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光伏发电技术
★ 5.0
一种考虑极端降雨时空特性的混合数据与知识驱动的分布式光伏系统风险预测方法
A Hybrid Data and Knowledge Driven Risk Prediction Method for Distributed Photovoltaic Systems Considering Spatio-Temporal Characteristics of Extreme Rainfalls
| 作者 | Yuxuan Wang · Bin Zhou · Cong Zhang · Siu Wing Or · Xiang Gao · Ziqi Da |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 分布式光伏系统 电气安全风险 极端降雨 水涝 预测方法 |
语言:
中文摘要
本文提出一种结合基于知识与数据驱动的电气安全风险(ESR)预测方法,该方法考虑了极端降雨的时空特征,旨在识别因内涝导致高停机风险的分布式光伏系统(DPVS)。首先,建立了分布式光伏系统内涝的二维水动力偏微分模型,以推导极端降雨在时空异质性条件下淹没深度的动态分布。开发了一种基于快速图像分割的风险分区算法,以提取暴雨及内涝的非均匀空间分布和时间波动性,从而将分布式光伏系统划分为具有不同电气安全风险程度的多个区域。然后,从数学角度提出了一种基于知识的、考虑淹没深度和寄生电容的泄漏电流分析方法,以揭示极端降雨对分布式光伏系统电气安全风险的潜在影响。采用数据驱动的时空图卷积网络来预测分布式光伏系统的淹没深度,以在极端降雨事件和观测样本有限的情况下提高电气安全风险预测的准确性。此外,还构建了时空电气安全风险的概率密度函数,以动态量化不同分区中触发分布式光伏系统停机的电气安全风险程度。最后,仿真结果验证了所提方法在极端降雨条件下对分布式光伏系统进行时空电气安全风险预测的有效性。
English Abstract
This paper proposes a hybrid knowledge-based and data-driven electrical safety risk (ESR) prediction method considering spatio-temporal characteristics of extreme rainfalls to identify distributed photovoltaic systems (DPVSs) with high risks of shutdowns induced by waterlogging. Firstly, a two-dimensional hydrodynamic partial differential model of DPVS waterlogging is formulated to deduce dynamic distributions of inundation depths under temporal-spatial heterogeneity of extreme rainfalls. A fast image segmentation driven risk partitioning algorithm is developed to extract nonuniform spatial distributions and temporal volatility of rainstorms as well as waterlogging for dividing DPVSs into multiple zones with different degrees of ESRs. Then, a knowledge-based analytical approach for leakage currents concerning inundation depths and parasitic capacitance is mathematically presented to reveal the underlying impacts of extreme rainfalls on ESRs of DPVSs. A data-driven spatio-temporal graph convolutional network is implemented to predict inundation depts of DVPSs for improving ESR prediction accuracy with limited extreme rainfall events and observation samples. Furthermore, probability density functions of spatio-temporal ESRs are formed to dynamically quantify ESR degrees triggering shutdowns of DPVSs in different partitioned zones. Finally, simulation results have validated the effectiveness of the proposed method for the spatio-temporal ESR prediction of DPVSs under extreme rainfalls.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对分布式光伏系统极端降雨风险预测的研究具有重要的工程应用价值。当前我国分布式光伏装机规模快速增长,但极端天气导致的系统停机和电气安全事故已成为影响发电效率和资产安全的关键因素。该研究提出的知识与数据混合驱动方法,通过二维流体动力学模型模拟积水深度的时空演化,并结合漏电流解析模型揭示积水对电气安全的影响机理,为我们开发智能化运维系统提供了理论基础。
从产品层面,该技术可直接应用于阳光电源的iSolarCloud智慧光伏云平台,通过集成时空图卷积网络实现对分布式电站的风险分区预警。特别是论文提出的快速图像分割算法能够识别非均匀降雨分布,这对于大规模电站群的差异化防护策略制定极具价值。我们可将此技术嵌入逆变器和汇流箱的智能控制系统中,在极端天气来临前主动调整设备运行参数或触发保护机制,降低因漏电流引发的停机损失。
技术挑战方面,该方法依赖于高精度的地形数据和实时气象信息,需要与气象部门建立深度数据合作。此外,时空图卷积网络在小样本极端事件下的泛化能力仍需在实际场景中验证。但从应用前景看,随着数字孪生技术在新能源领域的推广,该方法可与我们的储能系统联动,在暴雨期间优化储能调度策略,既保障电气安全又提升系统经济性,这为阳光电源构建全天候智能电站解决方案提供了重要技术支撑。