【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電氣火災預警，特別是一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置。
技術介紹
1、光伏儲能產業作為國家大力發展清潔能源之一其規模日益擴大，與此同時，相關故障問題也日益凸顯，光伏儲能系統中由于線路老化、接觸不良、動物啃食等問題導致直流故障電弧火災事故頻發。
2、由于故障電弧的隨機性、復雜性、突發性導致光伏儲能系統中故障電弧數據獲取困難，故障電弧的檢測、定位、預警技術的研究需要大量實驗數據支撐。更為關鍵的是光伏儲能系統的復雜戶內外實驗環境要求實驗裝置必須輕量、便攜，不同工況下的故障電弧特性存在差距要求實驗裝置自動化控制，規避人為操作電弧發生裝置導致的實驗誤差與實驗參數的不可控性。
3、傳統的故障電弧檢測與預警技術常依賴單一模態的文本類型數據如(電壓、電流、煙霧、溫度、火焰等)，通過對電信號或者環境信號進行數據處理、特征提取、模型訓練、故障分類等操作實現故障電弧的檢測與預警功能，本專利技術中結合了圖像模態數據與文本模態數據提出一種直流故障電弧火災多模態信息采集系統解決了單模態數據的信息缺失的問題。多模態信息采集系統表現為信息互補、特征增強，圖像提供視覺信息，文本提供細節描述，對于光伏儲能系統中的直流故障電弧的早期特征有著更為準確、全面的描述。
4、光伏儲能系統環境多樣、線路復雜，當系統中發生直流故障電弧時根據周圍線路鋪設情況、易燃物位置、絕緣老化程度、是否存在關鍵設備等因素需要對故障電弧進行風險評估與火災預警。目前的火災預警技術手段主要依靠煙霧彌漫、溫度突升等環境監控設備，在室內狹
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，多模態融合具有信息互補的優勢，尤其是面對電磁干擾強、光照突變干擾頻繁的監測環境多模態預警具有更強的抗干擾能力。
2、為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，包括光伏儲能系統便攜式自動化精準控制故障電弧模擬發生裝置以及基于樹莓派的光伏儲能系統故障電弧火災的多模態數據采集系統；
3、所述光伏儲能系統便攜式自動化精準控制故障電弧模擬發生裝置包括嵌入式設備樹莓派、步進電機、驅動器、移動電源；所述移動電源連接嵌入式設備樹莓派和驅動器；所述嵌入式設備樹莓派和驅動器連接所述步進電機；
4、所述基于樹莓派的光伏儲能系統故障電弧火災的多模態數據采集系統基于樹莓派相機模塊采集故障電弧的圖像類型數據，電流、電壓、煙霧、火焰、溫度傳感器采集故障電弧的文本類型數據，建立多模態故障電弧數據庫。
5、在一較佳的實施例中，移動電源通過電源轉換模塊為樹莓派、驅動器提供工作電源；驅動器連接步進電機a、b兩相實現電機使能，通過樹莓派發送脈沖頻率f控制電極運動速度v，關系如式(1)所示：
6、
7、步進電機步距角為α，驅動器細分數為n，絲桿導程為d，樹莓派發送頻率為f。
8、在一較佳的實施例中，在樹莓派上實現故障電弧多模態信息采集包括：1)、硬件準備：高性能樹莓派，相機模塊用于圖像采集，電流、電壓傳感器ads1115，煙霧傳感器mq-2，溫度傳感器dht22，火焰傳感器；2)、軟件安裝：raspberry?pi?os、python編程環境、傳感器驅動和庫；3)、傳感器與樹莓派連接：相機模塊連接到csi接口，電流、電壓傳感器連接到i2c接口，煙霧傳感器連接到adc接口，溫度、火焰傳感器連接到gpio接口；4)、圖像采集：配置相機模塊通過opencv進行圖像采集；5)、多模態數據整合與同步采集：使用多線程同步采集技術確保數據的實時性、同步性；6)、數據存儲：數據存儲到樹莓派與云端。
9、在一較佳的實施例中，通過各類傳感器與相機模塊采集故障電弧多模態數據，實時監測光伏系統和儲能設備的電氣參數和環境參數；接著，對采集的數據進行濾波、去噪等預處理；然后，對文本類型數據進行特征提取，圖像數據提取電弧面積、火焰顏色、背景變化、火化與電弧識別等特征；圖像、文本模態特征進行transformer編碼后，基于co-attention模型對不同模態數據施加注意力機制：計算兩個模態特征的互相注意力，即生成模態間相關性的注意力矩陣，根據矩陣對每個模態的特征進行加權合成新的特征集合，加權后的電流、電壓、煙霧、溫度、火焰、圖像特征進行融合；進而，多模態融合特征輸入深度神經網絡中訓練并使用數據增強、正則化技術提高模型的泛化能力；最后故障電弧檢測模型部署至樹莓派對光伏儲能系統進行實時監測與火災預警。
10、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
11、1、設計光伏儲能系統便攜式自動化精準控制故障電弧模擬發生裝置。該裝置主要由嵌入式設備樹莓派、步進電機、電極模組、移動電源組成，通過樹莓派程序實現電極拉弧速度、拉弧間距精確控制以模擬不同工況下的故障電弧。步進電機控制拉弧相較于人工手動拉弧具有安全性強、可靠性高、精準度高等優勢，采用輕量化設備與移動電源搭建裝置能夠滿足光伏系統與儲能設備戶內、外的復雜環境下的實驗條件。
12、2、搭建基于樹莓派的光伏儲能系統故障電弧火災的多模態數據采集系統。該系統基于樹莓派相機模塊采集故障電弧的圖像類型數據，電流、電壓、煙霧、火焰、溫度等傳感器采集故障電弧的文本類型數據，建立多模態故障電弧數據庫。不同模態的數據互相補充為光伏儲能系統的故障電弧電氣火災預警提供更全面、豐富的信息。通過圖像信號與電信號、環境信號結合，實現光伏儲能系統多維度、智能化火災預警。
13、3、設計一種基于多模態信息融合技術的故障電弧火災預警方法。在光伏儲能系統中故障電弧易發生、高危險、關鍵設備區域安裝樹莓派設備，多模態數據同步采集與預處理、特征提取、特征融合、故障電弧火災模型訓練、實時監控與預警。將訓練好的模型部署到樹莓派中，實時數據監控并通過模型判斷是否存在故障電弧。故障電弧檢測結果與煙霧濃度、圖像信息結合觸發預警機制，通知維護人員及時響應。
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1.一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，包括光伏儲能系統便攜式自動化精準控制故障電弧模擬發生裝置以及基于樹莓派的光伏儲能系統故障電弧火災的多模態數據采集系統；
2.根據權利要求1所述的一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，移動電源通過電源轉換模塊為樹莓派、驅動器提供工作電源；驅動器連接步進電機A、B兩相實現電機使能，通過樹莓派發送脈沖頻率f控制電極運動速度v，關系如式(1)所示：
3.根據權利要求2所述的一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，在樹莓派上實現故障電弧多模態信息采集包括：1)、硬件準備：高性能樹莓派，相機模塊用于圖像采集，電流、電壓傳感器ADS1115，煙霧傳感器MQ-2，溫度傳感器DHT22，火焰傳感器；2)、軟件安裝：Raspberry?Pi?OS、Python編程環境、傳感器驅動和庫；3)、傳感器與樹莓派連接：相機模塊連接到CSI接口，電流、電壓傳感器連接到I2C接口，煙霧傳感器連接到ADC接口，溫度、火焰傳感器連接到GPIO接口；4)、圖像采集：配置相機模塊通過O
4.根據權利要求3所述的一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，通過各類傳感器與相機模塊采集故障電弧多模態數據，實時監測光伏系統和儲能設備的電氣參數和環境參數；接著，對采集的數據進行濾波、去噪等預處理；然后，對文本類型數據進行特征提取，圖像數據提取電弧面積、火焰顏色、背景變化、火化與電弧識別等特征；圖像、文本模態特征進行Transformer編碼后，基于Co-attention模型對不同模態數據施加注意力機制：計算兩個模態特征的互相注意力，即生成模態間相關性的注意力矩陣，根據矩陣對每個模態的特征進行加權合成新的特征集合，加權后的電流、電壓、煙霧、溫度、火焰、圖像特征進行融合；進而，多模態融合特征輸入深度神經網絡中訓練并使用數據增強、正則化技術提高模型的泛化能力；最后故障電弧檢測模型部署至樹莓派對光伏儲能系統進行實時監測與火災預警。
...【技術特征摘要】
1.一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，包括光伏儲能系統便攜式自動化精準控制故障電弧模擬發生裝置以及基于樹莓派的光伏儲能系統故障電弧火災的多模態數據采集系統；
2.根據權利要求1所述的一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，移動電源通過電源轉換模塊為樹莓派、驅動器提供工作電源；驅動器連接步進電機a、b兩相實現電機使能，通過樹莓派發送脈沖頻率f控制電極運動速度v，關系如式(1)所示：
3.根據權利要求2所述的一種便攜式光伏儲能系統故障電弧火災多模態預警裝置，其特征在于，在樹莓派上實現故障電弧多模態信息采集包括：1)、硬件準備：高性能樹莓派，相機模塊用于圖像采集，電流、電壓傳感器ads1115，煙霧傳感器mq-2，溫度傳感器dht22，火焰傳感器；2)、軟件安裝：raspberry?pi?os、python編程環境、傳感器驅動和庫；3)、傳感器與樹莓派連接：相機模塊連接到csi接口，電流、電壓傳感器連接到i2c接口，煙霧傳感器連接到adc接口，溫度、火焰傳感器連接到gpio接口...
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