[發(fā)明專利]一種Adaboost融合多分類器的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110336660.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN113095173A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李興文;陳思磊;張效夢;孟羽;吳子豪;王辰曦;唐露甜;王若谷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開了一種Adaboost融合多分類器的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測方法，對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行特征計(jì)算，將特征量輸入至訓(xùn)練好的三種模型，將三種模型的判斷結(jié)果輸入至訓(xùn)練完成的Adaboost模型，得到用于光伏系統(tǒng)狀態(tài)指示的判定電平，通過構(gòu)建的故障電弧切斷標(biāo)準(zhǔn)便可判斷當(dāng)前時(shí)間窗內(nèi)光伏系統(tǒng)是否發(fā)生故障電弧。本發(fā)明解決了故障電弧檢測中的類不平衡問題，提高數(shù)據(jù)處理效率及對(duì)復(fù)雜故障電弧情況的識(shí)別能力；并且為可用機(jī)器學(xué)習(xí)模型提供了融合為一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的方法，允許在不修改源代碼的情況下快速編輯模型結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)模型效果更優(yōu)，提升了直流光伏系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏電氣故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用Adaboost的機(jī)器學(xué)習(xí)復(fù)合模型進(jìn)行光伏系統(tǒng)故障電弧檢測，具體通過使用多種分類器對(duì)進(jìn)行k折交叉處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并使用Adaboost算法對(duì)學(xué)習(xí)得到的多維數(shù)組經(jīng)迭代獲得最優(yōu)解，從而建立用于光伏系統(tǒng)故障電弧檢測的Adaboost融合多分類器模型。

背景技術(shù)

太陽能具有清潔、安全的特點(diǎn)，已經(jīng)成為規(guī)模發(fā)展最快的可再生能源。光伏電站通常建立在不適宜居住的地區(qū)，如荒山、荒地、沙漠以及灘涂等，其光伏系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)直流電源系統(tǒng)，由于光伏電站的直流端輸出電壓高，直流端會(huì)在任何位置出現(xiàn)電子元器件接觸不良或氧化腐蝕等現(xiàn)象，所形成的間隙易產(chǎn)生電弧。根據(jù)光伏電池板的伏安特性，電弧一旦產(chǎn)生，就容易形成穩(wěn)定的燃燒，并使電壓進(jìn)一步上升，導(dǎo)致電弧的溫度驟升，引起附近可燃物及導(dǎo)體的燃燒，不僅危及電源及電路的安全，甚至至引發(fā)火災(zāi)，從而造成財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡事故。盡管光伏電站故障的發(fā)生大部分歸因于直流側(cè)故障電弧，但現(xiàn)有的保護(hù)裝置只能對(duì)電路過電流引起的故障起到保護(hù)作用，而無法檢測到此類電弧，導(dǎo)致光伏電站的發(fā)電效率降低，并且存在火災(zāi)等安全隱患。

故障電弧檢測技術(shù)的發(fā)展對(duì)于保障光伏系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，該類技術(shù)一般根據(jù)電弧特性在電路中檢測到故障電弧的發(fā)生并主動(dòng)產(chǎn)生輸出故障信號(hào)，從而啟動(dòng)分段器對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，其主要作用是防止由故障電弧引起的有害電擊或火災(zāi)，是有效規(guī)避故障電弧所造成的組件損壞和經(jīng)濟(jì)損失的重要手段，同時(shí)，通過在排除人為干預(yù)監(jiān)測的情形下自動(dòng)獲取系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)并辨識(shí)故障，從而減少人為維護(hù)次數(shù)，是提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的重要途徑，有利于提升系統(tǒng)的智能化運(yùn)行程度。

中國專利CN112180312A公開了一種電流傳感器復(fù)合故障診斷方法，其將待測電流傳感器樣本輸入到組合模型，組合模型以最優(yōu)化參數(shù)提取待測樣本的故障特征并進(jìn)行診斷，該專利從多個(gè)時(shí)域特征值的角度提取故障特征，避免故障信息的遺漏；對(duì)精確物理模型的依賴度低；能夠更加準(zhǔn)確地診斷出電流傳感器中發(fā)生增益故障、偏置故障以及二者的復(fù)合故障，但是該專利無法區(qū)別故障電弧和類弧工況。中國專利CN107086855A公開的機(jī)器學(xué)習(xí)融合多時(shí)頻特征的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測方法，通過融合多個(gè)有效時(shí)頻特征準(zhǔn)確辨識(shí)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)內(nèi)多種故障電弧形式，加快故障電弧動(dòng)作的同時(shí)還能確保多種類弧工況不誤動(dòng)。但是，該專利僅使用單一隱式馬爾科夫模型，誤判率高。中國專利CN109560770A公開的基于自適應(yīng)核函數(shù)和瞬時(shí)頻率估計(jì)的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測方法，通過提取多個(gè)特征值輸入至訓(xùn)練好的樸素貝葉斯模型，判斷當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的光伏系統(tǒng)狀態(tài)，在利用多個(gè)有效的時(shí)頻特征準(zhǔn)確辨識(shí)光伏系統(tǒng)內(nèi)故障電弧的同時(shí)還能確保多種類弧工況下不誤動(dòng)。但是，該專利需要人工對(duì)特征量進(jìn)行定性定量的分析，以達(dá)到較高的準(zhǔn)確率，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，準(zhǔn)確率可能隨之改變。

Adaboost算法能很容易融合新的模型并易于修改，針對(duì)未來可能出現(xiàn)的更準(zhǔn)確的檢測方法和檢測模型，融合多分類器的方法相對(duì)通用，能夠用以極低的代碼量融入新的高精度模型，從而隨著時(shí)間推移融合模型精度會(huì)隨著子模型的更新而逐漸優(yōu)化，并以最低的成本融入更好的模型。但目前的故障電弧檢測方法更注重于檢測前期特征的選擇，并未在已經(jīng)公開的報(bào)道中見到用于光伏系統(tǒng)故障電弧檢測的Adaboost融合多分類器模型。

發(fā)明內(nèi)容

為解決并網(wǎng)光伏系統(tǒng)內(nèi)故障電弧與類弧工況的準(zhǔn)確、可靠、快速辨識(shí)問題，本發(fā)明提供了一種Adaboost融合多分類器的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測方法。