Data availability 数据可用性
所使用的数据是保密的。
Table 1. Main specifications of the selected PV array.
表 1.所选光伏阵列的主要规格。
Parameter 参数 | Description 说明 |
---|---|
Module technology 模块技术 | Mono-crystalline (mc-Si) 单晶硅(mc-Si) |
PV array nominal power 光伏阵列额定功率 | 3.18 kWp |
Inverter type and size 逆变器类型和尺寸 | IG30 Fronius single-phase, 2.5 kW IG30 Fronius 单相,2.5 千瓦 |
Modules per inverter 每个逆变器的模块 | 30 |
Modules in series (Ns) 串联模块 (Ns) | 15 |
Strings in parallel (Np) 并行字符串 (Np) | 2 |
Tilt - Azimuth 倾斜 - 方位 | 35° − 10° West 西经 35° - 10° |
Table 2. Electrical characteristics of the considered PV module.
表 2.所考虑的光伏组件的电气特性。
Parameter 参数 | Value 价值 |
---|---|
Pmp (W) | 106 |
ISC (A) | 6.54 |
VOC (V) | 21.6 |
Imp (A) | 6.10 |
Vmp (V) | 17.4 |
βVOC (%/°C) | −0.36 -0.36 |
αISC (%/°C) | 0.06 |
Fig. 1. The operating conditions of curves 1, 2, and 3 are interpolated to obtain the operating conditions of Curves 4 and 0.
图 1.对曲线 1、2 和 3 的运行条件进行内插,得到曲线 4 和 0 的运行条件。
Fig. 2. MGWO algorithm flowchart.
图 2.MGWO 算法流程图。
Fig. 3. Flowchart of the proposed fault detection and diagnosis strategy.
图 3.建议的故障检测和诊断策略流程图。
Fig. 4. Failure types considered in the proposed methodology (#1 partial shading, open-circuit fault#2, #3 short-circuit fault, and #4 Line-to-Line fault).
图 4.建议方法中考虑的故障类型(#1 部分遮挡、#2 开路故障、#3 短路故障和 #4 线对线故障)。
Fig. 5. DC output power of the grid-connected PV system within various fault scenarios.
图 5.各种故障情况下并网光伏系统的直流输出功率。
Fig. 6. The general structure of the deployed RF model.
图 6.部署的射频模型的总体结构。
Fig. 7. The grid search algorithm's principle.
图 7 网格搜索算法原理网格搜索算法的原理。
Table 3. Defined classes and their corresponding fault type.
表 3.定义的类别及其对应的故障类型
Phase 阶段 | Class 班级 | Corresponding fault type 相应的故障类型 |
---|---|---|
Detection 检测 | 0 | Healthy 健康 |
1 | Faulty 故障 | |
Diagnosis 诊断 | 0 | #2: Open-circuit fault #2:开路故障 |
1 | #1: Partial Shading #1:局部遮光 | |
3 | #3: Short-circuit fault #3:短路故障 | |
9 | #4: Line-to-line fault #4: 线对线故障 |
Table 4. Details of the detection and diagnosis database construction.
表 4.检测和诊断数据库建设详情。
Phase 阶段 | Class 班级 | Test data set (25 %) 测试数据集(25) | Train data set (75 %) 训练数据集(75) | Total 总计 |
---|---|---|---|---|
Detection 检测 | 0 | 12,145 | 36,433 | 242,890 |
1 | 48,578 | 145,734 | ||
Diagnosis 诊断 | 0 | 12,145 | 36,433 | 194,312 |
1 | 12,144 | 36,434 | ||
3 | 12,145 | 36,433 | ||
9 | 12,144 | 36,434 |
Fig. 8. Predicted I-V curve at STC (Curve 0) using the current–voltage translation method.
图 8.使用电流-电压转换法预测的 STC(曲线 0)I-V 曲线。
Table 5. Extracted ODM parameters at STC.
表 5.在 STC 提取的 ODM 参数。
Parameter 参数 | Value 价值 |
---|---|
Rp (Ω) | 42.9633 |
RS(Ω) | 0.2212 |
Io (A) | 4.344 10-7 |
n | 45.1606 |
Iph (A) | 6.8378 |
RMSE | 0.0122 |
Fig. 9. PV array model validation under a) T = 28.1, G = 749, b) T = 28.2, G = 800.
图 9.a) T = 28.1,G = 749,b) T = 28.2,G = 800 下的光伏阵列模型验证。
Fig. 10. Dynamic validation of the PV array model under different weather conditions.
图 10.光伏阵列模型在不同天气条件下的动态验证。
Table 6. Optimal hyperparameters.
表 6.最佳超参数。
Hyperparameter 超参数 | RF Detection model 射频检测模型 | RF Diagnosis model 射频诊断模式 |
---|---|---|
max_depth 最大深度 | 45 | 85 |
n_estimators | 65 | 35 |
Criterion 标准 | gini 基尼 | entropy 熵 |
Bootstrap | True 正确 | True 正确 |
Min_samples_leaf 最小样本叶片 | 1 | 1 |
Min_sample_split 最小样本分割 | 2 | 2 |
Max_features 最大特征 | 6 | 6 |
Table 7. Classification report of RF detection model.
表 7.射频检测模型的分类报告。
Empty Cell | Precision 精度 | Recall 回顾 | F1score | Samples number 样本数量 |
---|---|---|---|---|
Class0 0 级 | 1.00 | 0.970 | 0.985 | 12,145 |
Class1 1 级 | 0.993 | 1.000 | 0.996 | 48,578 |
Macro avg 宏观平均值 | 0.996 | 0.985 | 0.991 | 60,723 |
Weighted avg 加权平均数 | 0.994 | 0.994 | 0.994 | 60,723 |
Accuracy (%) 准确度(%) | 99.4 | 60,723 |
Table 8. Classification report of RF diagnosis model.
表 8.射频诊断模型的分类报告。
Empty Cell | Precision 精度 | Recall 回顾 | F1score | Samples number 样本数量 |
---|---|---|---|---|
Class0 0 级 | 0.978 | 1.000 | 0.989 | 12,145 |
Class1 1 级 | 1.000 | 0.974 | 0.987 | 12,144 |
Class3 3级 | 0.999 | 1.000 | 1.000 | 12,145 |
Class9 9 级 | 0.998 | 1.000 | 0.999 | 12,144 |
Macro avg 宏观平均值 | 0.994 | 0.994 | 0.994 | 48,578 |
Weighted avg 加权平均数 | 0.994 | 0.994 | 0.994 | 48,578 |
Accuracy (%) 准确度(%) | 99.4 | 48,578 |
Fig. 11. Normalized Confusion matrix of RF detection model.
图 11.射频检测模型的归一化混淆矩阵。
Fig. 12. Normalized Confusion matrix of RF diagnosis model.
图 12.射频诊断模型的归一化混淆矩阵。
Fig. 13. Fault detection results.
图 13.故障检测结果。
Fig. 14. Fault diagnosis results.
图 14.故障诊断结果。
Table 9. Comparative Analysis between SVM, KNN, DT, SGDC, MLP, and RF trained and tested using the same data set.
表 9.使用相同数据集训练和测试 SVM、KNN、DT、SGDC、MLP 和 RF 的比较分析。
Phase 阶段 | Indicator 指标 | label 标签 | SVM | MLP Classifier MLP 分类器 | KNN | DT | SGDC | RF |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Detection 检测 | Precision 精度 | 0 | 0.979 | 0.913 | 0.979 | 0.988 | 0.000 | 1.000 |
1 | 0.984 | 0.990 | 0.984 | 0.981 | 0.796 | 0.993 | ||
Recall 回顾 | 0 | 0.939 | 0.960 | 0.939 | 0.927 | 0.000 | 0.970 | |
1 | 0.995 | 0.977 | 0.995 | 0.997 | 1.000 | 1.000 | ||
F1score | 0 | 0.959 | 0.936 | 0.959 | 0.956 | 0.000 | 0.985 | |
1 | 0.990 | 0.983 | 0.990 | 0.989 | 0.886 | 0.996 | ||
Accuracy (%) 准确度(%) | 84.5 | 97.3 | 98.3 | 98.3 | 79.6 | 99.4 | ||
Diagnosis 诊断 | Precision 精度 | 0 | 0.958 | 0.992 | 0.923 | 0.992 | 0.851 | 0.978 |
1 | 1.000 | 1.000 | 0.996 | 0.997 | 0.876 | 1.000 | ||
3 | 0.933 | 0.974 | 0.998 | 0.972 | 0.986 | 0.999 | ||
9 | 0.964 | 0.964 | 0.997 | 0.971 | 0.908 | 0.998 | ||
Recall 回顾 | 0 | 0.928 | 0.975 | 0.997 | 0.972 | 0.967 | 1.000 | |
1 | 0.951 | 0.972 | 0.905 | 0.975 | 0.930 | 0.974 | ||
3 | 0.968 | 0.981 | 0.997 | 0.985 | 0.697 | 1.000 | ||
9 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 0.997 | 1.000 | 1.000 | ||
F1score | 0 | 0.943 | 0.983 | 0.959 | 0.982 | 0.905 | 0.989 | |
1 | 0.975 | 0.986 | 0.948 | 0.986 | 0.902 | 0.987 | ||
3 | 0.951 | 0.978 | 0.997 | 0.979 | 0.816 | 1.000 | ||
9 | 0.981 | 0.982 | 0.998 | 0.984 | 0.952 | 0.999 | ||
Accuracy (%) 准确度(%) | 96.1 | 98.2 | 97.5 | 98.3 | 89.8 | 99.4 |