《電子技術應用》
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基于ST-TCN的太陽能光伏組件故障診斷方法
2022年電子技術應用第12期
李 莎1,陳澤華1,劉海軍2
1.太原理工大學 大數據學院,山西 晉中030600;2.晉能清潔能源有限公司,山西 太原030001
摘要: 實地調研并收集電站光伏組件常見的故障類型,并對光伏組件在不同工作狀況下的電流特征曲線進行分析,發現光伏組件的電流數據疊加了復雜的表現特征和高噪聲。為能精準診斷光伏組件的故障類型,提出一種軟閾值化的時序卷積神經網絡(Soft Thresholding Temporal Convolutional Network,ST-TCN)光伏組件故障診斷模型。ST-TCN網絡使用多個殘差模塊的膨脹卷積層、ReLU層、Dropout層提取電流數值特征和時序特征,再使用殘差模塊的軟閾值化對所提取的特征降噪,最終使用全連接層對殘差模塊提取的特征進行故障診斷分類。實驗結果表明,ST-TCN網絡不僅結構簡單,收斂速度快,而且故障診斷準確率高,達到92.99%。
中圖分類號: TP207;TM914
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222585
中文引用格式: 李莎,陳澤華,劉海軍. 基于ST-TCN的太陽能光伏組件故障診斷方法[J].電子技術應用,2022,48(12):79-83,88.
英文引用格式: Li Sha,Chen Zehua,Liu Haijun. Fault diagnosis method of solar panel module based on ST-TCN[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(12):79-83,88.
Fault diagnosis method of solar panel module based on ST-TCN
Li Sha1,Chen Zehua1,Liu Haijun2
1.College of Data Science,Taiyuan University of Technology,Jinzhong 030600,China; 2.Jinneng Clean Energy Co.,Ltd.,Taiyuan 030001,China
Abstract: This paper analyzes the current characteristic curves of photovoltaic modules under different working conditions and finds that the current data of photovoltaic modules superpose complex performance characteristics and high noise. In order to accurately diagnose the fault types of photovoltaic modules, a soft thresholding temporal convolutional network(ST-TCN) photovoltaic module fault diagnosis model is proposed. The ST-TCN network uses the dilated convolution layer, ReLU layer, and Dropout layer of multiple residual modules to extract current numerical and time series features, uses the soft thresholding of residual modules to de-noise the extracted features, and finally uses the full connection layer to diagnose and classify the extracted features of residual modules. The experimental results show that the ST-TCN network has a simple structure, fast convergence, and high accuracy in fault diagnosis, reaching 92.99%.
Key words : photovoltaic modules;temporal convolutional network;soft threshold;fault diagnosis

0 引言

    光伏電站幅員遼闊,位置偏遠,維護不易,精確識別光伏組件的故障類型和物理位置對于維持光伏電廠安全高效運行具有極其重要的意義。

    當前國內外常用的光伏故障診斷方法包括紅外圖像法[1]、I-V曲線法[2]、時域反射分析法[3]、智能法[4-8]。大型光伏電站一般建設在環境惡劣的郊區,難以獲得光伏組件的紅外圖像[8],I-V曲線法和時域反射分析法對所采集的數據精度要求極高,基于經濟成本考慮,大型光伏電站所能投入的數據采集設備受限,因此,紅外圖像法、I-V曲線法和時域反射分析法不適用于大型光伏電站,需要電站投入額外的數據采集設備,增加了光伏電站的運維成本。智能法包括機器學習法和深度學習法,大型光伏電站的建設規模大,每天所產生的數據量較大,機器學習法一般適用于小數據集,難以適用于大型光伏電站。太陽能電站光伏組件的電流數據可以精準地定位到每一個光伏組件的物理位置,因此,提高光伏組件的故障診斷準確率,要充分挖掘不同故障狀態下的電流數據隨時間變化的本質特征。文獻[6]將時序電壓和時序電流繪制成二維特征圖,通過卷積神經網絡對二維特征圖進行特征提取和分類。卷積神經網絡在圖像領域的應用效果較好,但難以提取時序性數據的特征。文獻[7]通過長短期記憶神經網絡提取電池板參數的時序特征,但模型收斂速度較慢。文獻[8]通過CNN-LSTM深度學習診斷模型,對故障的診斷效果有很大的提升,但模型結構復雜,網絡收斂速度慢。文獻[9]提出了時序卷積神經網絡,在處理時間序列數據預測問題方面與現存的時序深度學習模型(RNN、LSTM、GRU)相對比性能表現良好。




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作者信息:

李  莎1,陳澤華1,劉海軍2

(1.太原理工大學 大數據學院,山西 晉中030600;2.晉能清潔能源有限公司,山西 太原030001)




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