Augmenting few-shot fault diagnosis in photovoltaic arrays using Siamese-enhanced generative adversarial network

对抗制 光伏系统 断层(地质) 一次性 弹丸 生成对抗网络 计算机科学 生成语法 人工智能 电气工程 工程类 材料科学 深度学习 地质学 机械工程 地震学 冶金
作者
Dinghui Wu,Yi Hua,Lecheng Zhang
出处
期刊:Journal of Renewable and Sustainable Energy [American Institute of Physics]
卷期号:17 (3)
标识
DOI:10.1063/5.0260746
摘要

To address limited fault diagnosis samples in photovoltaic power plants, this research introduces a novel methodology based on the Siamese-Enhanced Generative Adversarial Network (SiaGAN), integrating Siamese network and Multiple Kernel Maximum Mean Discrepancy (MK-MMD) algorithms. SiaGAN effectively alleviates overfitting in conventional Generative Adversarial Networks (GAN) on small datasets by refining generator parameters using synergistic similarity distance and data distribution metrics. Time-series analysis of input data ensures comprehensive feature extraction. The proposed architecture creates high-fidelity samples for photovoltaic array fault diagnosis in small-sample scenarios. Additionally, a sophisticated loss function balances the similarity of generated samples to actual ones and the diversity among synthetic samples. When synthetic samples are highly similar to genuine ones, the loss function adaptively prioritizes generating more diverse samples, broadening the synthetic data spectrum. Moreover, to circumvent limitations of traditional GAN metrics Fréchet Inception Distance and Kernel Inception Distance, which require abundant source data and pre-trained networks, a novel evaluation metric, Similarity-Yet-Different (SYD), is introduced. Unlike conventional metrics, SYD leverages the Siamese network and MK-MMD to simultaneously evaluate sample quality and diversity without external data sources, suitable for few-shot learning. Empirical findings indicate SiaGAN yields superior quality samples, with the fault diagnosis network achieving 95.00% test accuracy.
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