[發明專利]過濾式與封裝式評價策略相結合的光伏故障電弧特征選擇方法

有效

• 申請號: 202110333850.3
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113076986B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 陳思磊;李興文;翟心楠;孟羽;吳子豪;王辰曦;唐露甜;王若谷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國網陜西省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;H02S50/00;G01R31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種過濾式與封裝式評價策略相結合的光伏故障電弧特征選擇方法，對待選的多特征集采用ReliefF算法進行處理，基于故障電弧特征相關度賦予給不同特征相應的權重，進而篩除權重較低的特征，若給定需要的特征個數，采用最大相關最小冗余算法可得到需要的最佳特征集，否則采用最大相關最小冗余算法得到一系列非冗余特征集，并采用分類器正確率與特征個數的多目標優化進行求解，得到最佳特征集。本發明通過結合多種特征選擇方法構造出了滿足不同需求的最佳數據集，充分挖掘了用于故障電弧數據分析的最佳特征，實現了故障電弧特征集合維數的降低，減少了分類器訓練時間，有利于提高故障電弧檢測算法的快速性與可靠性。

技術領域

本發明屬于光伏故障電弧特征選擇技術領域，具體涉及一種針對光伏系統直流故障電弧時域與時頻域的特征，通過構造多時頻特征集、充分挖掘故障數據的特征，并結合過濾式與封裝式評價策略進行特征選擇的方法。

背景技術

近年來，光伏發電因其清潔可再生性得到了快速發展。但隨著設備的老化以及外力因素，光伏系統中的直流電弧故障問題越來越嚴重。目前對大型的光伏發電站，主要是依托直流故障電弧的時域、頻域特征進行分析。時域上可利用電弧發生時線路上的電壓及電流波形進行檢測。對電弧電流的變化進行分析所得特定時間窗下的電弧電流變化率可作為一種有效特征量。但由于光伏系統本身受光照等環境因素影響時電流變化較大，再加上不同電弧燃燒時引起的電流變化不同，故采用時域特征量時易發生誤判，導致故障電弧檢測算法的抗干擾性變差。因此，采用時域特征量只能對電弧情況做簡單的判斷，并不適合精確的故障電弧識別。頻域上可利用電弧發生前后信號高頻處的諧波含量的差別作為判斷故障電弧的依據。基于傅里葉變換的頻域檢測精度高、不受電弧類型影響，但缺少時域信息、計算比較麻煩，并對波形的穩定性有一定要求；且隨著電壓電流的上升，發生母線串聯電弧時電流低頻部分會減少，因此電弧發生位置對電流的低頻部分有比較大的影響，不適合用于大型光伏系統。小波變換、集成經驗模態分解等時頻域方法則結合了時域和頻域的優點，能分頻段突出電弧故障特征，可尋找電弧特征最明顯的頻段進行識別，使得檢測更加便捷、準確,但是小波基選取和分解層數確定較為復雜。

故障電弧檢測算法中的特征選擇步驟主要是為了剔除不相關與冗余的特征，而選取出真正與故障電弧和類弧分類相關的特征，也使研究人員對故障電弧特征有更直觀的認識。而不相關或冗余的特征會降低同類樣本間的相似度，從而會降低分類器的性能。故而特征選擇對故障電弧檢測算法具有重要意義。特征選擇方法一般分為三類：第一類是過濾法，即按照特征的發散性或者相關性指標對各個特征進行評分，并通過設定評分閾值或者待選閾值的個數選擇合適特征。第二類是封裝法，即根據目標函數預測效果評分，每次選擇部分特征，或者排除部分特征。第三類是嵌入法，即采用機器學習的算法和模型進行訓練后，根據所得到的各個特征的權值系數從大到小選擇特征。雖然類似于過濾法，但是嵌入法是通過機器學習訓練，而不是直接根據特征的統計學指標來確定特征的優劣。

在故障電弧特征選擇算法中，采用過濾式的特征選擇時計算復雜度低、速度快，但是由于過濾法主要考慮特征在不同類別樣本中的表達差異，在特征選擇的過程中不涉及分類器，所以用過濾法進行特征選擇的時候，難以確定特征集的最優特征數目，采用封裝式的特征選擇過程與學習器相關，使用學習器的性能作為特征選擇的評價準則，因而泛用性較差，采用嵌入式的特征選擇時可以在學習器訓練過程中自動地進行特征選擇。而采用混合式特征選擇方法在應用過程中存在分類準確率待提高、數據高維數、候選特征子集單一、相關性和冗余性比重相同四個問題。目前，亟待開發更適合故障電弧檢測的特征選擇算法，對實現降低特征集維數、去除冗余特征與無關特征、更直觀的認識故障電弧特征具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種過濾式與封裝式評價策略相結合的光伏故障電弧特征選擇方法，通過解決并網光伏系統內區別故障電弧和類弧的特征的選擇問題，實現了故障電弧特征集合維數的降低，減少了分類器訓練時間，有利于提高故障電弧檢測算法的快速性與可靠性。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

該特征選擇方法包括以下步驟：