CN108763250B - 一种光伏电站监测数据修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据修复处理技术领域,具体公开了一种光伏电站监测数据修复方法,其中,包括:查找同一时刻光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据是否存在缺失;若存在缺失,则将缺失的数据项进行标记并排除缺失的数据项;将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数;根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全;将补全后的所述光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据输入到状态转换函数进行预测得到预测值;对预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果。本发明提供的光伏电站监测数据修复方法能够实现数据修复。
Description
技术领域
本发明涉及数据修复处理技术领域,尤其涉及一种光伏电站监测数据修复方法。
背景技术
随着化石能源的枯竭,新能源发电作为全球能源互联网的一部分引起了越来越多的关注。光伏发电作为能源改革的重要组成部分,其输出功率的波动性和间歇性特点为电网系统的安全调度带来严峻挑战。
随着电力信息化技术的进步,电力监测数据规模急剧增长。由于光伏电站规模较大,常发生监测设备故障、传感器运行误差增大、前端数据采集过程丢包或误码等情况,导致光伏电站部分监测数据异常,严重影响光伏电站数据分析的质量,进一步影响到电网规划和运行决策,因而针对这些异常数据的修复工作有着重要的意义。
传统的数据修复方式基于空间相关性理论,利用气象数据和辐射数据对目标光伏电站功率缺失数据进行重构。但现阶段对于光资源空间相关性理论研究不多,导致建模性能下降甚至失效,影响光伏电站监测数据修复效果。
因此,需要一种新的数据处理方法来修复处理光伏电站监测数据,提高数据质量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种光伏电站监测数据修复方法,以解决现有技术中的问题。
作为本发明的一个方面,提供一种光伏电站监测数据修复方法,其中,所述光伏电站监测数据修复方法包括:
查找同一时刻光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据是否存在缺失;
若存在缺失,则将缺失的数据项进行标记并排除缺失的数据项;
将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数;
根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全;
将补全后的所述光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据输入到所述状态转换函数进行预测得到预测值;
对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果;
输出修复结果。
优选地,所述将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数包括:
初始化RBF神经网络参数;
将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据输入到RBF神经网络;
以光伏电站输出功率为输出量,计算RBF神经网络的均方根误差RMSE值是否满足迭代终止精度;
若满足,则结束训练,否则,进行权重迭代计算;
将结束训练的RBF神经网络作为状态转换函数,其中所述状态转换函数为预测方程。
优选地,所述进行权重迭代计算包括调节权重、中心参数和宽度参数。
优选地,所述根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全包括:
选取标记缺失的数据项前后相邻的5个时刻的监测数据;
根据前后相邻的5个时刻的监测数据,基于插值理论拟合得到缺失的数据项。
优选地,所述对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果包括:
根据平方根采样点卡尔曼滤波理论对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果。
本发明提供的光伏电站监测数据修复方法,利用光伏电站监测获得的光照强度和温湿度信息,结合功率输出历史数据记录,基于平方根采样点卡尔曼滤波理论进行光伏电站监测数据修复;该方法建立RBF神经网络作为平方根采样点卡尔曼滤波理论中的状态变换函数,进行光伏电站功率输出的一步预测,然后基于平方根采样点卡尔曼滤波理论计算卡尔曼增益,对光伏电站功率输出数据进行滤波,修复光伏电站监测异常,有效提高数据质量;为电网调度与决策提供依据,保障电网安全运行。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明提供的光伏电站监测数据修复方法的流程图。
图2为本发明提供的光伏电站监测数据修复方法的具体实施方式的流程图。
图3为本发明提供的RBF神经网络学习结构示意图。
图4为本发明提供的RBF神经网络状态转换函数和变换函数建立流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
作为本发明的一个方面,提供一种光伏电站监测数据修复方法,其中,如图1所示,所述光伏电站监测数据修复方法包括:
S110、查找同一时刻光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据是否存在缺失;
S120、若存在缺失,则将缺失的数据项进行标记并排除缺失的数据项;
S130、将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数;
S140、根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全;
S150、将补全后的所述光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据输入到所述状态转换函数进行预测得到预测值;
S160、对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果;
S170、输出修复结果。
本发明提供的光伏电站监测数据修复方法,利用光伏电站监测获得的光照强度和温湿度信息,结合功率输出历史数据记录,基于平方根采样点卡尔曼滤波理论进行光伏电站监测数据修复;该方法建立RBF神经网络作为平方根采样点卡尔曼滤波理论中的状态变换函数,进行光伏电站功率输出的一步预测,然后基于平方根采样点卡尔曼滤波理论计算卡尔曼增益,对光伏电站功率输出数据进行滤波,修复光伏电站监测异常,有效提高数据质量;为电网调度与决策提供依据,保障电网安全运行。
具体地,所述将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数包括:
初始化RBF神经网络参数;
将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据输入到RBF神经网络;
以光伏电站输出功率为输出量,计算RBF神经网络的均方根误差RMSE值是否满足迭代终止精度;
若满足,则结束训练,否则,进行权重迭代计算;
将结束训练的RBF神经网络作为状态转换函数,其中所述状态转换函数为预测方程。
进一步具体地,所述进行权重迭代计算包括调节权重、中心参数和宽度参数。
具体地,所述根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全包括:
选取标记缺失的数据项前后相邻的5个时刻的监测数据;
根据前后相邻的5个时刻的监测数据,基于插值理论拟合得到缺失的数据项。
具体地,所述对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果包括:
根据平方根采样点卡尔曼滤波理论对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果。
下面结合图2至图4对本发明提供的光伏电站监测数据修复方法的具体实施过程进行详细描述。
如图2所示,为本发明提供的光伏电站监测数据修复方法整体流程图,包含光伏电站监测数据缺失项标记,基于RBF神经网络的状态转换函数的建立,缺失数据插值拟合的补偿,基于平方根卡尔曼滤波理论的光伏电站监测数据修复方法,具体为:
1)标记光伏电站监测数据中缺失数据项并排除,以监测数据中温湿度信息T、光照强度C和功率输出P为输入量训练RBF神经网络,作为数据修复方法的预测方程;
2)分别选取数据缺失时刻项前后5个时刻的数据,基于插值理论拟合得到缺失数据项,从而补全光伏电站监测数据;
3)以光照强度和温湿度信息以及光伏电站出力历史数据为状态量,RBF神经网络作为状态转换函数,预测光伏电站下一时刻出力值,基于平方根卡尔曼滤波理论对预测量滤波,修复光伏电站输出功率数据;
4)输出修复报告。
所述步骤1)具体包含以下步骤:查找光伏电站监测数据同一时刻点的温湿度信息、光照强度和功率输出信息,若缺失某一项信息,则将该时刻标记为缺失时刻项,并从整体监测数据中排除;以排除标记项的光伏电站监测数据训练RBF神经网络,其具体步骤为:初始化RBF神经网络参数,包括其学习因子和迭代终止精度;权重迭代计算,调节权重、中心和宽度参数进行迭代计算;以光伏电站输出功率为输出量,并与实际输出功率比较来判别是否达到终止精度;以功率输出为预测量训练RBF神经网络并获得网络参数,将其作为基于平方根采样点卡尔曼滤波的光伏电站数据修复方法的状态转换函数,参照图3和图4所示。
所述步骤1)中建立的状态空间方程为:
取状态量为x=[T C Pp]T,则状态空间方程为:
xk(3)=F(xk-1)=F(T,C,Pp),
其中,F(.)为训练后的RBF神经网络状态转换函数,xk(3)指状态量第三项,即输出功率预测值。
观测方程为:
Pp=[0 0 1]·x,
其中,x为选取的状态量,PP为状态量代入量测方程后的输出功率值。
所述步骤2)包含以下步骤:选取步骤1)中标记的缺失时刻项,并提取标记时刻前后5个时刻的监测数据,基于插值理论拟合得到缺失时刻项的数据,从而补全光伏电站监测数据。
所述步骤3)包含以下步骤:将温湿度信息、光照强度和输出功率历史信息作为状态量,以步骤1)中训练的RBF神经网络作为数据修复方法的一步预测,获取光伏电站输出功率预测值,将预测步骤获得信息代入观测方程中并计算卡尔曼增益对预测值进行滤波,从而将光伏电站输出功率数据存在较大误差的点滤去,完成光伏电站功率输出数据的修复。
所述步骤3)中基于采样点卡尔曼滤波理论的光伏电站监测数据修复方法具体计算步骤为:
1)初始化状态量x=[T C Pp]T和协方差矩阵S:
S0=cholE[x0-E(x0) (x0-E(x0))T],
其中,S0为状态量协方差矩阵的平方根矩阵。
2)根据出力滤波值和协方差采样获得sigma点和对应权值W,预测步:
其中,χk-1的每一列为一个sigma点值,χk-1包含(2n+1)个sigma点。
确定各sigma点权值:
其中,Wi,i=0,1,…,2n为每一个sigma点的权值。
4)根据出力预测值和协方差重采样获得sigma点χk|k-1,将每一个sigma点代入量测方程获得量测预测值ξ:
ξk|k-1=h(χk|k-1),
其中,χk|k-1为重采样获得的(2n+1)个sigma点。
5)根据量测预测值及其自协方差和互协方差,滤波步:
更新协方差平方根矩阵:
至此完成k时刻的滤波步骤,对光伏电站输出功率值完成修复。
通过采样点卡尔曼滤波理论的预测和滤波步骤,可以修复光伏电站监测数据中的不合理数据项。该修复方法首先基于以RBF神经网络建立状态转换函数,作为光伏电站功率输出数据修复方法的预测步骤,然后基于平方根采样点卡尔曼滤波理论计算卡尔曼增益实现光伏电站监测数据的滤波,完成光伏电站监测数据修复。该方法能够减少监测数据中不合理项,提高监测数据质量,为电网运行策略决策提供可靠信息。
本发明提供的光伏电站监测数据修复方法,利用光伏电站温湿度信息,光照强度和出力历史数据信息,通过训练获得的RBF神经网络作状态转换函数完成功率输出的预测,然后基于平方根采样点卡尔曼滤波理论实现光伏电站出力数据的滤波。因此,本发明可以有效地修复光伏电站功率输出数据,提高监测数据质量,对提高电网运行规划决策和电网安全稳定运行具有重要意义。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种光伏电站监测数据修复方法,其特征在于,所述光伏电站监测数据修复方法包括:
查找同一时刻光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据是否存在缺失;
若存在缺失,则将缺失的数据项进行标记并排除缺失的数据项;
将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数;
根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全;
将补全后的所述光伏电站监测数据中的温湿度信息、光照强度和光伏电站输出功率历史数据输入到所述状态转换函数进行预测得到预测值;
对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果;
输出修复结果;
其中,所述将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据进行训练,得到状态转换函数包括:
初始化RBF神经网络参数;
将监测到的排除缺失的数据项后的光伏电站监测数据输入到RBF神经网络;
以光伏电站输出功率为输出量,计算RBF神经网络的均方根误差RMSE值是否满足迭代终止精度;
若满足,则结束训练,否则,进行权重迭代计算;
将结束训练的RBF神经网络作为状态转换函数,其中所述状态转换函数为预测方程;
所述对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果包括:
根据平方根采样点卡尔曼滤波理论对所述预测值进行滤波得到光伏电站监测数据修复结果;
其中,包括:
(1)初始化状态量x=[T C Pp]T和协方差矩阵S:
S0=cholE[x0-E(x0) (x0-E(x0))T],
其中,S0为状态量协方差矩阵的平方根矩阵;
(2)根据出力滤波值和协方差采样获得sigma点和对应权值W:
其中,χk-1的每一列为一个sigma点值,χk-1包含(2n+1)个sigma点;
确定各sigma点权值:
其中,Wi,i=0,1,…,2n为每一个sigma点的权值;
(4)根据出力预测值和协方差重采样获得sigma点χk|k-1,将每一个sigma点代入量测方程获得量测预测值ξ:
ξk|k-1=h(χk|k-1),
其中,χk|k-1为重采样获得的(2n+1)个sigma点;
(5)根据量测预测值及其自协方差和互协方差:
更新协方差平方根矩阵:
至此完成k时刻的滤波,对光伏电站输出功率值完成修复。
2.根据权利要求1所述的光伏电站监测数据修复方法,其特征在于,所述进行权重迭代计算包括调节权重、中心参数和宽度参数。
3.根据权利要求1所述的光伏电站监测数据修复方法,其特征在于,所述根据插值理论拟合得到缺失的数据项,对所述光伏电站监测数据中的缺失的数据项补全包括:
选取标记缺失的数据项前后相邻的5个时刻的监测数据;
根据前后相邻的5个时刻的监测数据,基于插值理论拟合得到缺失的数据项。
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