光伏电站故障监测系统的设计与实现

【摘要】：随着全球能源的日益短缺,光伏发电已经成为世界各地关注的焦点。然而大型光伏电站能够平稳运行,不但需要众多光伏设备协同工作,而且需要这些设备处于“无故障”运行状态。传统上对光伏设备的管理和监测,主要采用网络化监控系统和少量光伏运营人员,但受制于光伏监控系统智能化不足和有限的人力资源,根本无法达到对设备及时、精确地监控,由此可能对光伏电站设备造成安全隐患,甚至引起人员伤害。但是,随着传感器等技术在光伏电站上的应用,整个光伏发电系统积累了大量设备运行故障数据。如何利用光伏发电系统产生的故障数据,经过深度挖掘和分析,来实现对光伏电站智能化生产和监测,是当今光伏行业一个研究热点。本文为了解决大型光伏电站在故障监测方面的智能化需求问题,通过深度挖掘光伏故障数据,利用数据挖掘和Map Reduce框架技术,设计和实现了一套面向光伏电站的故障监测系统。论文主要完成以下工作:(1)针对光伏故障数据中存在缺失值的问题,采用了基于K均值的缺失值填充方法,完成了对光伏缺失值数据的处理,提高了可用光伏数据的质量;针对光伏监控系统缺少故障预测模型的问题,采用了基于数据挖掘的分类分析法,建立了光伏故障预测模型,提高了系统预测光伏故障的能力;针对在传统单机计算环境下,挖掘和处理光伏故障数据性能低下的问题,采用了基于Map Reduce框架的光伏数据处理机制,提升了系统挖掘故障数据的性能。(2)针对光伏故障监测系统进行了功能性和非功能性需求分析,确定了光伏故障监测系统的业务流程和数据流程。采用模块化的思想,利用Mahout接口和Map Reduce机制,设计了系统的三大功能模块,即光伏数据预处理模块、光伏故障预测模型建立模块、光伏设备实时监测模块,并对系统的数据库进行了设计。(3)确定了光伏故障监测系统实现所采用的框架和技术,详细阐述了光伏故障监测系统三大功能模块的实现过程,并对光伏故障监测系统的功能性和非功能性需求进行了测试。综上,本论文设计和实现了光伏电站故障监测系统,并采用相关的性能测试实验,对系统中应用的关键方法和技术进行了实验验证,取得了预期的应用效果。 【关键词】：光伏电站 故障监测 缺失值 预测模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2.1 课题背景9-10
• 1.2.2 课题目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状分析11-15
• 1.3.1 光伏电站监测系统发展现状11-12
• 1.3.2 数据挖掘在电力领域应用现状12-14
• 1.3.3 MapReduce框架在电力领域应用现状14-15
• 1.4 当前存在的主要问题15-16
• 1.5 本论文的主要工作内容16-18
• 第2章 光伏电站故障监测系统需求分析18-27
• 2.1 光伏电站常见故障及解决措施18-19
• 2.2 光伏电站故障监测系统的主要流程分析19-21
• 2.2.1 系统的业务流程分析19-20
• 2.2.2 系统的数据流程分析20-21
• 2.3 光伏故障监测系统的功能性需求21-25
• 2.4 光伏故障监测系统的非功能性需求25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 面向光伏电站故障数据的关键处理技术27-45
• 3.1 基于K均值的光伏缺失数据填充机制27-31
• 3.1.1 问题描述27-28
• 3.1.2 基于K均值的光伏缺失数据填充机制28-29
• 3.1.3 实验验证和分析29-31
• 3.2 基于分类方法的光伏电站故障预测模型31-39
• 3.2.1 问题描述31-32
• 3.2.2 基于分类方法的光伏故障预测过程32-33
• 3.2.3 基于分类方法的光伏故障预测模型33-38
• 3.2.4 实验验证和分析38-39
• 3.3 基于MapReduce光伏故障数据处理框架39-44
• 3.3.1 问题描述39-40
• 3.3.2 光伏缺失值数据填充算法的并行化过程40-41
• 3.3.3 光伏故障预测模型建立算法的并行化过程41-43
• 3.3.4 实验验证和分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 光伏电站故障监测系统设计45-57
• 4.1 光伏故障监测系统的体系结构设计45-46
• 4.2 光伏故障监测系统的网络拓扑结构设计46-47
• 4.3 光伏故障监测系统的功能模块设计47-53
• 4.3.1 光伏数据预处理模块功能设计48-49
• 4.3.2 光伏故障预测模型建立模块功能设计49-51
• 4.3.3 光伏设备实时监测模块功能设计51-53
• 4.4 光伏故障监测系统的数据表设计53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 光伏电站故障监测系统实现与测试57-73
• 5.1 光伏故障监测系统实现57-69
• 5.1.1 实现技术及开发环境57-58
• 5.1.2 Hadoop和Mahout的配置58-60
• 5.1.3 关键模块功能实现60-69
• 5.2 光伏故障监测系统测试69-72
• 5.2.1 功能测试70-71
• 5.2.2 非功能测试71-72
• 5.3 系统应用前景分析72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

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