关键词：光伏发电系统；远程监控；故障诊断；概率故障树；优化研究
1 引言
在智能技术飞速发展的融合环境下，本研究提出光伏发电系统智能诊断的技术思路；一方面通过对电场中的电流电压等实时数据进行采集，并与电站运行的基本情况进行智能化对比分析，进而判断太阳能光伏电站的实际运行情况；另外一方面，通过对采集数据的传输与存储、建立实时电站运行数据库，就能够在很大程度上帮助相关管理人员进行特征提取等操作，进而为整个电站系统的改善以及故障诊断等奠定坚实的理论基础和实证依据。
2 专家系统原理知识概述
2.1 故障树分析方法
（1）故障树的构造
故障树作为一种新型的技术手段，其主要的作用在于能够很好的保障系统运行过程中各个设备的稳定性；由于该技术的实用性，后来将其普遍应用在发电系统的故障诊断中。在故障树分析方法中，将会把系统最不愿发生的故障事件视作故障发生的顶事件，之后对该故障进行原因分析，每一项原因将会出现在顶事件的下方，最终，这些原因在于门或者门组合相结合，就形成初步的树。
因此，一般情况下，在光伏发电系统故障的人工建树过程中，需要从故障树的顶事件开始，逐步向下进行搜索直至底事件，在此过程中会经过若干个事件。所以在建树的过程中主要有以下几个步骤：首先将最为严重的故障确定为顶事件；之后根据故障发生的机理进行故障原因分析；将其逐步分解直至底事件为止；最后对整个故障分析过程以及因果关系等进行整理，并对其进行适宜的简化。
（2）故障树的结果分析
在故障树分析方法中涉及到两类结果分析，首先是定性结果分析：在定性结果分析中对于割集的定义为，如果存在一些底事件，当它们全部发生故障时，才能够导致顶事件的发生，进而将这些底事件所形成的集合称之为该故障树的割集。因此只有当最小割集中的底事件全部发生时才可能导致顶事件的发生，在此过程中如果通过布尔运算对中间事件进行简化之后，就会剩下顶事件和底事件，其两者的关系就可以简化为对应集合的逻辑和的形式。
其次就是定量结果分析：每一个运行的设备，最好的结果便是一直保持无故障的运行，但是在现实中几乎是不可能的，因此当设备出现故障时就需要通过适宜的计算对故障发生的概率进行研究；通常情况下可以通过对底事件概率的计算反映出顶事件发生的概率。
假设一个数的最小割集为jM x，则整个设备的最小割集结构函数可表示为：
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在上面的式中，K 表示系统中最小割集的数量，且jM x的定义为：
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通过联立公式可知顶事件发生的概率为：
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2.2 专家系统组成及其功能
（1）知识库
所谓的知识库就是将各种常识、基本理论以及指导思想等进行整合的结果，并且将其存储在一定的环境当中，在必要的时候供人们进行选择使用，即知识库是一个存储“专家”知识和经验的地方。
（2）数据库
数据库，相对于其他的专家系统组成部分来说，是一个动态的组成结构；因为当设备在运行的过程中会产生实时的数据，并且这些数据在一定条件下进行推理之后又会产生新的数据，故数据库无时无刻不在发生变化。
（3）推理机
在专家系统中的推理机，其主要的功能在于对数据库中的内容进行一定规则的修改，进而根据其结果得出相关的结论；类似于整个专家系统的“大脑”，根据适宜的规则方法加工处理数据，并对事物的发展做出有效判断。
（4）解释器
解释器的作用主要表现在两个方面：其一是对整个专家系统的运行以及流程进行有效的指导说明；其二是对于系统本身的疑问，使得整个系统达到可视化的程度，进而给使用者带来诸多便利。
3 基于改进概率故障树的专家系统设计
3.1 知识库设计
对于知识库的改进设计，一方面要对知识获取进行完善，另外一方面更要对知识表达进行改善。首先，在知识获取方面，要及时与各个光伏监控方面的专家学者进行深入交流合作，从而及时了解故障类型及其原因分析；同时要善于利用期刊、学术论文等对需要的知识进行总结归纳；最后在采用实验样机进行试验的过程中，要及时将数据结果以及情景模拟过程等进行录入，进而为后续工作开展奠定基础。
3.2 改进的推理机设计
首先，改进后的推理系统，其推理方向涉及正向推理、逆向推理以及正反向综合推理等；其次，本研究采用不确定推理方法，并确定一定阈值来对事件发生误判的概率进行及时纠正；最后，改进的搜索策略采用“滤波”启发式搜索方法，在搜索中加入了与故障相关的启发性知识，若往下搜索时，遇到启发性知识，则从结点继续往下搜索。
4 光伏太阳能故障诊断专家系统软件
4.1 软件系统结构
现阶段，常用的软件构架主要有浏览器/服务器结构（B/S）和客户端/服务器结构（C/S）。它们均可以进行同样的处理。由于光伏电站监控中的故障是很多的，还需要处理特别多的数据。在两种结构的对比下，发现C/S结构更具有优势。因此，光伏专家系统软件的研制使用C/S结构。C/S结构对系统的网络环境要求比较小。C/S结构具有以下一些特性：
1) C/S结构界面友好性和便于操作的优势。
2) 支持多层认证，安全性能有保障。
3) 响应速度快。
4.2 实验验证
在光伏太阳能电站故障诊断软件程序开发完成之后，需要对故障诊断软件分别进行实时测试和离线测试来验证系统是否可用。我们利用上述的微型电站模拟系统实验平台，在实验室中使用配套的灯装置照射实验平台的太阳能电池板做实验。将故障诊断专家系统用于我们的模拟电站，对一定时间内的运行情况进行评估。若出现故障，则判断故障类型及它发生的可能性，进行排序输出，然后给出参考意见；最终测试结果表明该专家系统是可以对故障进行诊断并能给出维修建议或者诊断结果。
5 结论
面对能源紧缺、环境破坏等现实问题，就不得不加强对可再生能源的研究。随着光伏发电系统的应用，其不仅为人们的生活提供了大量的动力能源，同时也为生活环境的改善起到良好促进作用。事物发展均有其两面性，太阳能光伏发电系统也不例外，由于受到自然环境、地质条件等多方面的制约影响，通常会将太阳能光伏电站修建在较为偏僻、地势开阔的区域。毫无疑问这样一来对于光伏发电系统的监测与故障诊断就会造成显著影响，对于光伏发电站的实际运行情况不能够进行及时的跟踪调度，进而最终影响到这个光伏发电场的电功率以及发电效率。通过对光伏太阳能电站系统进行研究，设计了故障诊断专家系统并通过编程实现了该系统的软件开发。该系统对光伏太阳能的性能研究起了至关重要的作用，它很好的解决了人工监控带来的效率低下等问题。但是本文的研究在某些方面依旧存在不足，需要进一步去改进与提高。
参考文献：
[1]王雪.光伏监控中的故障诊断方法及应用[D]. 杭州电子科技大学, 2017.
[2]王元章,李智华,吴春华,等.光伏系统故障诊断方法综述[J].电源技术,2013, 37(9):1700-1705.
论文作者:李华峰,,罗鹏
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 18期
论文发表时间:2020/1/16
标签：故障论文; 光伏论文; 专家系统论文; 事件论文; 系统论文; 故障诊断论文; 电站论文; 《当代电力文化》2019年 18期论文;