Data-Driven Statistical Methods for Fault Detection in Solar Photovoltaic Systems
Loading...
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of El Oued
Abstract
By creating a sophisticated data-driven statistical monitoring and diagnostic framework, this
project seeks to improve the effectiveness and dependability of photovoltaic (PV) systems
operating in desert conditions. The main goal of the study is to perform a thorough quantitative
and qualitative comparison between the traditional static Principal Component Analysis (PCA)
method and its dynamic extension, Dynamic Principal Component Analysis (DPCA), which is
implemented in the MATLAB environment for early fault detection and isolation.
The suggested methodology was assessed using actual operational and meteorological data
gathered from the Oued El Kebrit solar power plant in Souk Ahras Province, Algeria, in order to
give practical applicability. The simulation results showed that the DPCA approach is clearly more
technically advanced than the traditional static PCA method. By using statistical control limits
based on Hotelling's 𝑇2 and Squared Prediction Error (SPE) indices, DPCA considerably
decreased the False Alarm Rate (FAR) while increasing the Fault Detection Rate (FDR) by
integrating temporal dynamics into the monitoring framework.
Additionally, Reconstruction-Based Contribution (RBC) charts demonstrated a high degree
of efficacy in precisely pinpointing the factors causing aberrant system behaviour, facilitating
proactive maintenance plans and reducing energy losses. The results validate the potential of
dynamic multivariate statistical monitoring approaches as dependable instruments for enhancing
the fault management and operational performance of solar systems operating in harsh desert
environments.
يسعى هذا المشروع، من خلال إنشاء إطار عمل متطور للمراقبة والتشخيص الإحصائي القائم على
البيانات، إلى تحسين فعالية وموثوقية الأنظمة الكهروضوئية ) (PVالعاملة في الظروف الصحراوية. الهدف
الرئيسي من الدراسة هو إجراء مقارنة كمية ونوعية شاملة بين طريقة تحليل المكونات الرئيسية الساكنة التقليدية
)(PCAوامتدادها الديناميكي، تحليل المكونات الرئيسية الديناميكي) ، (DPCAوالذي تم تنفيذه في بيئة
ماتلاب ) (MATLABللكشف المبكر عن الأعطال وعزلها. تم تقييم المنهجية المقترحة باستخدام بيانات
تشغيلية وجوية حقيقية تم جمعها من محطة الطاقة الشمسية "وادي الكبريت" في ولاية سوق اه ارس، الجزائر،
وذلك من أجل إعطاء تطبيق عملي. وأظهرت نتائج المحاكاة أن أسلوب ) (DPCAمتطور تقنياً بشكل واضح
مقارنة بطريقة ) (PCAالساكنة التقليدية. ومن خلال استخدام حدود التحكم الإحصائي القائمة على مؤشرات
"هوتيلينج" 𝑇2ومربع خطأ التنبؤ) ، (SPEخفضت طريقة ) (DPCAبشكل كبير من معدل الإنذارات الكاذبة
)(FARبينما زادت من معدل الكشف عن الأعطال ) (FDRعن طريق دمج الديناميكيات الزمنية في إطار
المراقبة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت مخططات المساهمة القائمة على إعادة البناء ) (RBCدرجة عالية من
الفعالية في تحديد العوامل المسببة للسلوك غير الطبيعي للنظام بدقة، مما يسهل خطط الصيانة الاستباقية
ويقلل من خسائر الطاقة. وتؤكد النتائج إمكانات أساليب المراقبة الإحصائية الديناميكية متعددة المتغيرات
كأدوات موثوقة لتعزيز إدارة الأعطال والأداء التشغيلي للأنظمة الشمسية التي تعمل في البيئات الصحراوية
القاسية.
Description
Master's theses: specializing in Electrical Networks.2026
Keywords
Photovoltaic Systems (PV), Fault Diagnosis, Principal Component Analysis (PCA), Dynamic Principal Component Analysis (DPCA), Oued El Kebrit Photovoltaic Power Plant, Statistical Control Limits, Fault Detection and Isolation (FDI)., الأنظمة الكهروضوئية) ، (PVتشخيص الأعطال، تحليل المكونات الرئيسية ) ،(PCAتحليل المكونات الرئيسية الديناميكي) ، (DPCAمحطة وادي الكبريت للطاقة الكهروضوئية، حدود التحكم الإحصائي، الكشف عن الأعطال وعزلها.).
Citation
KERBATI Maroua, CHAOUCHE Roufaida.Data-Driven Statistical Methods for Fault Detection in Solar Photovoltaic Systems.2master. Speciality of Electrical Networks.2026.faculty of technology .University of Echahid Hama Lakhdar - El Oued.