アンコリー劉秋霞

要旨：再生可能エネルギー、特に光発電技術の急速な発展に伴い、光発電-貯蔵エネルギー一体化システムはエネルギーの持続可能な発展を実現する重要なルートとなっている。しかし、システムの安定した運用と効率の問題は、常にその発展を制約する重要な要素である。モノのインターネット技術の応用は、光起電力-貯蔵エネルギー一体化システムに有効な遠隔モニタリングと故障診断手段を提供した。本文はIoTに基づく光起電力・貯蔵エネルギー一体化システムの遠隔モニタリング及び故障診断技術を系統的に研究し、IoT技術を統合した後のシステム運行の優位性を分析し、そして有効な故障検出と診断フローを提案した。実験検証を通じて、このシステムの光発電効率を高め、メンテナンスコストを下げ、システムの安定性を保障する上での有効性を証明した。

キーワード：モノのインターネット、光発電エネルギー貯蔵システム遠隔監視トラブルシューティング

0はじめに

太陽光発電−貯蔵エネルギー一体化システムは、新しい再生可能エネルギー利用方式として、そのグリーン環境保護、持続可能性が強いなどの利点により重視されている。システム規模の拡大と応用シーンの増加に伴い、システムの運行安全、安定性と維持効率は早急に解決すべき問題となっている。ユビキタスネットワーク技術の導入は、遠隔モニタリングと故障診断に新しいソリューションを提供した。IoT技術はインテリジェントセンサー、通信技術、クラウドコンピューティングなどの手段を通じて、システムのリアルタイムデータ収集、伝送、分析を実現し、それによって発生する可能性のある問題をタイムリーに発見し、処理する。本文は、IoT技術を光起電力-貯蔵エネルギー一体化システムにどのように応用するかを検討し、その遠隔モニタリングと故障診断機能の最適化を実現することを目的とする。

1光起電力-エネルギー貯蔵システムの重要性と発展傾向

太陽光発電-エネルギー貯蔵システムは新エネルギー分野の重要な構成部分として、その重要性は太陽光というクリーンで再生可能なエネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができ、そしてエネルギー貯蔵施設を通じて太陽光発電の間欠的な問題を解決し、エネルギーの利用効率とシステムの電力供給信頼性を高めた。環境保護に対する意識の強化と伝統的な化石エネルギーへの依存の減少に伴い、光起電力-貯蔵システムはエネルギー構造の転換においてますます重要な役割を果たしている。このシステムは温室効果ガスの排出を減らし、気候温暖化問題を緩和するだけでなく、遠隔地や電力網の不安定な地域に安定した電力供給を提供し、社会経済の持続可能な発展を促進することができる。

技術革新は光発電効率の向上とエネルギー貯蔵コストの低減を絶えず推進している。例えば、光起電力電池材料の研究開発は、ペロブスカイト太陽電池などの新しい材料の出現など、より効率的で低コストな方向に発展している。同時に、エネルギー貯蔵技術も絶えず進歩しており、リチウムイオン電池のエネルギー密度が向上し、コストが低下し、他のタイプのエネルギー貯蔵技術、例えば液流電池、圧縮空気貯蔵なども絶えず研究開発されている。システム統合とインテリジェント化レベルの向上。モノのインターネットと人工知能技術の発展に伴い、光起電力-エネルギー貯蔵システムはますます知能監視と管理技術を採用し、システム運行の*最適化を実現し、エネルギーの使用効率とシステムの運行安定性を高めた。システムは天気の変化、ユーザーの需要と電気価格の変動などの要素に基づいて発電とエネルギー貯蔵戦略を自動的に調整し、経済効果の*大化を実現することができる。

2光起電力-エネルギー貯蔵一体化システムアーキテクチャ

2.1光発電システムの紹介

太陽電池パネルを利用して太陽放射エネルギーを直流電力に変換する太陽光発電システムのコアコンポーネントは、太陽電池パネルである。この変換プロセスは、太陽光が光電池パネルに照射されると、光子と半導体中の電子が相互作用して電流を発生する半導体材料の光電効果によって実現される。光発電システムは通常、光発電パネル、ブラケット、インバータ、監視装置、および付属のケーブルと配線ボックスなどのコンポーネントを含む。光起電力電池パネルは、所望の電圧と電流を提供するために、通常、複数の光起電力電池が直列または並列に接続されたシステムである。光起電力電池の効率と品質は、システム全体の発電効率と安定性を直接決定する。現在、市場でよく見られる光起電力電池は主に単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜の3種類があり、それぞれ特徴と適用環境がある。

2.2エネルギー貯蔵システムの役割

太陽光発電・貯蔵エネルギー一体化システムは、太陽光発電と電力貯蔵を統合した**エネルギーシステムである。このシステムでは、エネルギー貯蔵システム（極めて重要な役割を果たしている。太陽光発電は天候依存性と日夜周期性を持っているため、発生する電力供給は安定していない。これがエネルギー貯蔵システムが機能する場所である。エネルギー貯蔵システムは、通常、リチウムイオン電池や鉛酸電池などの電池貯蔵技術を採用しており、太陽光発電で過剰な電力を発生させたときに電力を貯蔵し、太陽光がないか需要のピーク時に電力を放出し、電力供給の連続性と安定性を確保することができる。

2.3統合システムの利点

太陽光発電とエネルギー貯蔵の一体化システムの核心的な優位性は、太陽光発電とエネルギー貯蔵を緊密に結合し、効率的に変換することができ、各種の電力供給需要に柔軟に対応することができるシステムを形成することにある。このようなシステムは昼間に太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することができるだけでなく、貯蔵設備を通じて余分な電気エネルギーを貯蔵し、夜間や雨の天気に使用することができ、伝統的な太陽光発電システムが自然条件に制限されて発生する間欠的な問題を効果的に解決した。具体的には、一体化システムにおける光起電力パネルが太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する効率は、

式中、Poutは太陽光パネルから出力される電力であり、Einは太陽光パネルに入射する太陽エネルギーの総量である。

また、統合システムは実際の電力需要に基づいて電力出力を動的に調整することができ、これはインテリジェント管理システムによって実現され、それはユーザーの電力需要を監視し、電力需要を予測し、さらに光発電とエネルギー貯蔵設備の動作状態を最適化することができる。例えば、電力需要の増加が予測される場合、システムは、来るべきピーク時間帯を満たすために、より多くの電力を事前に貯蔵することができる。このインテリジェントな調整は、次の式で要約できます。

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

式中、Pstoredは現在貯蔵されている電気エネルギーを表し、PchargeとPdiscargeはそれぞれ時間tでの充電と放電電力を表す。

遠隔地や電力網が不安定な場所では、従来の電力網とは独立して動作し、ユーザーに安定した信頼性のある電力供給を提供することができるため、光起電力・貯蔵エネルギー統合システムは理想的なソリューションです。リチウムイオン電池のエネルギー密度の向上やコストの低下など、エネルギー貯蔵技術の進歩に伴い、一体化システムの経済性は著しく向上した。エネルギー貯蔵装置のコスト効果は、そのサイクル寿命と単位エネルギーコストによって評価することができる：

式中、Cstorageはエネルギー貯蔵設備の総コストであり、Nは設備の循環回数であり、Ecapacityは毎回の循環で提供できる電気エネルギーである。

3遠隔モニタリング技術

3.1センサ技術とデータ収集

遠隔監視技術は光起電力-貯蔵エネルギー一体化システムにおいて極めて重要な役割を果たしており、システムのインテリジェントな運用維持を可能にしている。**のセンサ技術、データ通信手段及びクラウドプラットフォームのビッグデータ処理能力を統合することにより、遠隔監視技術はシステム全体の状態のリアルタイム監視と管理を実現することができる。この技術の実施は、光起電力パネル、インバータ、エネルギー貯蔵装置などを含む一連の*密センサに依存し、システムの各キーノードからデータを収集し続ける。センサ技術が提供するデータは多方面であり、環境情報と設備性能指標をカバーしている。例えば、温度センサは光起電力パネルとエネルギー貯蔵装置の温度を監視することができ、その出力電圧Vと温度Tとの関係は以下の式で表すことができる：

式中、a，b，c，センサ特性に基づいて決定された係数であり、Tは温度である。電流と電圧センサは光起電力システムの電気性能を監視することができ、オーミック法則を用いて回路中の電流I、電圧Vと抵抗Rの関係V=IRを記述し、光照射センサは太陽光の強度を測定することができ、それによって光起電力板の発電潜在力を評価し、その出力電流Iと入射光強度Eの関係は以下のように近似することができる：I=kE式中、kはセンサの応答係数である。これらのセンサによって収集されたデータにより、システムはデバイスの動作状態と環境条件をリアルタイムで監視することができ、システムの最適化動作に意思決定サポートを提供する。データ通信手段は、これらのデータがクラウドプラットフォームにリアルタイムで送信されて処理と分析を行うことを保証し、これは通常、データの暗号化と復号化プロセスに関連し、その数学モデルは次のように表すことができる：

式中、（Pは元のデータを表し、（Cは暗号化されたデータを表し、（E＿kは暗号化関数、（D＿kは復号関数、（kは鍵である。クラウドプラットフォームはこれらのデータを処理し、システムの運用傾向と潜在的な保守ニーズを予測するために、**のデータ分析方法、例えば機械学習アルゴリズムを使用することを担当しています。これらの解析は、回帰解析、時系列解析などの複雑な数学モデルに関連する可能性があります。簡単な線形回帰モデルは、次のように表すことができます。

式中、yは応答変数、x 1、x 2、xnは解釈変数、β0、β1、βnはモデルパラメータ、➕は誤差項である。

3.2データ通信方式

収集されたデータは、信頼性の高いデータ通信方式で監視*コアまたはクラウドプラットフォームに転送する必要があります。データ通信は、イーサネットなどの有線ネットワークを介してもよく、セルラネットワーク、衛星通信、Wi-Fiなどの無線方式を介してもよい。遠隔地や配線が不便な地域では、ワイヤレス通信方式の方が利便性と柔軟性が高くなります。モノのインターネット技術の発展に伴い、LoRaやNB-IoTなどの低消費電力広域ネットワーク（LPWAN）技術もリモート監視にますます応用され始めている

測定システムでは、これらの技術は特に小さなデータ量を伝送するシーンに適しており、カバー範囲が広く、消費電力が低いなどの利点がある。データ通信方式の具体的な特徴を表に示す。

表1データ通信方式の特徴

3.3クラウドプラットフォームとデータ処理

データが通信ネットワークを介してクラウドプラットフォームに正常に転送されると、次はデータ処理フェーズです。クラウドプラットフォームは強力なデータストレージと計算能力を備えており、マスデータの処理と分析を行うことができる。**のデータ処理アルゴリズム、例えば機械学習と人工知能技術を通じて、クラウドプラットフォームはデータのリアルタイム監視を実現することができるだけでなく、故障予測、性能分析と最適化提案などの高*機能を行うことができる。また、ユーザーはクラウドプラットフォームが提供するインタフェースを通じて、いつでもどこでもパソコンやモバイルデバイスを通じてシステムの状態を見ることができ、遠隔制御と管理を実現し、システムの運行維持効率と知能レベルを大幅に向上させた。ユビキタスネットワーク技術の光起電性クラウドプラットフォームとデータ処理システムを図1に示す

図1ユビキタスネットワーク技術の光起電力クラウドプラットフォームとデータ処理システム

4トラブルシューティング方法

4.1故障検出技術

故障診断方法は現代の工業と技術システムの中で極めて重要な役割を果たしており、特に長時間の安定した運転を必要とする複雑なシステムの中で、例えば光起電力-貯蔵エネルギー一体化システムのようなものである。故障検出技術は故障診断の起点であり、装置の運転状態と環境パラメータを監視することによって可能な異常信号を捕捉する。これらの信号は、温度が急激に上昇し、電流電圧の変動が正常範囲を超えたなど、データの急激な変化として現れる可能性があり、光起電力パネルの発電効率が低下するなど、性能指標の徐々に低下として現れる可能性があります。センサーはここで基礎的な役割を果たしており、リアルタイムで重要なデータを収集し、分析システムに転送します。光起電力障害検出技術システムは図2を参照。

4.2最適化効果の評価と分析

主に精度、リコール率、F 1スコア、計算時間、誤報率などのパラメータを評価する。評価方法は、最適化後のモデルを実際の運転データに適用し、最適化前後のモデル性能指標を比較する。同時に、最適化方法の実行可能性と有効性を検証するために大量の実験を行った。次に実験結果と分析データを比較すると、最適化後のモデルは正確率、リコール率、F 1スコアなどの面で明らかに向上し、計算時間と誤報率も低下していることが分かった。これは、最適化方法が水力発電所の電気装置の故障運転状態の自動捕捉方法の正確性と効率を効果的に高めることができることを示している。

5アンカレルAcrel-2000 MGマイクログリッドエネルギー管理システム

5.1概要

Acrel-2000 MG貯蔵エネルギー管理システムは安科瑞が工業商業貯蔵エネルギー発電所に対して開発した現地化エネルギー管理システムであり、貯蔵エネルギー発電所のデータ収集、データ処理、データ記憶、データ検索と分析、可視化監視、警報管理、統計報告書、策略管理、歴史曲線などの機能を実現することができる。その中に策略管理、多種の制御策略選択を支持し、計画曲線、峰を削って谷を埋め、必要量制御、逆流防止などを含む。このシステムは下*各エネルギー貯蔵ユニットの統一的な監視と管理を実現するだけでなく、上*スケジューリングシステムとクラウドプラットフォームとのデータ通信と相互作用を実現することができ、上*スケジューリング命令を受け入れることができ、また遠隔監視と運行維持を満たすことができ、エネルギー貯蔵システムの安全、安定、信頼性、経済的な運行を確保することができる。

5.2応用シーン

商業用エネルギー貯蔵発電所、新エネルギー分配貯蔵発電所に適用する。

5.3システム構造

5.4システム機能

（1）リアルタイム監督管理

マイクログリッドの運行に対してリアルタイムの監督管理を行い、市電、太陽光発電、風力発電、エネルギー貯蔵、充電杭及び電力使用負荷を含み、同時に収益データ、天気状況、省エネ・排出削減などの情報も含む。

（2）インテリジェント監視

システム環境、光起電力モジュール、光起電力インバータ、風力電力制御インバータ一体機、エネルギー貯蔵電池、エネルギー貯蔵インバータ、電力使用設備などに対してリアルタイムモニタリングを行い、マイクロ電力網システムの運行状況を把握する。

（3）電力予測

分布式発電システムに対して短期、超短期の発電電力予測を行い、合格率と誤差分析を示した。

（4）電気エネルギー品質

マイクログリッドシステム全体の範囲内の電気エネルギー品質と電気エネルギー信頼性状況の持続的なモニタリングを実現する。例えば、電圧高調波、電圧フリッカ、電圧アンバランスなどの定常状態データと電圧一時上昇/一時降下、電圧中断一時状態データに対してモニタリング分析と録画展示を行い、そして電圧、電流瞬間変化に対してモニタリングを行う。

（5）可視化運転

マイクログリッドの無人化を実現し、デジタル化、インテリジェント化、便利化管理を実現する、重要な負荷と設備を無停止に監視する。

（6）最適化制御

過去の電力使用データ、天気条件を分析することによって負荷に対して電力予測を行い、そして分布式電源出力力と貯蔵エネルギー状態を結合して、経済最適化スケジューリングを実現して、ピーク時あるいはピーク時の電力使用量を下げて、企業の総合電力使用コストを下げる。

（7）収益分析

ユーザーは太陽光発電、エネルギー貯蔵、充電杭の3つの部分の毎日の電力量と収益データを見ることができ、同時に年報を切り替えて毎月の電力量と収益を見ることができる。

（8）エネルギー分析

太陽光発電、風力発電、エネルギー貯蔵設備の発電効率、変換効率を分析することにより、設備の性能と状態を評価する。

（9）ポリシー構成

マイクログリッドの配置は主にマイクログリッドシステムの構成、基礎パラメータ、運転戦略及び統計値を設定する。その中の策略は計画曲線、峰を削って谷を埋め、必要量の制御、新エネルギーの消去、逆電力の制御などを含む。

6ハードウェアとその関連製品

7おわりに

以上より、本文で研究した水力発電所電気装置故障運転状態自動捕捉方法は、リアルタイムで電気装置の運転状態を監視し、畳み込みニューラルネットワーク（CNN）モデルを利用して収集したデータに対して学習と予測を行い、故障の早期発見と正確な位置決めを実現した。しかし、この方法にはまだいくつかの制限があります。例えば、いくつかの複雑な障害タイプの識別精度を向上させる必要があります。将来的には、故障タイプの識別精度と汎化能力を高めるために、エンコーダ（VAE）からの変分や対抗ネットワーク（GAN）の生成など、より**的な深さ学習モデルを導入する必要があります。電気装置の運転状態をより良く評価するために、設備状態監視データ、運転ログなどの多ソース情報を結合する、本方法を他のタイプのエネルギー設備又は工業設備に応用することを考慮し、その応用範囲を広げる、大容量、高次元データの処理方法について深く研究し、モデルの訓練効率と汎化能力をさらに高める。

深学習技術の発展に伴い、将来的にはさまざまなモダリティのモニタリングデータを融合させ、障害検出の正確性と好性を保証する。インターネットとモノのインターネット技術の総合的な応用の下で、水力発電所の電気装置の遠隔監視と診断を効果的に実現し、故障応答速度と修理効率を強化することができる。この方法の普及と応用の将来性は広く、水力発電所の安全性、信頼性と運行効率を高めることに重要な意義があり、水力発電所の知能化発展により有力な支持を提供する。

参考文献

[1]黎庚栄「電気装置の短絡故障識別検査における四段階試験法」の応用検討［J］.紅水河、2021、40（2）：84-89.

[2]常碩、梁傑、姜久超.シミュレーションアニーリングアルゴリズムに基づく水力発電所電気装置の故障運転状態自動捕捉方法［J］.水利水力発電技術（中英文）、2022、53（3）：110-118.

［3］辛清松モノのインターネット技術に基づく光起電力−貯蔵エネルギー一体化システムの遠隔モニタリングと故障診断研究

［4］アンコールエンタープライズマイクログリッド設計と応用マニュアル.2022年05版