[發明專利]一種基于新型PCA自適應模型的并網光伏發電系統狀態監測方法

在審

• 申請號: 202210650169.6
• 申請日: 2022-04-30
• 公開（公告）號: CN114912835A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 黃萬清;陳楊;童楚東
• 申請（專利權）人: 寧波大學科學技術學院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06K9/62;G06F17/16;H02J3/38;H02J13/00;H02S50/00
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本發明公開一種基于新型PCA自適應模型的并網光伏發電系統狀態監測方法，旨在綜合提取并網光伏發電系統采樣數據間的距離和交叉相關特征，并充分考慮數據的時變特性，從而實施更可靠的狀態監測。具體來講，本發明方法設計了一種新型的PCA模型，通過距離和交叉相關性的綜合取代經典的交叉相關性，從而分析提取出采樣數據間的距離相關特征。在此基礎上，通過指數加權移動平均策略對監測指標進行自適應計算，從而實現自適應的狀態監測。與經典的PCA模型相比，進一步的考慮了采樣數據間的距離相關特征。其次，本發明方法通過滑動窗口技術自適應的對監測指標實施平滑處理，并同時實時更新監測指標控制上限，充分發揮了自適應建模的優勢。

技術領域

本發明涉及一種并網光伏發電系統運行狀態監測方法，特別涉及一種基于新型PCA自適應模型的并網光伏發電系統狀態監測方法。

背景技術

人類的文明發展離不開對能源的利用，而隨著人們的生產效率越來越高，人們對電力的需求也越來越大。而今，人類可開發利用的能源形式除了自然資源外，還包括太陽能源、風能、潮汐能、地熱能、核能等。在這諸多的新型能源中，太陽能是受限制最小，使用最為方便、最為高效清潔的能源之一。太陽能光伏發電主要采用太陽能電池板，直接將太陽能轉化為電能，所依賴的外部條件較少，建設簡單，可以充分利用各種空曠的空間，如屋頂、荒郊、沙漠等地形條件。并網光伏發電采用的光伏電池板是發電的基礎，而推動光伏產業的發展將加速光伏電池材料的發展，這將推動一個新的產業。

并網光伏發電系統的狀態監測是保證光伏發電正常運行的保證。隨著目前光伏并網發電越來越多，光伏發電的建設規模越來越大，如果使用人工巡檢的方式，將消耗大量的人力和物力。此外并網發電以后，光伏發電系統將作為電力系統的一部分，如果配電網絡出現故障，或者光伏發電系統出現故障，都將會影響到整個電力系統的正常運行。在自動化研究領域，并網光伏發電系統是目前發展速度最快的電力技術之一。因此，如何實時監測并網光伏發電系統的正常運行是保證電力持續穩定供應的重中之重。

近年來，通過利用并網光伏發電系統的實時測量數據來實現對其運行狀態監測已經逐漸得到了業內的認可，衍生出了一系列的基于數據特征分析與提取策略的光伏發電運行狀態監測方法。其中，以主成分分析(Principal Component Analysis，縮寫：PCA)算法為代表的一類數據統計特征提取技術，可對光伏發電系統的電流和電壓等數據進行特征變換，從而利用提取出的代表性特征實施狀態監測。PCA算法通過光伏發電系統的直流和交流端電壓電流數據提取潛在有用特征并生成模型誤差，進而通過平方馬氏距離(即：T²監測指標)和平方歐式距離(即：Q監測指標)分別實施監測。

該項技術成功的關鍵在于直流和交流端電壓電流數據存在較強的交叉相關性特征，且要求數據大致服從正態分布。因此，目前直接使用PCA技術來監測并網光伏發電系統運行狀態的方法都存在較高的誤報率，可靠性有待進一步的研究與提升。再者，PCA算法從本質上講是一種分析提取數據方差(即變化范圍)特征的技術。考慮到光伏發電系統會直接受到太陽光和環境溫度的影響，相應直流和交流端的電壓與電流數據變化范圍較大，一些會影響太陽能轉換效率的微弱的故障就不容易區分出來。此外，由于并網光伏發電系統其采樣數據變化的頻繁性，T²和Q監測指標若依賴于固定的控制上限，則會給出較高的錯誤報警率。因此，自適應的確定控制上限，也是該項技術得以廣泛應用需要克服的技術難點之一。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是：如何提取并網光伏發電系統采樣數據間的距離相關特征，并充分考慮數據的時變特性，從而實施更可靠的狀態監測。具體來講，本發明方法設計了一種新型的PCA模型，在交叉相關性的基礎上進一步考慮距離相關性，從而分析提取出采樣數據間的距離和交叉相關特征。在此基礎上，通過指數加權移動平均策略對監測指標進行自適應計算，從而實現自適應的狀態監測。

本發明方法解決上述問題所采用的技術方案為：一種基于新型PCA自適應模型的并網光伏發電系統狀態監測方法，包括以下所示步驟：