基于性能退化影响因素区域聚类的光伏组件现场可靠性评估预测理论及其应用研究
批准号:
72071099
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
刘卫东
依托单位:
学科分类:
工业工程与质量管理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘卫东
中文摘要
光伏组件的现场可靠性是光伏发电项目投资、设计和运维决策的重要依据。针对目前研究存在的不足,项目将创新性地开展基于性能退化影响因素区域聚类的光伏组件现场可靠性评估预测理论及其应用的研究。首先,从工作负荷和自然耗损两个维度对性能退化影响因素进行分析,构建基于性能退化影响因素的区域聚类与分析模型,开发并应用混合模糊聚类算法获得现场可靠性最具一致性的区域聚类结果。其次,应用ED过程描述光伏组件的总体和具有随机效应个体的性能退化过程,构建现场可靠性评估模型及其极大似然估计和区间估计方法,估计已知性能退化数据区域光伏组件的现场可靠度或使用寿命。三是,基于区域聚类结果和现场可靠性评估结果,研究确定现场可靠性评估结果的适用地理区域,构建位于同类区域和非同类区域光伏组件现场可靠性的预测模型。项目成果不仅将丰富现有可靠性评估预测的理论和方法,对风力发电、户外监控和交通控制等系统的类似研究也具有很好的借鉴价值。
英文摘要
The field reliability of photovoltaic (PV) module is one of the important inputs for decision-making on the investment, design, operation and maintenance of PV power generation systems. In view of the shortcomings of current research, the project will introduce an innovative method on the field reliability evaluation and prediction theory, along with its application of PV module based on regional clustering of performance degradation factors. Firstly, the impact factors are analyzed from two aspects: workload and natural wear. The regional clustering and analysis model is then constructed accordingly. Through developing and applying the fuzzy hybrid clustering algorithm, the geographical regions where the reliability of distributed PV modules has the least difference or the highest consistency is obtained. Secondly, the ED process is implemented to describe the performance degradation process of the PV modules both in general group and individual ones with random effects. The field reliability evaluation model with maximum likelihood and interval evaluation is designed to estimate the field reliability of PV modules with known performance degradation data. Thirdly, based on the results of regional clustering and field reliability evaluation, the practical geographical scope is studied. The models, predicting the field reliability of PV modules located in the same or different clustering region, are composed respectively. The project results will not only enrich the current theory and method of reliability assessment and prediction, but may also advise similar research on wind power generation, outdoor monitoring and traffic control systems.
光伏组件是光伏发电系统的核心部件,其现场可靠性是系统论证、设计和运维决策的重要依据。由于缺乏现场可靠性评估预测理论的支撑,工程实践通常以每年1%-2%的输出功率性能退化率来粗略估计其现场使用寿命,从而导致论证设计结论与实际运行结果存在较大误差。.项目以提出光伏组件现场可靠性评估预测理论与方法为目标,创新性地开展了如下三个方面的研究工作。. 一是,基于性能退化影响因素的区域聚类。提出了系统识别退化影响因素的方法,确定了温度、相对湿度和紫外线辐射等退化影响因素。定量描述了不同地理区域或空间粒度退化影响因素之间的差异性,建立了光伏组件表面灰尘沉积的机理,案例研究得到的预测发电量与实际发电量的月相对误差均值为7.5%。构建了空间粒度“先粗后细”层级聚类模型及其智能求解算法,应用研究得到了中国大陆退化影响因素同质化的空间粒度分类结果。. 二是,基于性能退化随机过程的现场可靠性评估。建立了描述光伏组件性能退化过程的指数扩散过程(Exponential Dispersion,ED)模型,定量研究了ED过程与其它典型过程之间的差异性。给出了基于ED过程的现场可靠性评估模型,并定量研究了模型简化和模型参数对评估结果的影响程度。案例研究表明,基于ED过程的现场寿命评估结果的相对误差最小值和最大值分别为1.77%和8.94%,相对误差波动幅值为7.17%。. 三是,基于区域聚类结果和评估结果的现场可靠性预测。给出了确定退化影响因素影响权重的方法,得到了现场可靠性评估结果的适用范围。构建了同一和不同空间粒度类别的现场可靠性预测模型。考虑现场可靠性空间粒度差异性,提出了光伏组件质保策略的优化设计方法。应用研究表明,现场性能退化率预测模型和现场寿命场函数预测模型所得结果的最大相对误差分别为7.87%和8.153%,并定量揭示了现场寿命随经纬度连续变化的规律。. 以上研究成果形成了系统完整的光伏组件现场可靠性评估预测理论和方法,既丰富了现有可靠性评估预测理论,也对风力发电、交通控制、户外照明和监控等系统的相关理论研究和工程实践具有很好的借鉴价值。
现场失效数据与耗损因素数据融合驱动的家用光伏空调系统及其零部件的可靠性研究
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批准号:72361021
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2023
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负责人:刘卫东
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依托单位:
基于售后故障数据的空调可靠性增长模型及其保修期的优化设计研究
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批准号:71461020
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:34.5万元
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批准年份:2014
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负责人:刘卫东
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依托单位:
硬件产品设计缺陷的形成机理及其数学描述
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批准号:71161018
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2011
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负责人:刘卫东
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依托单位:
国内基金
海外基金