[发明专利]基于光伏组件故障率分析的光伏阵列运行维护方法

权利要求书

1.一种基于光伏组件故障率分析的光伏阵列运行维护方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立光伏阵列的多状态模型，所述光伏阵列包括1个以上发电单元，各发电单元包括m个光伏组件，m≥1；所述光伏组件处于故障停运和正常运行两种状态中的一种；

将光伏阵列的整体正常运行率作为状态划分依据，对光伏阵列的运行状态进行多状态划分，建立了n状态模型进行模拟，该n状态模型的状态空间为E＝{1，2，…，n}，m为一个发电单元内组件串的数量，n＝m-1。

步骤2：削减光伏阵列的运行状态：根据光伏阵列的整体正常运行率，建立N状态光伏阵列的运行状态集，E＝{1，2，…，N}，N≤n；

步骤3：根据光伏阵列的运行状态集E、决策集A_i＝{(m，τ_i)}、状态恢复概率采取动作A_i后平均转移时间T(i，A_i)、代价函数C(i，A_i)、准则函数V(i)，建立半马尔科夫决策过程；

决策集A_i＝{(m，τ_i)}由维护方式和检测间隔组成，维护方式m＝{0，1，2}＝{继续运行、维修、更换}，检测间隔τ_i为距下一次检测的时间间隔；状态恢复概率为采取动作m后，状态i恢复到状态j的概率；

采取动作A_i后平均转移时间T(i，A_i)计算如下：

T ( i , A i ) = t j c + Σ j p i j m = 0 · t j m = 0 t j c + t ‾ f + Σ j p i j m = 1 · t j m = 1 t ‾ t r + t j c + t ‾ r + Σ j p i j m = 2 · t j m = 2 - - - ( 6 ) ]]>

式中，t_jc为检测的待机时间；t_j为自然运行条件下状态j的平均逗留时间；是执行维护和更换动作时的平均动作时间；为替换组件的平均备货期；

代价函数C(i，A_i)表示一周期内处于状态i采取恢复动作A_i到下一决策点的总费用，包含检测成本、维护成本、组件更换成本和因维护和更换带来的停机损失：

C ( i , A i ) = c j c + c l o s s · t j c m = 0 c j c + c f + c l o s s · ( t j c + t ‾ f ) m = 1 c j c + c r + c l o s s · ( t ‾ t r + t j c + t ‾ r ) m = 2 - - - ( 7 ) ]]>

式中，c_jc为单次检测成本；c_loss为单位时间停机损失；c_f为维修费用；c_r为组件更换费用；

准则函数V(i)表示从状态i出发的无限时段折扣费用：

V ( i ) = m i n { C ( i , A i ) + ξ T ( i , A i ) / 365 Σ j p i j m · V ( j ) } - - - ( 8 ) ]]>

式中：ξ是年折扣因子，ξ∈(0，1)；为从状态i(i＝1，2，…，N)出发一次转移的期望报酬；

步骤4：选定初始维护策略，计算初始维护策略下的采取动作A_i后平均转移时间T(i，A_i)和代价函数C(i，A_i)，采用反向动态编程算法求取准则函数，通过“策略迭代”和“求值计算”求满足所有状态的构成新的维护策略，确定最优维护策略。

2.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述步骤2采用向后场景削减技术来对光伏阵列的运行状态进行划分削减，由以下步骤组成：

步骤1-1：模拟光伏阵列中各组件的运行情况，统计得到一个光伏阵列运行状态的概率分布函数F(x)；

步骤1-2：计算过程中的场景数n^*初始化为n^*＝n；光伏阵列的各运行状态的概率初始化为：

P i = 1 n - - - ( 1 ) ]]>

场景信息η_i根据相应运行状态的概率值进行逆运算F^-1(x)得到，即：

η_i＝F^-1(i·p_i)，(i＝1，2，…，n) (2)

其中，η_i表示第i场景对应的处于正常运行状态的光伏组件所占比例；

步骤1-3：计算任意2个场景i，j，1≤i≤j≤n^*的场景信息η_i和η_j之间的Kantorovich距离：

d_k(η_i，η_j)＝|η_i-η_j| (3)

步骤1-4：计算场景削减依据P_KDs：

P_KDs＝min{P_KDi|1≤i≤n^*} (4)

其中P_KDi＝min{d_k(η_i，η_j)}·p_i；

步骤1-5：削减场景：对于每一个P_KDi＝P_KDs的场景i，更新场景j的概率为p_j＝p_j+p_i，并将场景i的场景信息η_i从运行场景中删除；

步骤1-6：更新场景个数n^*＝n^*-n_i,其中n_i为削减掉的场景数，判断是否满足n^*＝N，如果是，结束迭代；否则转入步骤1-3。