光伏电站“无人机”智能巡检技术探讨

王红元

摘要：光伏电站项目多建在平原、山坡、工商业大型厂房屋顶等无明显阳光遮挡的区域，而且光伏电站建设规模较大，其建设规模和偏僻的选址决定了光伏电站运维巡检工作超强的复杂程度及难度。而人工智能的发展，给光伏电站巡检指明了一个新方向。智能无人机在电力线巡检中的运用早已不新鲜，国内多地的电网电力线巡检都采用了无人机，并取得了不错的效果。人工智能在光伏电站中的运用和研究主要集中在电站运维方面，对如今飞速发展的光伏行业来说，人工智能在光伏电站巡检中的应用显得尤其重要。

光伏电站配置一套无人机自动巡检系统，搭载红外热成像仪及高清摄像仪，按照设定的巡检路线进行大范围巡检，并将监控图像实时传送到电站监控中心，自动定位热斑和隐裂等故障和位置信息，提升发电量、降低运营成本。

关键词：光伏电站；无人机；巡检技术；经济性分析；无人机巡检优势；存在的问题

一、智能无人机构成

光伏电站无人机巡检平台的系统组成主要包含无人机机架分系统，动力分系统，推进分系统，RC控制分系统，数传测控分系统和飞行控制分系统。

1、动力分系统：Lipo电池在充放电时与NiCad或NiMH都不同，锂电池在每片达到4.2V时充满，3.0V时达到完全放电，因此不能超过最高值和最低值，否则会伤害电池。

确保电池电压为充满即25.2V时将XT60插头对接，给无人机平台供电，若听到马达“滴--滴”响，且飞控指示灯为绿色，且switch指示灯为红色闪烁则代表正常，否则请查看。

2、RC控制分系统

RC控制分系统在该系统中主要扮演安全确认，解锁加锁，模式切换等视距内操作。发射机可使用控制通道如下，未标注的不使用。

发射机通道定义发射机与接收机为一对一，不可与其他混用。上电后接收机指示灯为红色，打开发射机后指示灯为绿色。

发射机上电状态若打开后指示灯仍为红色，说明发射机与接收机不匹配，需要更换发射机或重新配频。

飞行模式控制通道，发射机的通道SG为三档开关，最低为“定高”模式，中间为“悬停”模式，最高为“自驾”模式，SD为自动降落通道，正常在最高位置，拨到最低为降落。

SA为RTL（自动返航模式），正常为最高，拨到最低触发自动返航。

确保写入自驾航点信息后，在悬停（Loiter）模式下解锁，六个旋翼都正常转动后切到自驾（Auto）模式，轻推油门后进入自驾模式，无人机按照预设航点开始运行，在此期间必须保持油门为中值，待无人机执行完成任务落地时快速将油门拉低，加锁，完成此次飞行。

3、数传测控分系统

数传控制分系统主要是将飞机的测控系统和地面站连接起来，让使用者可以通过地面站实时监测飞机的状态，并实时控制飞机。

该系统中的数传控制分系统采用900Mhz的通信频段，有效传输距离在空旷地区可达到4km以上。

数传测控分系统的安装主要包含地面站端的数传模块的安装。主要包含天线的安装，数据通道的安装和电源安装。

数传模块安装天线安装将天线和数传的射频头通过射频电缆连接起来。数据通道安装则是将数据线插到电脑的USB进而在电脑上可看到该端电源安装主要是为数传模块供电，提供12V的直流供电。

4、飞行控制分系统

飞行控制分系统主要功能包含：

1）飞机增稳；

2）响应RC控制系统和数传控制系统的控制请求；

3）实时采集飞机状态，包含姿态和位置信息，飞机健康状态信息，电源信息等，并将这些信息通过测控通道传递给地面站；

4）飞行模式定义

5）任务（航点）规划。

6）失效保护。

二、智能无人机光伏电站巡检的优点

在光伏电站巡检中，光伏电站设备数量庞大，人工巡检光伏电站往往很难发现其存在的隐患。人工巡检常常受地形影响，无法到达一些区域，从而产生巡检盲点。与此同时，人工巡检遇到大型光伏电站时，巡检频次很难达到要求，导致很多电站故障无法及时发现，而这些难题遇到无人机都将迎刃而解。

智能无人机普遍搭载红外成像相机和可见光成像相机，两者结合，能精确全面的采集太阳能电池板的丰富信息。智能无人机还搭载计算机智能终端，可通过热信号的生成来确定太阳能电池板受损情况，在高空实现对光伏组件热斑效应等问题的查看。在光伏电站的日常巡检中，无人机可以提供包括组件红外检测、组件表面灰尘检测、组件裂纹破损检测、组件遮挡检测等在内的组件检测，还能实现实时监测、分析、智能诊断等功能，以达到对光伏板灰尘覆盖，表面破损，发热等故障的诊断和隐患的精确定位。

根据每次巡检数据的累积，以及系统其他数据的整合，无人机获取的海量数据可进行挖掘分析，对易出现故障区域以及故障周期等等做出有效分析和预测。此外，智能无人机的投入运用，使得光伏电站不再需要大量人力值守，这将进一步降低光伏电站的运维成本，同时也提高了电站的经济效益。

总体而言，智能无人机操作灵活、简便、高效，相比于常规的人工巡检，智能无人机巡检具备以下优势：

1.巡检效率高，大幅缩减光伏电站巡检所需人数及巡检时间，节省人力运维成本，具有更高的经济效益；

2.智能无人机机动性高，它在空中飞行可以不受地面障碍物等的限制自由移动。针对光伏电站幅员辽阔，地形起伏等特点，运用无人机巡检省时又省力；

3.全自动飞行诊断，结合历史数据分析，可对光伏电站进行全面评估，还可对电站故障的出现进行有效预测；

4.提升了电站巡检频次，有效提高电站巡检效率与精确性；

5.解决了电站建设类型不同，组件难于巡检的难题，及以往人工巡检可能带来的人员安全问题。

三、智能无人机巡检经济性分析

多数光伏企业对于智能无人机技术仍处于观望阶段，甚至有不少企业家对智能无人机在光伏电站巡检中的可运用性还持怀疑态度。而少数坚持创新的光伏企业经过几年的技术攻关，已经在智能无人机光伏电站巡检领域取得了突破性进展。

近年来国内一些知名企业一直致力于用包括智能无人机在内的先进技术开拓光伏电站的高效智能化运维，其研发的无人机智能巡检诊断系统成功验证了无人机巡检应用于光伏电站的可行性，在智能无人机光伏电站巡检领域的开发应用已经进入试验阶段。行业专家认为，智能无人机在光伏电站巡检中可运用性的验证，必然会在业内掀起一波针对智能无人机的投资狂澜。可以预见的是，随着技术的完善，无人机将在光伏电站运维中实现更多的功能，成为光伏电站合格的侦察兵。

从智能无人机巡检40MW光伏电站试飞传回地面的光伏电站实时图片上，电站运维人员可以实时掌握光伏电站的运行情况，再结合计算机分析，对光伏电站的各组件设备的工作情况就有了准确的了解。

智能无人机完成整个40MW光伏电站的信息采集只用了2.5个小时。事实证明，智能无人机将采集到的信息实时图传至地面端，验证了智能无人机巡检可以检测到组件、汇流箱等设备的问题。其他诸如组件灰尘检测、组件热斑检测、组件遮挡检测、组件污垢检测、组件裂痕检测、组件不发电检测、组件防反二极管损坏检测、组件背板划伤以及汇流箱发热等设备故障、隐患也一一精确地检测出来。

智能无人机巡检光伏电站带来的经济价值：首先，采用无人机巡检光伏电站，使得在电站运维过程中“无人值班、少人值守”成为现实，大大节省了人力资源。以一个40MW的大型地面光伏电站为例，按照传统运维模式，巡视人员不仅每天要看组件是否损坏，还要拿电流表逐一检测，需要2名巡检人员花费3-4天才能巡视一遍。而采用无人机巡检只需要1-2个人操纵与配合，这样可以大大降低电站巡检的人工成本。其次，采用智能无人机全部巡检光伏电站一次只需要约3小时，与人工巡检相比大大缩减了巡检周期，提升了巡检的工作效率。其三，智能无人机巡检的高效性为解决电站故障提供了便利，方便电站运维人员及时快速地处理电站故障问题，提高了光伏电站的发电效率，带来巨大的经济价值，以更小的成本创造了更大的经济效益。

相对于人工巡检，智能无人机巡检的主要优势已是显而易见的了。它能够轻松解决长期以来存在的光伏电站巡检难题，提高巡检效率，降低人工巡检成本，同时还能提升电站的发电效率。既实用又高效，还十分经济实惠。无人机在设备故障诊断、故障精确定位等方面的功能，也是令人工巡检望洋兴叹。而最让人惊喜的是，它还可以结合大数据平台，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有效分析和预测。

智能无人机巡检技术的成功运用，初步验证了无人机智能巡检诊断系统应用于光伏电站的可行性，进一步表明智能无人机完全可以胜任光伏电站的日常人工巡检部分工作。

四、无人机巡检技术存在的问题

无人机巡检尚存在一些技术难题亟待突破，如：无人机在脱离操作者的视界之后，还无法实现自主飞行，极有可能因为撞上障碍物而坠毁，再加上国内相关制度的不完善以及标准的缺失，智能无人机系统在光伏电站的大规模发展依然任重而道远。

无论如何，智能无人机在光伏电站巡检中的表现是非常值得肯定的，毕竟人工巡检无法弥补的缺陷以及智能无人机的诸多优势，都决定了智能无人机将在未来占领光伏电站巡检市场，从而极大地弥补人工巡检的不足。

无人机在光伏电站巡检领域的应用已经吸引了大批光伏企业的注意，在光伏运维强大的市场需求下，以无人机得天独厚的优势，将会有越来越多的光伏企业争相布局。汹涌如潮的电站投资带来的将是技术的爆发，以目前无人机技术的发展速度，智能无人机或将在短期内开启光伏电站运维的新时代。可以预见，未来的光伏电站巡检，将会是智能无人机的天下。

参考文献：

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[2]袁建平，方群，郑愕。在飞行器定位导航中的应用。西安工业大学出版社，2000；

[3]郭庆华，郭振云。无人飞行控制技术与工程。国防工业出版社2011；

[4]（美）法斯多姆，吴汉平等译。电子工业出版社。2003；

[5]张祥全，苏建军。架空输电线路无人机巡检技术。中国电力出版社出版2016；

作者简介：

王红元（1982～）男，34岁，中国大唐集团科技工程有限公司，工程师。