一种光伏运维管理系统的制作方法

本发明涉及光伏管理，尤其涉及一种光伏运维管理系统。

背景技术：

1、光伏（photovoltaic，pv）技术是一种将太阳能转换为电能的可再生能源技术，具有环境友好、可持续发展等优点，然而，由于光伏电站通常面临着各种环境和操作条件的影响，如天气变化、设备老化、故障等，因此需要高度精密的运维管理以保证其长期和稳定的运行。

2、传统的光伏运维管理通常依赖于人工巡检、基础数据分析和固定模式的维护策略，这些方法往往不足以处理复杂和多变的运行环境，尤其在面对大规模或偏远地区的光伏电站时，传统的管理方式会显得效率低下和成本高昂。

3、近年来，一些先进的光伏运维管理系统开始采用更多的传感器、数据分析算法和自动化设备来优化运维活动，然而，这些系统通常侧重于特定的问题，如能效优化、故障诊断或预测维护，而缺乏一个综合性的解决方案，更重要的是，很少有系统能够在不同气候条件和电池状态下，自适应地调整运维策略，以应对潜在的环境风险。

4、因此，存在一种迫切的需求，即开发一个新型的光伏运维管理系统，该系统不仅能实现对电池板的健康评估和寿命预测，还能在不同的环境条件和操作状态下，提供灵活和自适应的运维解决方案。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种光伏运维管理系统。

2、一种光伏运维管理系统，包括：

3、数据收集模块，用于收集光伏电池板和逆变器的运行数据，包括电流、电压、功率和状态信息；

4、中央处理单元，配置有处理器和存储器，用于执行系列算法，包括故障诊断算法、预测维护算法和能效优化算法；

5、通讯接口，用于将收集的数据传输到中央处理单元，该通讯接口支持多种通信协议，包括mqtt, http和coap；

6、热像仪模块，配置有红外热像仪，用于周期性地扫描光伏电池板的热分布图，以检测局部过热或低效区域；

7、微气候监控模块，用于在不同的气候条件下，调整逆变器和电池板的工作状态，以应对潜在的环境风险；

8、无人机巡检模块，配置有无人机和摄像头，用于进行视觉检查，并可与热像仪模块和微气候监控模块的数据进行交叉验证；

9、电池健康评估模块，利用电化学阻抗谱技术，周期性地评估电池板的健康状况和预测其剩余使用寿命；

10、其中，数据收集模块还包括温度、湿度和光照强度的传感器，传感器的数据被用于调整能效优化算法，通讯接口通过有线或无线方式连接到中央处理单元。

11、进一步的，所述中央处理单元的系列算法具体包括：

12、故障诊断算法采用以下数学模型进行故障识别：

13、

14、其中，是故障诊断函数，是电流，是电压，是温度，和是模型参数，超过预设的阈值时，系统将触发故障警报；

15、预测维护算法采用以下公式进行维护需求预测：

16、

17、其中，是预测维护函数，和分别是电流、电压和温度的时间导数，,和是模型参数，当超过某个预设间值时，系统将推荐进行维护；

18、能效优化算法采用以下优化函数：

19、

20、其中，是能效优化函数，是电池板的倾角，是电流，是电阻，和是模型参数，系统通过最大化来自动调整电池板的角度，以达到最优能效。

21、进一步的，所述热像仪模块具体包括：

22、热像仪模块由红外热像仪组成，具有可调节的焦距和视场角，以适应不同大小和形状的光伏电池板；

23、系统通过中央处理单元根据微气候监控模块和电池健康评估模块的数据，决定热像仪模块的扫描周期；

24、在每个扫描周期开始时，热像仪模块会自动调整其焦距和视场角，以优化图像质量；

25、热像仪捕捉到的热分布数据以矩阵的形式存储，其中代表第行和第列像素点的温度；

26、通过以下公式进行局部过热或低效区域的检测：

27、

28、其中，是以为左上角，为大小的子区域的局部温度异动分数，是该子区域的平均温度；

29、当超过设定的阈值时，系统会标记该区域为局部过热或低效，并通过中央处理单元 触发相应的维护或警报程序；

30、热像仪模块的结果用于微调故障诊断算法、预测维护算法和能效优化算法中的模型参数。

31、进一步的，所述微气候监控模块具体包括：

32、传感器网络，包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器和降水量传感器；

33、传感器网络实时传输数据至中央处理单元，并与故障诊断算法、预测维护算法和能效优化算法联动；

34、中央处理单元根据接收到的微气候数据计算以下指标：

35、

36、其中，是环境风险指数，是温度，是湿度，是风速，是风向，是降水量，是权重参数；

37、当超过预设高风险阈值时，中央处理单元调整逆变器和电池板到“保护模式”，减少功率输出，降低逆变器转换频率，并启动附加的散热和排水设备；

38、当低于预设低风险阈值时，中央处理单元会恢复逆变器和电池板到“正常工作模式”，以实现最大的能效和输出；

39、在中等风险的条件下，中央处理单元采取渐进式调整措施；

40、微气候监控模块的实时数据和适应性调整也用于微调其他模块，包括热像仪模块、无人机巡检模块、电池健康评估模块。

41、进一步的，所述无人机巡检模块具体包括：

42、多个无人机，每个无人机配备高分辨率相机、光谱分析仪以及风速和方向传感器，所述热像仪集成于无人机上；

43、该模块与中央处理单元联接，接收巡检路径和焦点区域的指令；

44、中央处理单元根据微气候监控模块和电池健康评估模块的数据来确定最佳巡检时间和路径；

45、无人机按照预定的飞行路径进行巡检，同时捕捉光伏电池板的高分辨率图像、热分布图和光谱数据；

46、无人机的风速和方向传感器用于动态调整飞行路径和稳定飞行，在复杂的微气候条件下保证数据的准确性，同时识别潜在的故障和低效区域；

47、识别出的潜在问题区域将被标记并通过中央处理单元进行分析；

48、无人机巡检模块的数据可用于微气候监控模块、热像仪模块、电池健康评估模块和故障诊断算法。

49、进一步的，所述无人机巡检模块使用以下算法来识别潜在的故障和低效区域：

50、

51、其中，是位于坐标和光谱频段的潜在故障或低效指数，是高分辨率图像数据，是热分布图数据，是光谱数据，是权重系数。

52、进一步的，所述电池健康评估模块装配有电化学阻抗谱（eis）测试设备，该设备由交流电源、电流和电压传感器、以及数据分析单元组成；

53、在预定的周期或受到触发条件后，电池健康评估模块激活eis测试；

54、eis测试通过在电池板上施加一个小幅度的交流电压或电流，并测量其对应的响应，生成电化学阻抗谱；

55、生成的电化学阻抗谱数据将传送到中央处理单元，并使用以下算法进行健康评估和寿命预测：

56、

57、其中，是在时间的健康指数，是在频率处的电化学阻抗，和分别是阻抗谱的最低和最高频率。

58、进一步的，所述计算后，预测电池板的剩余使用寿命:

59、

60、其中，是一个校正因子，根据历史数据和模型优化；

61、当计算出的健康指数或预测的剩余使用寿命低于预定阈值时，电池健康评估模块触发预警或维修流程。

62、进一步的，还包括自适应遮阳模块，所述自适应遮阳模块配置有动态可调整的遮阳板，用于在过度光照条件下调整光照强度，以防止电池板因长时间暴露在过度光照条件下而退化。

63、进一步的，所述自适应遮阳模块具体包括：

64、多个动态可调的遮阳板，该遮阳板通过马达、链条或齿轮机构与光伏电池板相连；

65、该模块接收来自中央处理单元的遮阳指令，该指令基于多个模块的输入数据，包括微气候监控模块、电池健康评估模块、和无人机巡检模块；

66、遮阳板的角度和位置根据实时天气条件进行动态调整，以最大化光伏电池板的发电效率；

67、当电池健康评估模块检测到某个电池板区域健康状况下降时，自适应遮阳模块局部遮挡该区域，以减轻其热应力和延长使用寿命；

68、自适应遮阳模块使用以下算法来确定遮阳板的最佳位置和角度：

69、

70、其中，是遮阳板在角度和位置时的性能指数，是预测的发电量，是预测的电池板温度，是电池板健康指数，是权重系数；

71、通过实时计算，系统动态调整遮阳板，优化光伏电池板的性能和延长其使用寿命；

72、该模块还与故障诊断模块和预测维护模块联动，以便在检测到潜在故障或预测到高风险环境因素时，自动将遮阳板调整到保护模式。

73、本发明的有益效果：

74、本发明，综合应用了多种模块和算法，覆盖了光伏电站的全生命周期管理，从电池健康评估到自适应遮阳，从无人机巡检到热像仪模块，为用户提供了一个全面而高效的运维解决方案，通过应用先进的故障诊断算法、预测维护算法和能效优化算法，系统能够自动识别、预测并处理各种潜在问题，大大减少了人为干预的需求，从而提高了运维效率。

75、本发明，在面对不同的气候条件和电池状态时，系统能够自动调整其运维策略，例如，通过微气候监控模块，系统能够在不同的气候条件下自适应地调整逆变器和电池板的工作状态，减少潜在的环境风险，电池健康评估模块和自适应遮阳模块的应用，能够及时检测电池板的健康状况，并通过调整遮阳板来减轻热应力，从而有效延长电池板的使用寿命，通过自动化和智能化的运维管理，本系统大大减少了传统手工巡检和维护的需求，从而显著降低了运维成本。

76、本发明，通过微气候监控模块，系统能够实时监测环境变化，并根据不同的环境条件自动调整运维策略，确保光伏电站在各种环境下都能保持高效和稳定的运行。