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2025-07-10 13:35:15
右手“扳手”，左手“方盒”——检测人员在光伏板间穿梭，把“扳手”卡在电线上，从“方盒”读数立刻可看出，这一串光伏板有没有漏电、虚接等微小“病变”。日前，济南应用数学高等研究院(山东国家应用数学中心)智慧能源课题组成功研发出“光伏电站电流检测方案”，光伏电站有了会“诊脉”的“AI医生”。
检测人员在一处屋顶光伏电站试用这款“AI医生”
7月9日，记者在济南应用数学高等研究院(山东国家应用数学中心)看到，这只“扳手”有钢笔长短，头部是一只“凹”字型测环，尾部是一把手柄。课题组负责人马健告诉记者，“扳手”的学名叫“巨磁阻(GMR)传感器”，测环里头包着一块特制的磁铁，卡在光伏组串电线上，可灵敏、准确、稳定地捕捉到微弱的电流波动,好比老中医用手“号脉”;手柄里则有芯片、主板，好比医生的“大脑”，使用边缘计算，按照自研的AI算法，对接收到的电流直接进行分析。
巨磁阻传感器
而“方盒”的学名叫“后端显示模组”，有一块大号充电宝大小，与“扳手”尾部用数据线相连。屏幕上显示电弧计数、电弧特征、直流分量、交流分量等4个数据。按照课题组给出的对应表，检测人员根据这些数据，即可判读出光伏组串有无异常、故障属于哪种类型。
后端显示模组，与上图传感器用数据线相连
马健告诉记者，光伏电站以往使用“霍尔传感器”给光伏组串测电流，量程窄、灵敏度低;或者用红外热像仪“照”光伏板表面温度，判断其有没有“发烧”。但是，用这两种办法测出异常时，光伏板已经“病重”了，离击穿、更换不远了。而使用他们刚刚研发的“电站医生”，可辨别出波动幅度占比5‰的电流异常，在光伏板、串列连接盒等部件出现漏电、虚接等“小病”时，及时维修，使其“健康长寿”。
“比如，热斑刚显苗头，AI就能从电流变化中识破异常，提前预警;直流电弧产生的高频噪声，也被它精准识别并定位，快速触发保护;甚至能通过分析电流趋势，预判接线松动、逆变器老化等问题。”他说，这样，就能变“抢修”为“预防”，省力、省钱，还能少停机、多发电、增寿命。
“做这个课题，正是基于现实需求。2年前，山东一家光伏电站找到我们，说他们电站占地2000多亩，还有一部分建在水上，不好检，也不好修。非常希望能有办法自动检测，能治未病、少维修。”马健说。
接到需求后，马健领衔的十几人团队，在此前8年电弧算法积累的基础上，用了2年时间，突破了3大核心技术：光伏组件故障与漏磁场的定量映射关系;复杂电磁环境下微弱磁信号提取机制;光-磁-热多场耦合模型的构建方法，即通过揭示故障组件的多物理场特征演化规律，开发出基于磁致电阻效应的非接触式光伏故障检测新方法。目前，该项目已申请了2项发明专利。
研发阶段的“扳手”+“方盒”
新方案在实际场景中用得怎么样?今年年初，课题组将2套样机拿到提出需求的那家光伏电站试用。“那处光伏电站已投用10年，相当于‘人到中年’，‘扳手’一搭上，几乎每个组串都发现了问题。”马健说，经过半年试验，课题组统计，研究成果可将设备故障预警准确率提升至95%以上，降低非计划停机时间 40%，预计年维护成本减少300万元以上。“那家电站有20多人，就算人手一套，设备花费200多万元，节约的维修费，一年就能回本。”马健说。
研发测试中的“手搓”原型机
技术经济指标方面，马健介绍，他们开发的组件级诊断单元，诊断成本较传统方案下降60%;建立的光伏阵列健康度评估模型，识别准确率>95%;建立的组串级能效优化模型，年发电量提升2.5%;年运维成本降低40%，故障排查耗时减少85%;组件延长使用寿命1.5年(延缓衰减率每年0.3%)。
研发人员与检测人员一起探讨设备性能
“光伏电站检测，这在全球是一个万亿级市场，我们技术自研、部件自主可控。”马健对这项创新的前景看好。他说，除了手持式传感器，他们正在研究固定式传感器+后台大模型，争取让电站检测无人化。下一步，他们要把这套方案尽快推向市场，帮更多光伏电站“诊病”“治病”，让它们“强身健体”多发电。
包括这个课题组在内，目前，济南应用数学高等研究院(山东国家应用数学中心)在金融数学、密码数学、医学数学、人工智能等领域共引进18支研发团队，已孵化7家高技术企业，其中1家获评“瞪羚”企业，1家获评山东省专精特新企业，2家山东省高新技术企业。
人工智能的发展离不开基础研究的突破，而数学正是人工智能的“底层密码”。近年来，济南抢抓人工智能发展机遇，依托山东国家应用数学中心这一国家级科研平台，在算法研发、场景应用等领域取得了一系列突破性进展。
就像杭州AI产业发展离不开浙江大学一样，山东大学也是济南AI产业发展的主要“武库”。作为教育部直属“双一流”建设高校，山东大学是齐鲁大地科技创新的核心力量。这座百年学府深度融入济南“强省会”战略布局，尤其山东大学数学学科，依托山东国家应用数学中心等国家级平台，以“数学+”创新生态重塑城市发展动能，成为泉城发展新质生产力、迈向国家中心城市的创新源头。(大众新闻·大众日报记者 杨学莹)
供图：济南应用数学高等研究院(山东国家应用数学中心)
