本發(fā)明涉及光伏清潔，尤其涉及一種光伏清掃機(jī)器人的組件狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)稍偕茉粗匾暢潭鹊牟粩嗵嵘夥l(fā)電作為清潔能源的代表之一，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到的廣泛應(yīng)用。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行離不開光伏組件表面的清潔。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行中，光伏板表面容易積累灰塵、鳥糞或樹葉等污染物，這些污染物會(huì)遮擋光線，大幅度降低光伏板的發(fā)電效率。所以為了保證光伏板的清潔度和發(fā)電效率，光伏清掃機(jī)器人應(yīng)用而生。

2、光伏清掃機(jī)器人，通過自動(dòng)巡檢和清掃的方式，定期對(duì)光伏板進(jìn)行清潔維護(hù)。然而，光伏清掃機(jī)器人在運(yùn)行過程中，可能會(huì)遇到諸如清掃刷磨損、傳感器失靈或電機(jī)過熱等各種故障。這些故障不僅會(huì)影響機(jī)器人的正常工作，還會(huì)導(dǎo)致光伏板的二次污染或損傷。

3、因此，亟需研發(fā)一種光伏清掃機(jī)器人的組件狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法，來克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏清掃機(jī)器人在運(yùn)行過程中，組件出現(xiàn)故障，造成光伏板二次污染或損傷的問題；本發(fā)明提供了這樣一種光伏清掃機(jī)器人的組件狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法，包括有以下步驟：

2、s1：采集光伏清掃機(jī)器人的作業(yè)數(shù)據(jù)和光伏板周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述作業(yè)數(shù)據(jù)中包含光伏清掃機(jī)器人作業(yè)時(shí)的組件狀態(tài)，對(duì)所述作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作；

3、s2：通過預(yù)訓(xùn)練的組件狀態(tài)評(píng)估模型，對(duì)所述作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別；

4、s3：持續(xù)監(jiān)測(cè)所述光伏清掃機(jī)器人的組件，判斷所述組件狀態(tài)為正常、異?；蚬收希?/p>

5、s4：當(dāng)所述組件狀態(tài)異?；蚬收蠒r(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急處理方案，并通知運(yùn)維人員盡快維修。

6、優(yōu)選地，所述光伏清掃機(jī)器人的作業(yè)數(shù)據(jù)包括光伏板的清掃效果、機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)和組件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

7、所述光伏板的清掃效果通過獲取光伏板清掃前后圖像獲得，包括清潔度和灰塵覆蓋率，以及通過獲取光伏板清掃前后的發(fā)電數(shù)據(jù)所得到的發(fā)電效率；

8、所述機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)通過采集所述光伏清掃機(jī)器人的運(yùn)行參數(shù)獲得，所述運(yùn)行參數(shù)包括速度、位置、移動(dòng)軌跡、電流電壓和電池狀態(tài)；

9、所述組件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于反映實(shí)時(shí)的所述組件狀態(tài)，通過采集所述光伏清掃機(jī)器人關(guān)鍵組件的狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得，所述狀態(tài)包括電機(jī)溫度、驅(qū)動(dòng)電壓、機(jī)械臂角度和傳感器狀態(tài)。

10、優(yōu)選地，所述光伏清掃機(jī)器人在觸發(fā)采集條件后，并滿足其中一項(xiàng)或多項(xiàng)觸發(fā)條件時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集流程；所述采集條件包括事件觸發(fā)、異常數(shù)據(jù)觸發(fā)和人工觸發(fā)；

11、所述事件觸發(fā)包括通過設(shè)定預(yù)設(shè)事件，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集流程，所述預(yù)設(shè)事件包括周期性采集時(shí)間、運(yùn)行里程以及完成一個(gè)清掃過程；

12、所述異常數(shù)據(jù)觸發(fā)包括在光伏環(huán)境條件不變或變化幅度不強(qiáng)烈的情況下，光伏板輸出功率顯著下降時(shí)，或光伏清掃機(jī)器人的關(guān)鍵組件出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)所述數(shù)據(jù)采集流程；

13、所述人工觸發(fā)包括工作人員通過控制平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏清掃機(jī)器人的工作狀態(tài)，并根據(jù)需求隨時(shí)啟動(dòng)所述數(shù)據(jù)采集流程。

14、優(yōu)選地，所述通過預(yù)訓(xùn)練的組件狀態(tài)評(píng)估模型，對(duì)所述作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，具體的識(shí)別步驟包括初步診斷、高級(jí)診斷和綜合診斷：

15、初步診斷：將作業(yè)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)正常運(yùn)行閾值進(jìn)行對(duì)比，若作業(yè)數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)閾值，則使用余弦相似度將超出預(yù)設(shè)正常運(yùn)行閾值的作業(yè)數(shù)據(jù)，在組件狀態(tài)模式庫(kù)中進(jìn)行故障模式特征匹配，將未能匹配到故障模式的作業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)記為潛在異常數(shù)據(jù)；

16、高級(jí)診斷：使用預(yù)訓(xùn)練的組件狀態(tài)評(píng)估模型對(duì)所述潛在異常數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，識(shí)別復(fù)雜故障模式和異類特征；

17、綜合診斷：將所述初步診斷和所述高級(jí)診斷結(jié)果進(jìn)行整合，生成綜合診斷結(jié)果；并對(duì)所述綜合診斷結(jié)果使用多維度評(píng)估指標(biāo)確定組件故障等級(jí)和優(yōu)先處理順序。

18、優(yōu)選地，所述組件狀態(tài)評(píng)估模型基于隨機(jī)森林結(jié)合梯度提升機(jī)構(gòu)建，具體包括：

19、對(duì)每個(gè)待檢測(cè)的組件狀態(tài)數(shù)據(jù)x生成決策樹模型的預(yù)測(cè)結(jié)果：

20、prf(x)＝h(x)

21、使用梯度提升機(jī)模型遞歸擬合殘差并生成預(yù)測(cè)結(jié)果：

22、pgbm(x)＝fm(x)

23、將隨機(jī)森林和梯度提升機(jī)的預(yù)測(cè)結(jié)果結(jié)合，生成最終的預(yù)測(cè)結(jié)果：

24、pfinal(x)＝αprf(x)+(1-α)pgbm(x)

25、其中，h(x)為隨機(jī)森林模型對(duì)輸入數(shù)據(jù)x的預(yù)測(cè)結(jié)果，采用多數(shù)投票的方式?jīng)Q定預(yù)測(cè)結(jié)果；fm(x)為梯度提升機(jī)模型對(duì)輸入數(shù)據(jù)x的預(yù)測(cè)結(jié)果；α為用于平衡隨機(jī)森林模型和梯度提升機(jī)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的參數(shù)。

26、優(yōu)選地，在高級(jí)診斷中，還包括結(jié)合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前光伏板周邊所處環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)深度分析結(jié)果進(jìn)行上下文驗(yàn)證，排除因環(huán)境變化導(dǎo)致的誤判：

27、當(dāng)識(shí)別出作業(yè)數(shù)據(jù)異常是由環(huán)境變化引起時(shí)，標(biāo)記所述作業(yè)數(shù)據(jù)為環(huán)境影響相關(guān)異常，避免誤判為組件故障。

28、優(yōu)選地，在對(duì)光伏清掃機(jī)器人的組件狀態(tài)和故障情況進(jìn)行判斷時(shí)，通過設(shè)置自適應(yīng)的多層次閾值提供評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，所述閾值動(dòng)態(tài)設(shè)置包括：

29、根據(jù)預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定不同組件的初始基礎(chǔ)閾值；

30、根據(jù)所述環(huán)境數(shù)據(jù)，計(jì)算影響各組件狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)整因子；

31、結(jié)合所述初始基礎(chǔ)閾值和所述動(dòng)態(tài)調(diào)整因子，生成多層次的動(dòng)態(tài)閾值，包括正常、輕微故障、中等故障以及嚴(yán)重故障的閾值范圍。

32、優(yōu)選地，在對(duì)組件狀態(tài)或故障進(jìn)行閾值判斷后，根據(jù)閾值判斷結(jié)果，定位組件狀態(tài)異?；蚬收纤谖恢?，具體包括：

33、將超出正常閾值的作業(yè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)來源組件、傳感器以及采集時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖；

34、結(jié)合光伏清掃機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置信息、移動(dòng)軌跡以及組件布局圖，將所述數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖映射至光伏陣列的物理空間中，初步判斷異?；蚬收习l(fā)生的區(qū)域；

35、當(dāng)光伏板清掃效果數(shù)據(jù)異常時(shí)，根據(jù)所述光伏清掃機(jī)器人運(yùn)行規(guī)律和清掃時(shí)間，精確定位受影響的光伏板以及發(fā)生故障的清掃組件；

36、當(dāng)所述光伏清掃機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)異常時(shí)，判斷異?；蚬收鲜欠裼山M件引起，并根據(jù)所述組件在所述光伏清掃機(jī)器人上的安裝位置，在物理空間內(nèi)進(jìn)行定位；

37、當(dāng)組件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，識(shí)別異?；蚬收系木唧w組件類型，并根據(jù)所述組件在所述光伏清掃機(jī)器人上的安裝位置，在物理空間內(nèi)進(jìn)行定位。

38、優(yōu)選地，在閾值判斷后，根據(jù)不同的閾值范圍采取不同的處理措施，具體包括：

39、正常：將當(dāng)前作業(yè)數(shù)據(jù)作為正常參數(shù)，用于優(yōu)化閾值判斷；

40、輕微故障：自動(dòng)向相關(guān)維護(hù)人員發(fā)送預(yù)警通知，并安排近期的日常維護(hù)計(jì)劃，推薦適宜的維護(hù)窗口時(shí)間；

41、中等故障：自動(dòng)生成維修工單，包括故障位置、類型、建議維修步驟以及相關(guān)設(shè)備信息，并啟用備用組件或故障規(guī)避路徑，確保光伏清掃機(jī)器人正常工作運(yùn)行；

42、嚴(yán)重故障：立即停止光伏清掃機(jī)器人的運(yùn)行，防止進(jìn)一步損壞光伏板或所述光伏清掃機(jī)器人本身；并自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)先設(shè)定的應(yīng)急處理方案。

43、優(yōu)選地，通過組件狀態(tài)模式庫(kù)中存儲(chǔ)的故障模式特征與超出預(yù)設(shè)范圍的作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而對(duì)作業(yè)數(shù)據(jù)中的異常或故障數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷，而組件狀態(tài)模式庫(kù)具體包括：

44、獲取光伏清掃機(jī)器人運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類異常數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏清掃效果和組件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

45、對(duì)采集的所述異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，歸類為正常運(yùn)行數(shù)據(jù)、已知故障數(shù)據(jù)和未知異常數(shù)據(jù)，并對(duì)不同類別數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，包括異常發(fā)生時(shí)間、環(huán)境條件、異常類型和異常嚴(yán)重程度；

46、采用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從已分類的異常數(shù)據(jù)中提取異常特征，建立組件狀態(tài)評(píng)估模型和異常模式特征庫(kù)；

47、將組件狀態(tài)評(píng)估模型和異常模式特征庫(kù)存儲(chǔ)至組件狀態(tài)模式庫(kù)中，并提取運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化動(dòng)態(tài)更新和擴(kuò)展所述組件狀態(tài)模式庫(kù)。

48、有益效果：

49、1、本發(fā)明對(duì)光伏清掃機(jī)器人的組件狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，設(shè)置有初步診斷、高級(jí)診斷和綜合診斷這三個(gè)判斷步驟，這種多層次、多角度的分析手段大大提高了故障診斷的準(zhǔn)確性，減少了誤判的可能；同時(shí)，通過上下文驗(yàn)證與環(huán)境影響校正，本發(fā)明能夠正確區(qū)分由于環(huán)境變化導(dǎo)致的作業(yè)數(shù)據(jù)偏差和實(shí)際設(shè)備故障，進(jìn)而減少誤判率，提升本發(fā)明的可靠性和魯棒性；

50、2、本發(fā)明在檢測(cè)到組件異常或故障時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖、組件布局圖以及故障傳播路徑分析，精確定位故障發(fā)生的區(qū)域和組件；同時(shí)根據(jù)故障類型和嚴(yán)重程度，本發(fā)明自動(dòng)生成維修工單，推薦維修步驟，并啟動(dòng)備用組件或故障規(guī)避路徑，確保光伏清掃機(jī)器人的正常動(dòng)作運(yùn)行；本發(fā)明的這種響應(yīng)機(jī)制可以有效減少故障帶來的損失，提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益。