缓慢升起液压升降平台。当平台到达指定高度后，锁定控制杆，同时操作人员将保险带固定在光伏支架上，以此确保人身安全。同时通过与综合管理平台互动，可显示检修计划、故障信息及维修状态等，甚至指导检修人员正确操作。

四、结论

构建一套针对渔光互补光伏电站的智能化巡检系统，通过系统的“眼睛”（无人机巡检系统）、“双腿”（两栖检修平台）、“大脑”（智能综合监测管理平台）的有机协同配合，共同完成电站的健康运行。因此，智能化巡检系统的应用，可大幅提升渔光互补电站运行企业的智能化、信息化水平，最终达到降本增效的目的。

参考文献：

[1]赖菲,陈亚鹏,单正涛,等.深度学习算法在光伏电站无人机智能运维中应用[J].热力发电,2019(9):139-144

[2]周小红,石蕾,娄鹏彦,等.基于无人机的输电线路无人智能巡检系统[J].通信电源技术,2020,37(8):57-59