淺談大數(shù)據(jù)采集與光伏發(fā)電故障診斷

王剛 秦英煒

摘 ? 要：所謂的光伏發(fā)電技術(shù)，其實(shí)是一種利用半導(dǎo)體材料的光產(chǎn)生的伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術(shù)。相對于水力發(fā)電、發(fā)電技術(shù)來說，這種技術(shù)的發(fā)電過程更加簡單，不僅沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，而且也不會(huì)消耗燃料，所以不會(huì)產(chǎn)生污染。但是，在實(shí)際情況中，由于光伏組件在應(yīng)用的過程中很有可能出現(xiàn)故障問題，而故障問題的出現(xiàn)，也會(huì)影響到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此需要進(jìn)行診斷。在本文中，就對此進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)采集 ?光伏發(fā)電 ?故障診斷

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0009-02

近些年來，光伏發(fā)電已經(jīng)開始受到了人們的廣泛重視。由于這一發(fā)電技術(shù)的操作簡單，而且潔凈無污染，所以也得到了十分廣泛的應(yīng)用。但是，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件壽命是存在限制的，所以在運(yùn)行了一定時(shí)間之后，這一組件也很容易出現(xiàn)老化、熱斑等問題，從而導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題。在光伏產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的背景下，光伏發(fā)電故障診斷工作也變得更加重要。而大數(shù)據(jù)采集技術(shù)在這方面也具有著重要意義。

1 ?關(guān)于光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

1.1 清潔環(huán)保

從本質(zhì)上來說，光伏發(fā)電其實(shí)是太陽能有效利用的一種重要形式，是一種借助太陽能電池來將光能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式。在這一發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，光伏發(fā)電也有望成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。這種發(fā)電技術(shù)的原理十分先進(jìn)，直接將光子轉(zhuǎn)化成電子，沒有中間過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以發(fā)電的形式也比較直接，具有清潔、環(huán)保的特點(diǎn)。

1.2 能源具有無限分布的特性

從本質(zhì)上來說，太陽能源其實(shí)是一種可再生能源，會(huì)隨著新一天的到來而重新產(chǎn)生。因此，太陽能源其實(shí)是無限的。與此同時(shí)，陽光照射還具有廣泛性。在各個(gè)國家，各個(gè)地區(qū)，都會(huì)受到太陽的照耀，唯一不同的就是陽光照射的時(shí)間和強(qiáng)度不一樣。因此，從這個(gè)角度來看，太陽能源分布是十分廣泛的，不會(huì)受到地區(qū)、氣候等方面的影響。

1.3 操作簡單

光伏發(fā)電技術(shù)是利用光伏發(fā)電系統(tǒng)來進(jìn)行發(fā)電的，主要是借助半導(dǎo)體材料的光產(chǎn)生伏特效應(yīng)來將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋＿@種發(fā)電技術(shù)的操作十分簡單，不會(huì)涉及到機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也不會(huì)消耗燃料。

2 ?關(guān)于大數(shù)據(jù)采集技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 可以幫助發(fā)電站達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，從而獲得更大的發(fā)電量

在光伏發(fā)電站的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其所具有的質(zhì)量通常會(huì)取決于兩個(gè)方面的因素，其一是某特定電站的能量獲得值和潛在能量可得值之比，其二是電站的利用率。因此，從這個(gè)角度來看，要想有效地優(yōu)化電站的產(chǎn)量，那么就必須要準(zhǔn)確地檢測到電站的實(shí)際能量獲得值，并且精準(zhǔn)地預(yù)估到可以獲得的太陽能值。在這個(gè)時(shí)候，就需要用到數(shù)據(jù)采集器和可視化工具。借助這一先進(jìn)的技術(shù)，就可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)來分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。之后，相關(guān)的運(yùn)維人員就可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來完成設(shè)備性能檢測、問題排查和修復(fù)等工作，從而有效地提高發(fā)電效率和整個(gè)系統(tǒng)的回報(bào)率。

2.2 可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、在線管理，減少運(yùn)維成本

從實(shí)際情況來看，傳統(tǒng)的線下運(yùn)維工作模式，是無法即時(shí)獲得光伏發(fā)電站和相關(guān)部件的實(shí)際工作狀態(tài)的。一旦某些方面出現(xiàn)問題，只能派遣工作人員深入到現(xiàn)場進(jìn)行排查。這種方式會(huì)耗費(fèi)大量的人力和物力，從而增加運(yùn)維成本。而借助于大數(shù)據(jù)采集技術(shù)，借助數(shù)據(jù)采集裝置，那么相關(guān)的運(yùn)維人員就能夠通過相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)來同時(shí)對多個(gè)發(fā)電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且通過遠(yuǎn)程控制的方式來實(shí)現(xiàn)在線排查故障，緊急情況則立即外派人員深入到現(xiàn)場搶修，這種方式不僅可以提高工作效率，而且還可以有效地降低運(yùn)維成本。

2.3 可以提高需求數(shù)據(jù)的可視化

從光伏產(chǎn)業(yè)鏈的角度來進(jìn)行分析，在這一行業(yè)中，其實(shí)并不是僅僅只有運(yùn)維人員需要掌握到電站的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。而且，作為上游的設(shè)備商，也可以通過相關(guān)的監(jiān)控平臺(tái)來了解到有關(guān)設(shè)備的更加詳細(xì)的情況。另外，投資方也可以利用這些數(shù)據(jù)來分析交易決策，安裝商可以通過數(shù)據(jù)信息來響應(yīng)客戶等。而這一切，通過大數(shù)據(jù)采集技術(shù)，借助數(shù)據(jù)采集器和遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，就可以讓虛擬的數(shù)據(jù)可視化，并且實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化。

3 ?關(guān)于在現(xiàn)代社會(huì)中常見的光伏發(fā)電故障診斷方法

3.1 利用紅外圖像的方式來進(jìn)行診斷

從本質(zhì)上來說，光伏組件的使用壽命是有限的，平均使用年限大約在20～30年，但是由于應(yīng)用環(huán)境或者是制造工藝等原因，光伏組件在使用了一定年限之后就會(huì)出現(xiàn)問題，引發(fā)系統(tǒng)故障。在日常維護(hù)中，若是可以提前了解到故障的類型和準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，那么就可以在最短的時(shí)間內(nèi)維護(hù)故障。在實(shí)際情況中，基于紅外圖像的故障診斷方法是十分常見的。在使用過程中，通過人工觀測或者是圖像處理和分析，就可以提取到光伏組件的熱斑現(xiàn)象故障區(qū)域及區(qū)域的特征信息，以此來對光伏模板的工作狀態(tài)進(jìn)行分析和定位。這種方法的使用原理很簡單，是一種非接觸式的故障檢測方式，所以不會(huì)影響到光伏陣列結(jié)構(gòu)。但是這種方法的成本卻比較高，而且精確度不高。

3.2 借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行故障診斷

從本質(zhì)上來說，光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)信息，其實(shí)主要是通過發(fā)電設(shè)備的工作狀態(tài)來進(jìn)行反映的。當(dāng)發(fā)電設(shè)備的某一處出現(xiàn)故障的時(shí)候，相應(yīng)的發(fā)電狀態(tài)也就會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致太陽能陣列輸出的電壓和電網(wǎng)電壓發(fā)生改變。通過這一特點(diǎn)，合理地借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于故障模式的識(shí)別，便可以有效地診斷光伏發(fā)電故障。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要分為五個(gè)步驟：其一，采集信號(hào)樣本，并且對信號(hào)樣本進(jìn)行檢測和分析。其二，為檢測的對象進(jìn)行編碼。一般來說，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障之后，便無法正常運(yùn)行。其三，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)。其四，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化的處理，并且用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，以此來確定神經(jīng)元之間的權(quán)重。其五，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸出來確定對象類別。在診斷故障的過程中，這種方法具有著良好的穩(wěn)定性，而且不僅可以檢測到已經(jīng)發(fā)生過的故障，也可以檢測到?jīng)]有發(fā)生過的故障。

3.3 采用故障樹的方法來進(jìn)行故障診斷

在實(shí)際情況中，則可以針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障情況進(jìn)行分析，然后建立起相應(yīng)的故障樹。之后再通過定性分析來得到光伏系統(tǒng)的最小割集。通過所得到的最小割集，就可以確定光伏發(fā)電系統(tǒng)中所有可能出現(xiàn)的故障組合。之后，再采用定量分析來得判斷故障概率，并且建立故障診斷的最優(yōu)排序。這種方法可以很好地滿足故障診斷的要求，診斷效果比較好，但是專業(yè)性要求卻比較高。

4 ?結(jié)語

總而言之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展的過程中，人們的生活水平也在不斷提升。如今，在人們的日常生活中和各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)中，對于電能的依賴性也變得更大。在現(xiàn)代社會(huì)中，除了水力發(fā)電、火力發(fā)電等常見的發(fā)電方式之外，光伏發(fā)電也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這種發(fā)電方式不僅操作簡單，而且還不會(huì)消耗燃料，不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生破壞。但是，由于光伏組件的應(yīng)用容易產(chǎn)生故障，所以還需要采取有效方法來進(jìn)行故障診斷，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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