Ankori Liu qiuxia

Résumé: avec le développement rapide des énergies renouvelables, en particulier de la technologie de production d'énergie photovoltaïque, les systèmes intégrés photovoltaïques de stockage d'énergie sont devenus un moyen important de parvenir à un développement énergétique durable. Cependant, le fonctionnement stable du système et les problèmes d'efficacité ont été des facteurs clés qui ont freiné son développement. L'application de la technologie de l'Internet des objets fournit un moyen efficace de surveillance et de diagnostic à distance pour les systèmes photovoltaïques intégrés de stockage d'énergie. Cet article examine systématiquement les techniques de surveillance et de diagnostic à distance des systèmes photovoltaïques intégrés de stockage d'énergie basés sur l'Internet des objets, analyse les avantages du fonctionnement du système après l'intégration de la technologie IOT et propose un ensemble efficace de processus de détection et de diagnostic des défauts. L'efficacité du système a été démontrée par une validation expérimentale pour améliorer l'efficacité de la production d'énergie photovoltaïque, réduire les coûts de maintenance et garantir la stabilité du système.

Mots clés: Internet des objets; Production d'électricité photovoltaïque; Systèmes de stockage d'énergie; Surveillance à distance; Diagnostic de panne

0 Introduction

Le système intégré photovoltaïque - stockage d'énergie en tant que nouveau type d'utilisation des énergies renouvelables est apprécié pour ses avantages en termes de protection de l'environnement verte et de durabilité. À mesure que la taille du système continue de croître et que les scénarios d'application augmentent, la sécurité opérationnelle, la stabilité et l'efficacité de la maintenance du système deviennent des problèmes urgents. L'introduction de la technologie IOT offre de nouvelles solutions pour la surveillance à distance et le diagnostic des pannes. Les technologies IOT permettent l'acquisition, la transmission et l'analyse de données en temps réel sur les systèmes grâce à des moyens tels que les capteurs intelligents, les technologies de communication et le cloud computing, afin de détecter et de traiter les problèmes éventuels en temps opportun. Cet article vise à explorer comment les technologies IOT peuvent être appliquées aux systèmes photovoltaïques tout - en - un de stockage d'énergie pour optimiser leurs fonctions de surveillance et de diagnostic à distance.

1 photovoltaïque - importance et tendances des systèmes de stockage d'énergie

L'importance du système de stockage d'énergie photovoltaïque en tant qu'élément essentiel du nouveau domaine de l'énergie réside dans sa capacité à convertir efficacement l'énergie solaire, une source d'énergie propre et renouvelable, en électricité et à résoudre le problème intermittent de la production d'énergie solaire grâce à des installations de stockage d'énergie, améliorant l'Efficacité d'utilisation de l'énergie et la fiabilité de l'alimentation du système. Avec une prise de conscience accrue de la protection de l'environnement et une dépendance réduite aux énergies fossiles traditionnelles, les systèmes photovoltaïques de stockage d'énergie jouent un rôle de plus en plus important dans la transition du mix énergétique. Ce système permet non seulement de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d’atténuer les problèmes de réchauffement climatique, mais également de fournir un approvisionnement stable en électricité dans les régions éloignées et les zones où les réseaux électriques sont instables, contribuant ainsi au développement durable de l’économie sociale.

L'innovation technologique conduit constamment à l'amélioration de l'efficacité de l'énergie photovoltaïque et à la réduction des coûts de stockage de l'énergie. Par exemple, la recherche et le développement de matériaux de cellules photovoltaïques se dirigent vers plus d'efficacité et moins de coûts, tels que l'émergence de nouveaux matériaux tels que les cellules solaires pérovskites. Dans le même temps, la technologie de stockage d'énergie progresse également, la densité d'énergie des batteries lithium - ion augmente et les coûts diminuent, d'autres types de technologies de stockage d'énergie telles que les batteries à flux liquide, le stockage d'énergie à air comprimé, etc. sont également constamment étudiés et développés. Augmentation du niveau d'intégration et d'intelligence des systèmes. Avec le développement des technologies de l'Internet des objets et de l'intelligence artificielle, les systèmes photovoltaïques de stockage d'énergie adoptent de plus en plus des technologies de surveillance et de gestion intelligentes qui permettent * d'optimiser le fonctionnement du système, d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie et la stabilité opérationnelle du système. Le système est capable d'ajuster automatiquement les stratégies de production et de stockage d'énergie en fonction de facteurs tels que les changements météorologiques, la demande des utilisateurs et les changements de prix de l'électricité, ce qui permet d'accroître les avantages économiques.

2 photovoltaïque - stockage d'énergie architecture de système tout - en - un

2.1 Introduction aux systèmes photovoltaïques

L'élément central d'un système tout - en - un de stockage d'énergie photovoltaïque est un système de production d'énergie photovoltaïque qui utilise des panneaux solaires pour convertir l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique continue. Ce processus de conversion est réalisé par effet photoélectrique d'un matériau semi - conducteur, où les photons interagissent avec les électrons du semi - conducteur pour générer un courant électrique lorsque la lumière du soleil frappe le panneau photovoltaïque. Les systèmes de production d'énergie photovoltaïque comprennent généralement des composants tels que des panneaux photovoltaïques, des supports, des onduleurs, des équipements de surveillance et des câbles et boîtes de jonction correspondants. Un panneau photovoltaïque est un système qui se compose généralement de plusieurs cellules photovoltaïques en série ou en parallèle pour fournir la tension et le courant requis. L'efficacité et la qualité des cellules photovoltaïques déterminent directement l'efficacité et la stabilité de la production d'électricité dans l'ensemble du système. Actuellement, les cellules photovoltaïques courantes sur le marché sont principalement de trois types de silicium monocristallin, de silicium polycristallin et de couches minces, chacun avec ses caractéristiques et son environnement applicable.

2.2 rôle des systèmes de stockage d'énergie

Le système tout - en - un photovoltaïque - stockage d'énergie est un système d'énergie * * qui intègre la production d'énergie photovoltaïque avec le stockage d'électricité. Dans ce système, le système de stockage d'énergie (joue un rôle crucial.l'alimentation en électricité qu'il produit n'est pas stable en raison de la dépendance climatique et de la périodicité jour / nuit de l'énergie solaire.c'est là que le système de stockage d'énergie entre en jeu.les systèmes de stockage d'énergie, qui utilisent généralement des Technologies de stockage d'énergie par batterie telles que les batteries lithium - ion ou au plomb - acide, peuvent stocker l'énergie électrique lorsque l'électricité photovoltaïque produit un surplus et la libérer en l'absence de soleil ou pendant les périodes de pointe de la demande, assurant ainsi la continuité et la stabilité de l'approvisionnement en électricité.

2.3 avantages des systèmes intégrés

Le principal avantage d'un système photovoltaïque intégré de stockage d'énergie réside dans sa capacité à combiner étroitement la production d'énergie solaire avec le stockage d'énergie pour former un système capable à la fois de convertir efficacement et de répondre de manière flexible à divers besoins d'alimentation. Un tel système est capable non seulement de convertir l'énergie solaire en électricité pendant la journée, mais également de stocker l'excès d'énergie électrique par des dispositifs de stockage d'énergie pour une utilisation nocturne ou pluvieuse, résolvant efficacement les problèmes intermittents causés par les systèmes photovoltaïques traditionnels limités par les conditions naturelles. Plus précisément, l'efficacité des panneaux photovoltaïques dans un système tout - en - un pour convertir l'énergie solaire en électricité peut être exprimée par:

Où pout est la puissance produite par le panneau photovoltaïque et Ein est la quantité totale d'énergie solaire incidente au panneau photovoltaïque.

En outre, le système tout - en - un peut réguler dynamiquement la production d’électricité en fonction de la demande réelle d’électricité, grâce à un système de gestion intelligent capable de surveiller les habitudes de consommation d’électricité des utilisateurs et de prévoir la demande d’électricité, ce qui optimise l’état de fonctionnement des dispositifs de production et de stockage d’énergie photovoltaïque. Par exemple, lorsqu'une augmentation de la demande d'électricité est prévue, le système peut stocker plus d'énergie électrique à l'avance pour répondre aux heures de pointe à venir. Cette régulation intelligente peut se résumer par la formule suivante:

Pstored(t+1)=Pstored(t)+Pcharge(t)-Pdécharge(t)

Où pstored représente l'énergie électrique actuellement stockée et pcharge et pdischarge représentent respectivement les puissances de charge et de décharge au temps T.

Pour les régions éloignées ou les endroits où le réseau électrique est instable, un système tout - en - un photovoltaïque de stockage d'énergie est d'autant plus une solution idéale qu'il est capable de fonctionner indépendamment du réseau électrique traditionnel, offrant aux utilisateurs un approvisionnement en électricité stable et fiable. Avec les progrès de la technologie de stockage d'énergie, tels que l'augmentation de la densité d'énergie et la baisse des coûts des batteries lithium - ion, l'économie du système tout - en - un s'est considérablement améliorée. La rentabilité des équipements de stockage d’énergie peut être évaluée par leur durée de vie en cycle et leur coût énergétique unitaire:

Où cstorage est le coût total de l'équipement de stockage d'énergie, n est le nombre de cycles de l'équipement et ecapacity est l'énergie électrique que chaque cycle peut fournir.

3 techniques de surveillance à distance

3.1 technologie des capteurs et acquisition de données

La technologie de surveillance à distance joue un rôle essentiel dans les systèmes photovoltaïques tout - en - un de stockage d'énergie, ce qui permet l'exploitation et la maintenance intelligentes du système. En intégrant * * La technologie de capteurs, les moyens de communication de données et les capacités de traitement Big Data de la plate - forme Cloud, la technologie de surveillance à distance permet une surveillance et une gestion en temps réel de l'état de l'ensemble du système. La mise en œuvre de cette technologie repose sur une série de capteurs * denses qui collectent en permanence des données à partir des différents nœuds clés du système, notamment les panneaux photovoltaïques, les onduleurs et les dispositifs de stockage d'énergie. Les données fournies par la technologie des capteurs sont multiples et couvrent les informations environnementales et les indicateurs de performance des équipements. Par example, un capteur de température peut surveiller la température d'un panneau photovoltaïque et d'un dispositif de stockage d'énergie dont la relation entre la tension de sortie V et la température t peut être exprimée par la formule suivante:

Dans la formule, a，b，c， Est un coefficient déterminé en fonction des caractéristiques du capteur et t est la température. Le capteur de courant et de tension permet alors de surveiller les performances électriques du système photovoltaïque, en utilisant la loi d'ohm pour décrire le courant I dans le circuit, la relation v = IR entre la tension V et la résistance R, tandis que le capteur de lumière permet de mesurer l'intensité de la lumière solaire et donc d'évaluer le potentiel de génération d'électricité du panneau photovoltaïque dont la relation entre le courant de sortie I et l'intensité lumineuse incidente peut être approximée par: epmathmarkerep où K est le coefficient de réponse du capteur. Grâce aux données recueillies par ces capteurs, le système est en mesure de surveiller en temps réel l'état de fonctionnement de l'équipement et les conditions environnementales, fournissant un soutien décisionnel pour un fonctionnement optimal du système. Les moyens de communication de données garantissent que ces données peuvent être transmises en temps réel à une plate - forme Cloud pour traitement et analyse, ce qui implique généralement un processus de chiffrement et de déchiffrement des données dont le modèle mathématique peut être représenté par:

Où (P représente les données brutes, (c Représente les données chiffrées, (E = K est la fonction de chiffrement, (D = K est la fonction de déchiffrement) et (K est la clé secrète). La plate - forme Cloud traite ces données en utilisant * * des méthodes d'analyse de données, telles que des algorithmes d'apprentissage automatique, pour prédire les tendances opérationnelles et les besoins de maintenance potentiels du système. Ces analyses peuvent impliquer des modèles mathématiques complexes tels que l'analyse de régression, l'analyse de séries chronologiques, etc. un modèle de régression linéaire simple peut être représenté par:

Où y est la variable de réponse, X1, x2, xN est la variable explicative, β0, β1, βn sont les paramètres du modèle et ϵ est le terme d'erreur.

3.2 moyens de communication des données

Les données collectées doivent être transmises via des moyens de communication de données fiables à Monitoring * Heart ou à une plate - forme Cloud. La communication de données peut se faire via un réseau câblé tel qu'Ethernet ou via des moyens sans fil tels que les réseaux cellulaires, les communications par satellite ou le Wi - fi. Dans certaines régions éloignées ou difficiles à câbler, les moyens de communication sans fil sont plus pratiques et flexibles. Avec le développement de la technologie IOT, les technologies lpwan (Low Power Wide Area Network) telles que Lora et NB - IOT commencent également à être de plus en plus utilisées pour la surveillance à distance.

Dans les systèmes de mesure, ces techniques sont particulièrement adaptées aux scénarios de transmission de petites quantités de données, avec des avantages tels qu'une large couverture et une faible consommation d'énergie. Les caractéristiques spécifiques des moyens de communication des données figurent dans le tableau.

Tableau 1 caractéristiques du mode de communication des données

3.3 plateformes Cloud et traitement des données

Lorsque les données sont transférées avec succès vers une plate - forme Cloud via un réseau de communication, la phase de traitement des données suit. La plate - forme Cloud dispose de puissantes capacités de stockage de données et de calcul pour traiter et analyser de grandes quantités de données. Grâce aux algorithmes * * de traitement des données, tels que l'apprentissage automatique et les technologies d'intelligence artificielle, la plate - forme Cloud permet non seulement une surveillance en temps réel des données, mais également des fonctionnalités élevées *, telles que la prévision des pannes, l'analyse des performances et les recommandations d'optimisation. En outre, les utilisateurs peuvent visualiser l'état du système à tout moment, n'importe où, à partir d'un ordinateur ou d'un appareil mobile via les interfaces fournies par la plate - forme Cloud, ce qui permet le contrôle et la gestion à distance, augmentant considérablement le niveau d'efficacité et d'intelligence des opérations et de La maintenance du système. Plate - forme Cloud photovoltaïque avec système de traitement de données pour la technologie IOT voir figure 1

Figure 1 plate - forme Cloud photovoltaïque et système de traitement de données pour la technologie IOT

4 méthodes de diagnostic des pannes

4.1 techniques de détection des défauts

Les méthodes de diagnostic jouent un rôle essentiel dans les systèmes industriels et technologiques modernes, en particulier dans les systèmes complexes qui nécessitent un fonctionnement stable pendant de longues périodes, tels que les systèmes photovoltaïques intégrés de stockage d'énergie. La technologie de détection des pannes est le point de départ du diagnostic des pannes, qui capte les signaux d'anomalies possibles en surveillant l'état de fonctionnement de l'équipement et les paramètres environnementaux. Ces signaux peuvent se manifester par des changements brusques de données, tels que des augmentations brusques de température, des fluctuations de tension de courant au - delà de la plage normale, etc., ou par une diminution progressive des indicateurs de performance, tels que la réduction de l'efficacité de production d'électricité des panneaux photovoltaïques. Les capteurs jouent ici un rôle fondamental, ils collectent des données critiques en temps réel et les transmettent au système d'analyse. Voir la figure 2 pour le système technique de détection de défaut photovoltaïque.

4.2 optimisation de l'évaluation et de l'analyse des effets

Les paramètres tels que la précision, le taux de rappel, le score F1, le temps de calcul, le taux de faux positifs sont principalement évalués. La méthode d'évaluation consiste à appliquer le modèle optimisé aux données opérationnelles réelles et à comparer les indicateurs de performance du modèle avant et après l'optimisation. Dans le même temps, de nombreuses expériences sont menées pour vérifier la faisabilité et l'efficacité de la méthode d'optimisation. En comparant les résultats expérimentaux et les données analysées, on a constaté que le modèle optimisé présentait des améliorations significatives en termes de précision, de rappel, de score F1, ainsi qu'une réduction du temps de calcul et du taux de faux positifs. Cela montre que les méthodes d'optimisation peuvent améliorer efficacement la précision et l'efficacité des méthodes de capture automatique de l'état de fonctionnement des installations électriques des centrales hydroélectriques.

5 Système de gestion de l'énergie de Microgrid d'ancory acrel - 2000mg

5.1 Généralités

Le système de gestion de l'énergie de stockage d'énergie acrel - 2000mg est un système de gestion de l'énergie localisé développé par ankory spécifiquement pour les centrales de stockage d'énergie industrielles et commerciales, qui peut réaliser l'acquisition de données, le traitement de données, le stockage de données, l'interrogation et l'analyse de données, La surveillance visuelle, la gestion des alarmes, les rapports statistiques, la gestion des politiques, les courbes historiques et d'autres fonctions des centrales de stockage d'énergie. Dans lequel la gestion de la politique, prend en charge une variété de choix de stratégie de contrôle, y compris la courbe planifiée, l'écrêtage et le remplissage des vallées, le contrôle de la quantité requise, l'anti - contre - courant, etc. Le système peut non seulement réaliser la surveillance et la gestion unifiées de chaque unité de stockage d'énergie inférieure *, mais également la communication de données et l'interaction avec le système d'ordonnancement supérieur * et la plate - forme Cloud, à la fois accepter les instructions d'ordonnancement supérieur * et répondre à la surveillance à distance et à L'exploitation et à la maintenance pour assurer un fonctionnement sûr, stable, fiable et économique du système de stockage d'énergie.

5.2 scénarios d'application

Convient aux centrales de stockage d'énergie industrielles et commerciales, aux nouvelles centrales de distribution et de stockage d'énergie.

5.3 structure du système

5.4 Fonctions du système

(1) régulation en temps réel

Le fonctionnement du microréseau est réglementé en temps réel et contient des informations sur le secteur, le photovoltaïque, l'éolien, le stockage d'énergie, les piles de charge et les charges électriques, ainsi que des données sur les rendements, les conditions météorologiques, les économies d'énergie et les réductions d'émissions.

(2) Surveillance intelligente

Surveillance en temps réel de l'environnement du système, des modules photovoltaïques, des onduleurs photovoltaïques, des onduleurs à commande éolienne tout - en - un, des batteries de stockage d'énergie, des convertisseurs de stockage d'énergie, des appareils de consommation d'électricité, etc., maîtrise de l'état de fonctionnement du système de micro - réseau.

(3) Prévision de puissance

Effectuer des prévisions de puissance de production à court terme et à très court terme pour les systèmes de production distribués et démontrer les taux de conformité et les analyses d'erreur.

(4) qualité de l'énergie électrique

Réaliser une surveillance continue de la qualité de l'énergie électrique et des conditions de fiabilité de l'énergie électrique à l'échelle du système de micro - réseau. Tels que les harmoniques de tension, le flash de tension, le déséquilibre de tension et d'autres données d'état stable et de tension d'attente / d'attente, les données d'état temporaire d'interruption de tension pour l'analyse de surveillance et l'affichage d'onde enregistrée, et la surveillance de la tension, des transitoires de courant.

(5) fonctionnement visuel

Réaliser le micro - réseau sans surveillance pour la numérisation, l'intelligence et la gestion facilitée; Surveillance ininterrompue des charges et équipements importants.

(6) contrôle optimisé

En analysant les données historiques de consommation d'électricité, les conditions météorologiques pour prévoir la puissance de la charge et en combinant la puissance distribuée et l'état du stockage, la planification économique est optimisée afin de réduire la consommation d'électricité aux pics ou aux heures de pointe et de réduire les coûts d'utilisation intégrés de l'électricité pour les entreprises.

(7) Analyse des bénéfices

Les utilisateurs peuvent visualiser les données quotidiennes d'électricité et de rendement en trois parties pour le photovoltaïque, le stockage d'énergie et les piles de charge, tandis que les rapports annuels peuvent être commutés pour voir l'électricité et les revenus de chaque mois.

(8) Analyse énergétique

Il est utilisé pour évaluer les performances et l'état de l'équipement en analysant l'efficacité de la production d'électricité, l'efficacité de conversion des équipements photovoltaïques, éoliens et de stockage d'énergie.

(9) configuration de la politique

La configuration du micro - Réseau définit principalement la composition du système de micro - réseau, les paramètres sous - jacents, la stratégie opérationnelle et les valeurs statistiques. Où les stratégies comprennent la courbe planifiée, le remplissage de creux, le contrôle de la demande, la dissipation de nouvelles énergies, le contrôle de la puissance inverse, etc.

6 Hardware et produits associés

7 mots de fin

En résumé, la méthode de capture automatique de l'état de fonctionnement d'une installation électrique d'une centrale hydroélectrique étudiée ici permet une détection précoce et une localisation précise des défaillances en surveillant l'état de fonctionnement de l'installation électrique en temps réel, en utilisant un modèle de réseau neuronal convolutif (CNN) pour apprendre et prédire les données acquises. Toutefois, cette méthode présente encore certaines limites, par exemple la précision de l'identification de certains types de défauts complexes reste à améliorer. Des modèles d'apprentissage en profondeur plus * * tels que les auto - encodeurs variationnels (VAE) ou les réseaux de contre - mesures génératifs (Gan) devront également être introduits à l'avenir pour améliorer la précision de l'identification et la généralisation des types de défauts; Combiner des informations Multi - sources, telles que des données de surveillance de l'état de l'équipement, des journaux d'exploitation, etc., pour mieux évaluer l'état de fonctionnement de l'installation électrique; Envisager d'étendre le champ d'application de cette méthode à d'autres types d'équipements énergétiques ou industriels; Mener des recherches approfondies sur les méthodes de traitement des données volumineuses et dimensionnelles afin d'améliorer encore l'efficacité de la formation et les capacités de généralisation des modèles.

Avec le développement de la technologie d'apprentissage en profondeur, les données de surveillance de plusieurs modes différents seront fusionnées à l'avenir, garantissant la précision et la convivialité de la détection des défaillances. La surveillance et le diagnostic à distance des installations électriques des centrales hydroélectriques peuvent être efficacement réalisés grâce à l'application combinée des technologies Internet et IOT, renforçant ainsi la vitesse de réponse aux pannes et l'efficacité des réparations. La promotion et l'application de cette méthode sont prometteuses et importantes pour améliorer la sécurité, la fiabilité et l'efficacité opérationnelle des centrales hydroélectriques, offrant un soutien plus fort au développement intelligent des centrales hydroélectriques.

Références

[1] le genrong. « l'application de la méthode d'essai en quatre étapes à l'identification des défauts de court - circuit dans les installations électriques est explorée [j]. Red Water River, 2021, 40 (2): 84 - 89.

[2] jungsu, Liang Jie, Jiang kuchao. Méthode de capture automatique de l'état de fonctionnement d'une installation électrique d'une centrale hydroélectrique basée sur un algorithme de Recuit simulé [j]. Hydropower Technology (chinois et anglais), 2022, 53 (3): 110 - 118.

[3] Shin QingSong. Étude de surveillance et de diagnostic à distance des systèmes tout - en - un photovoltaïque - stockage d'énergie basés sur la technologie IOT

[4] ancory Enterprise Microgrid Design & Application Manual, version 05, 2022