[發明專利]利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統及方法

在審

• 申請號: 202010452277.3
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN111624207A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 袁中琛;杜明;韓磊;時燕新;李國棟;王偉力;趙玉新;黃瀟瀟;王瑤
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01N21/94
• 分類號: G01N21/94;G01N21/01;B64C39/02;G05D1/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，其特征在于：包括一臺發射機、一臺接收機及控制設備；所述發射機由發射無人機搭載激光紅外光源構成，激光紅外光源的光束發射方向可在水平和垂直兩個自由度上旋轉；所述接收機由接收無人機搭載激光紅外光功率采集設備；激光紅外光功率采集設備的鏡頭方向在水平和垂直兩個自由度上旋轉；激光紅外光源發出的光經待測光伏板表面反射后與激光紅外光功率采集設備的鏡頭對準；所述控制設備對兩臺無人機的飛行位置進行控制，并進行發射光源和接收光能控制，控制設備與兩臺無人機采用無線wifi進行通訊。

2.根據權利要求1所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，其特征在于：發射無人機和接收無人機均采用大疆無人機。

3.根據權利要求2所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，其特征在于：所述控制設備采用個人便攜式電腦，內部安裝有python運行環境；飛控接口采用Onboard-SDK-ROS，通過Python web訪問兩臺無人機的web服務，獲得光功率數據。

4.根據權利要求1所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，其特征在于：所述激光紅外光源采用激光模組，功率為100mw；光源模組安裝在云臺上，云臺吊裝在無人機上。

5.根據權利要求1所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，其特征在于：激光紅外光功率采集設備采用Ophir激光功率計，激光功率計安裝在云臺上，云臺吊裝在無人機上；激光功率計通過USB與RaspberryPi4B連接，RaspberryPi4B通過wifi與控制設備連接；RaspberryPi4B上安裝Python運行環境，并安裝Python web框架服務。

6.一種利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的方法，其特征在于：基于權利要求1所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的系統，步驟為：

S1通過人機接口輸入本方法需要的光伏板與無人機的相關參數，相關參數包括：

H：光伏板支柱的高度；Hh：光伏板上沿高度；Hl；α：光伏板與水平面的夾角；發射機的光發射功率Wfs；

S2發射無人機定位，并由激光紅外光源發射光照射到光伏板上，產生反射光；

S3接收無人機定位，并使激光紅外光功率采集設備的鏡頭對準反射光束方向，測定接收功率Wjs；

S4由發射功率和測定的接收功率計算散失功率Wss＝Wfs-Wjs，由散失功率的大小來評估光伏板的覆灰程度，散失功率越大，覆灰越厚。

7.根據權利要求6所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的方法，其特征在于，S2包括：

S21發射機定位計算：

根據光的反射定律，在三維空間中接收機的定位坐標表示為ZBjs，見表達式(1)，

ZBjs＝f(ZBfs，cs) (1)

其中，ZBfs為發射機坐標，cs為參數集；

令光線反射平面在光伏板的投影為一直線，且與光伏板上下邊緣垂直，建立坐標系，以光伏板支柱和光伏板交點作為坐標原點，其絕對坐標可通過GPS確定：

xfs為發射機在該坐標系下的橫坐標，在滿足飛行穩定條件下，由用戶按需求設定；yfs發射機在該坐標系下的縱坐標，在滿足飛行穩定條件下，在yfs大于Hl，yfs小于Hh范圍內，由用戶按需求設定；

S2激光紅外光發射方向選取：

通過發射無人機云臺控制，保證發射機發射的激光紅外光在垂直于光伏板和垂直于地面的空間范圍內，用β表示激光紅外光的發射方向與水平面的夾角，由用戶在需要范圍內設定，確保激光紅外光可照射到光伏板上。

8.根據權利要求6所述的利用雙無人機測定光伏發電站光伏板覆灰程度的方法，其特征在于，S3包括：

S31接收機定位計算：

接收機的坐標為(xjs，yjs)，xjs為橫坐標，yjs為縱坐標；其中yjs在滿足飛行穩定條件下，在yjs大于Hh范圍內，由用戶按需求設定；

xjs：計算過程如下

入射光線方程為式(2)：

y＝tan(β)*x+(yfs-tan(β)*xfs) (2)

其中tan為正切函數，β表示激光紅外光的發射方向與水平面的夾角，yfs，xfs為發射無人機橫縱坐標；

光伏板所在直線方程為式(3)：

y＝tan(180-α)*x (3)

其中：α為光伏板與水平面夾角；

入射光線與光伏板交點坐標為式(4)：

反射光線與橫坐標的夾角為180-2α-β；

反射光線方程為式(5)

y＝tan(180-2α-β)*x+Y0-tan(180-2α-β)*X0 (5)

其中：α為光伏板與水平面夾角，β表示激光紅外光的發射方向與水平面的夾角，X0，Y0為入射光線與光伏板交點坐標；

反射光線與y＝yjs的交點即為接收機的坐標(xjs，yjs)，xjs表達式為式(6)

S32鏡頭方向計算：

接收機鏡頭與水平面的夾角為：180-2α-β。