CN117491938A - 一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电流互感器检测技术领域，具体涉及一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，该方法包括：采集光伏储能系统电流及光照强度，构建各时刻的预测值修正项；根据预测值修正项、电流测量值以及采用局部加权线性回归预测的电流值构建对应时刻的电流预测值；计算各时刻的电流异常指数；根据电流异常指数若初步判定电流存在异常，则计算各时刻的光照强度异常系数；根据电流测量值、光照强度测量值以及光照强度异常系数得到各时刻的光伏储能系统的异常因子，对光伏储能系统异常检测；若初步判定电流不存在异常，则光伏储能系统电流互感器保持运行。本发明可实现电流互感器异常状况精确检测，降低计算量提高检测准确度。

Description

一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法

技术领域

本申请涉及电流互感器检测技术领域，具体涉及一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法。

背景技术

随着光伏技术的快速发展，在不同地区都逐渐建立起光伏储能系统。由于光伏发电板产生直流电流，在使用时还要经过逆变器转为交流电流。电流互感器是一种电器设施，基于电磁感应的定律，可将难以测量的高电流变换成可测量的低电流。电流互感器分为一次侧和二次侧，一次侧接大电流电流互感器将一次侧的大电流转为二次侧可测量小电流。

因为光伏发电存在周期性的特点，且受到环境的影响因素大，电流异常变化的原因难以确定。当电流突然减小时，难以判断是电流互感器的故障原因还是由于云层过厚阻挡光照强度的原因。直接使用LOF异常检测算法，时间复杂度高，内存开销大，且容易存在误判问题。

综上所述，本发明提出一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，测量电流互感器的二次侧电流数据，根据二次侧电流的历史数值检测电流异常，根据历史光照数据监测光照的异常情况，使用LOF异常检测算法，检测光伏储能系统的异常状态，进而实现开断控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，以解决现有的问题。

本发明的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，该方法包括以下步骤：

采集光伏储能系统安全运行预设时间段内的电流互感器电流测量值及光照强度测量值；

根据在各时刻之前的预设时间段内所采集的电流测量值的分布构建各时刻的预测值修正项；根据预测值修正项、电流测量值以及采用局部加权线性回归预测的电流值构建对应时刻的电流预测值；根据各时刻的电流预测值以及电流测量值的差异得到各时刻的电流异常指数；采用LOF异常检测算法计算各时刻电流异常指数的LOF值；结合各时刻电流异常指数的LOF值对电流异常进行初步判断；

若初步判定为电流存在异常时，获取光照强度分析曲线；根据光照强度分析曲线上各时刻前后预设时段内光照强度值的分布得到各时刻的平均光照强度；根据各时刻的光照强度测量值以及平均光照强度的差异构建各时刻的光照强度异常系数；根据各时刻的电流测量值、光照强度测量值以及光照强度异常系数得到各时刻的光伏储能系统的异常因子；根据异常因子对光伏储能系统的电流互感器故障进行检测；

若初步判定为电流不存在异常时，光伏储能系统电流互感器不存在故障，保持正常运行。

进一步的，所述根据在各时刻之前的预设时间段内所采集的电流测量值的分布构建各时刻的预测值修正项，包括：

对于时刻t，计算时刻t之前的预设时段内所有任意相邻时刻电流测量值的差值的均值，将所述均值作为时刻t的预测值修正项。

进一步的，所述根据预测值修正项、电流测量值以及采用局部加权线性回归预测的电流值构建对应时刻的电流预测值，包括：

对于各时刻，采用局部加权线性回归预测算法计算时刻t的回归预测电流值；计算时刻t前的n个时刻的电流测量值的均值，计算所述均值与所述回归预测电流值的和值，将所述和值的一半加上预测值修正项的结果作为时刻t的电流预测值。

进一步的，所述根据各时刻的电流预测值以及电流测量值的差异得到各时刻的电流异常指数，包括：

将各时刻电流预测值与电流测量值的差值的绝对值作为各时刻的电流异常指数。

进一步的，所述结合各时刻电流异常指数的LOF值对电流异常进行初步判断，包括：

预设LOF阈值，当电流异常指数的LOF值大于LOF阈值时，初步判定电流存在异常；反之，判定电流不存在异常。

进一步的，所述获取光照强度分析曲线，包括：

获取第P天的采集时间段内的光照强度，各时刻光照强度拟合得到第P天的光照强度曲线，采用第P天的光照强度曲线的获取方法得到历史R天数的历史光照强度曲线；

采用DTW动态时间规整算法计算第P天的光照强度曲线与各条历史光照强度曲线之间的DTW值，将DTW值最小对应的历史光照强度曲线作为第P天的光照强度分析曲线。

进一步的，所述根据光照强度分析曲线上各时刻前后预设时段内光照强度值的分布得到各时刻的平均光照强度，包括：

对于各时刻t，计算光照强度分析曲线上时刻t以及时刻t前后各b个时刻的光照强度值的均值，将所述均值作为时刻t的平均光照强度。

进一步的，所述根据各时刻的光照强度测量值以及平均光照强度的差异构建各时刻的光照强度异常系数，包括：

将各时刻的平均光照强度与光照强度测量值的差值的绝对值作为各时刻的光照强度异常系数。

进一步的，所述根据各时刻的电流测量值、光照强度测量值以及光照强度异常系数得到各时刻的光伏储能系统的异常因子，包括：

将各时刻测量得到的电流测量值和光照强度测量值组成各时刻的二维数据，采用LOF异常检测算法计算各时刻二维数据的LOF值；获取以自然常数为底数、光照强度异常系数为负指数的指数函数的计算结果；将所述计算结果与所述二维数据的LOF值的乘积作为对应时刻的光伏储能系统的异常因子。

进一步的，所述根据异常因子对光伏储能系统的电流互感器故障进行检测，包括：

预设异常因子阈值，当光伏储能系统的异常因子大于异常因子阈值时，光伏储能系统的电流互感器故障；反之，光伏储能系统的电流互感器不存在故障。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明首先根据电流表在电流互感器二次侧测量的小电流进行离散化处理，根据电流历史数据，构建电流的异常指数。先对测量得到的电流值进行异常检测，确定电流异常后，进一步确定光照的异常状态，和光伏储能系统的电流互感器的异常状态。相比于直接对电流和光照关系的异常检测，本发明先对电流进行异常检测，当电流状态异常时再对光照及其两数据的关系进行异常检测，减小了计算的内存开销和对数据误判的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明提供的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法的步骤流程图；

图2为电流互感器故障检测流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法的具体方案。

本发明一个实施例提供的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，具体的，提供了如下的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，请参阅图1，该方法包括以下步骤：

步骤S001，采集光伏储能系统的电流互感器二次侧的电流数据。

首先，对电流数据进行采集，作为光伏储能系统的电流互感器检测基础。在光伏储能系统安装完成后，使用电流互感器将光伏发电板至储能系统的大电流转为小电流，使用电流表测量该小电流的变化情况。在保证光伏储能系统安全的情况下平稳运行一段时间并记录数据，测量的小电流，电流测量值记为，使用光照度计测量光照强度，光照强度测量值记为G。

步骤S002：根据二次侧电流的历史数值检测电流异常，根据历史光照数据监测光照的异常情况。

本实施例主要对光伏储能系统的电流互感器的二次侧电流数据进行分析，以检测光伏储能系统电流互感器的异常情况，概括步骤为：

离散化测量电流值，检测电流异常。

当检测到电流异常时，计算时刻光照强度的异常状态。

计算光伏储能系统的异常因子。

具体展开如下：

a.离散化测量电流值，检测电流异常。

对采集得到的连续电流数据，每分钟采样一次，得到离散的电流数据点。光伏发电的发电效率受到光照强度的影响大，且环境中的云层厚度，沙尘等均对发电效率有着不同程度的影响。在一天中，光伏发电的发电效率是先上升再下降的，且由于环境影响会存在波动。

在光伏储能系统的运行过程中，会存在电流突然减小的情况，为了自动检测该情况，构建电流异常指数，时刻t的电流异常指数为：

式中，时间测量得到的电流为/>，/>为/>时刻的电流预测值。在/>的计算公式中，根据t时刻前的n个电流测量值的大小和变化趋势来预测当前时刻（t时刻）的电流大小。其中，w为有效电流测量值的个数，n为时刻t之前所选取的时刻数，也用于表示时刻t之前所选取的电流测量值的个数。/>是使用局部加权线性回归预测的/>时刻电流值，通过高斯函数根据距离赋予数据权重，从而确定更“关心”哪些数据，局部加权线性回归为公知技术，不再具体赘述。

为预测值修正项，假设当/>时刻是上午时，光照强度越来越强，电流预测值/>也应该比前一时刻的测量电流/>大才符合逻辑。但在上午时刻，前/>个采样数据大概率均小于或等于/>时刻的电流/>，加权平均后的预测值也难以大于/>。因此考虑对预测数据进行修正。当时刻t为上午时，光照强度越来越大，/>为正值，要在预测值上加。当时刻t为下午时，光照强度逐渐减弱，/>为负值，要在预测电流数据上减去/>。

以下对参数n的情况进行说明，本实施例设置为，即取t时刻前60个电流数据作为当前数据的预测采样数据。但当清晨光照强度较为微弱，光伏发电板刚开始工作，还未获取到60个可作为参考的电流数据，此时设已获取到w个电流数值（/>），将n设为w。需要说明的是，当t时刻前不存在任何采样数据时，也即t时刻为第一个时刻，则对应的预测值修正项设置为0。

当电流异常时，预测值与实际值相差较大，较大，越可能是电流的异常情况。进一步，使用LOF异常检测算法，检测电流异常指数/>，获取异常指数的LOF值。当LOF（/>）大于LOF阈值时，初步判定光伏储能系统电流存在异常，需要进行后续检测过程；若电流异常指数的LOF值小于等于LOF阈值，则判定光伏储能系统的电流不存在异常，设备正常。需要说明的是，LOF异常检测算法为一种公知技术，LOF（/>）为电流异常指数的离群因子。对于LOF阈值的取值实施者可自行设定，本实施例设定为1。

b.当检测到电流异常时，也即电流异常指数的LOF值大于LOF阈值时，计算时刻光照强度的异常状态。

对于时刻的解释，/>时刻为一天中的任意一时刻，对于每天的测量电流或者光照强度数据均存在t时刻的数据。例如：t时刻代指12点整时刻，均可获得12时的测量数据。

对于光照强度来讲，在一天中光照强度存在波动，也存在光照强度突然减小的时刻，比如云层遮挡等情况。且天气状况对光照强度的也有着较大的关系。定义光照强度异常系数，时刻t的光照强度异常系数为，表达式为：

式中，为光照强度分析曲线/>在t时刻的平均光照强度，/>为当天在t时刻测量得到的光照强度。在计算/>的公式中，/>为常数（设/>），/>为光照强度曲线/>在时刻的光照强度。为了防止光照强度分析曲线/>在时刻t时刻的波动（可能在/>时刻太阳被云层遮挡），对t时刻以及t时刻前后各b个时刻的光照强度求平均，作为/>在t时刻的平均光照强度，/>为光照强度分析曲线。

当天的光照强度曲线记录为，将当天记为第P天，各历史光照强度曲线记作历史光照强度曲线集合Q。需要说明的是，光照强度曲线为所采集的预设时间段内的各时刻的光照强度拟合所得到的曲线，作为光照强度曲线，历史光照强度曲线为历史多天的光照强度拟合所得到各历史光照强度曲线，所选历史天数实施者可自设定，本实施例中所选历史天数为R天，R为15，也即历史光照强度曲线集合Q中有15天历史光照强度曲线。而光照强度分析曲线/>为与当天光照强度曲线/>在历史光照强度曲线集合Q中DTW值最小的曲线，即在历史光照强度曲线中与曲线a最相似的光照强度曲线记为/>。若/>，/>的计算过程为/>。/>值越小说明两序列也即两条曲线越相似，动态时间规整为一种公知技术，不再具体赘述细节。光照强度异常系数/>反应了光照的异常情况，越大越异常。

c.计算光伏储能系统的异常因子。

将时刻的光照强度记为/>，在正常情况下光照强度/>与电流/>成正比关系，光照越强，发电效果越好，电流越大。因此对各时刻测量得到的电流和光照强度，组合为一个二维数据/>，采用LOF异常检测算法对各时刻的二维数据进行异常检测，获取各时刻二维数据的LOF值，用于对各时刻的光伏储能系统异常情况进行检测。进一步将构建光伏储能系统的异常因子，时刻t的光伏储能系统的异常因子为/>，具体表达式如下：

式中，为二维数据/>的LOF值，数据的离群因子大于1时更可能为异常数据点。/>为时刻t的光照强度异常系数。需要说明的是，当检测到电流异常时，才进行/>和/>的计算，否则，光伏储能系统电流互感器的电流正常。

当测量电流发生异常，同时光照强度也异常时，考虑到正常情况下光照强度减小，电流是减小的，因此对光伏储能系统的异常因子进行自适应设定，反映在公式中为：当电流出现异常时，光照强度也出现异常，此时减小，两者关系的离群因子/>，整体光伏储能系统的异常因子/>较小。

当电流异常而光照强度没有明显变化时，由于光照变化不大，光照强度异常系数较小，/>较大。此刻电流与光照的关系发生明显变化，/>大于1，整体光伏储能系统的异常因子/>较大，此时电流互感器存在故障可能性越高。

步骤S003，结合光伏储能系统的异常因子，检测光伏储能系统的异常状态。

获取光伏储能系统的异常因子后，对各时刻的光伏储能系统的异常因子进行进一步分析，光伏储能系统的异常因子越大，越可能是光伏储能系统的电流互感器故障。因此，为便于对光伏储能系统异常状况的分析，本实施例将对异常因子进行归一化，并设定异常因子阈值，当/>大于异常因子阈值时，电流互感器存在故障，及时断开主线，防止电流互感器二次侧开路产生的高电压而产生的损坏；反之，电流互感器不存在异常，光伏储能系统电流互感器可正常运行。需要说明的是，异常因子阈值实施者根据实际情况自行设定，在此不做特殊限制，本实施例设定为0.5。光伏储能系统电流互感器故障检测流程图如图2所示。

综上所述，本发明实施例首先根据电流表在电流互感器二次侧测量的小电流进行离散化处理，根据电流历史数据，构建电流的异常指数。先对测量得到的电流值进行异常检测，确定电流异常后，进一步确定光照的异常状态，和光伏储能系统的电流互感器的异常状态。相比于直接对电流和光照关系的异常检测，本发明先对电流进行异常检测，当电流状态异常时再对光照及其两数据的关系进行异常检测，减小了计算的内存开销和对数据误判的概率。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

采集光伏储能系统安全运行预设时间段内的电流互感器电流测量值及光照强度测量值；

根据在各时刻之前的预设时间段内所采集的电流测量值的分布构建各时刻的预测值修正项；根据预测值修正项、电流测量值以及采用局部加权线性回归预测的电流值构建对应时刻的电流预测值；根据各时刻的电流预测值以及电流测量值的差异得到各时刻的电流异常指数；采用LOF异常检测算法计算各时刻电流异常指数的LOF值；结合各时刻电流异常指数的LOF值对电流异常进行初步判断；

若初步判定为电流存在异常时，获取光照强度分析曲线；根据光照强度分析曲线上各时刻前后预设时段内光照强度值的分布得到各时刻的平均光照强度；根据各时刻的光照强度测量值以及平均光照强度的差异构建各时刻的光照强度异常系数；根据各时刻的电流测量值、光照强度测量值以及光照强度异常系数得到各时刻的光伏储能系统的异常因子；根据异常因子对光伏储能系统的电流互感器故障进行检测；

若初步判定为电流不存在异常时，光伏储能系统电流互感器不存在故障，保持正常运行。

2.如权利要求1所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据在各时刻之前的预设时间段内所采集的电流测量值的分布构建各时刻的预测值修正项，包括：

对于时刻t，计算时刻t之前的预设时段内所有任意相邻时刻电流测量值的差值的均值，将所述均值作为时刻t的预测值修正项。

3.如权利要求2所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据预测值修正项、电流测量值以及采用局部加权线性回归预测的电流值构建对应时刻的电流预测值，包括：

对于各时刻，采用局部加权线性回归预测算法计算时刻t的回归预测电流值；计算时刻t前的n个时刻的电流测量值的均值，计算所述均值与所述回归预测电流值的和值，将所述和值的一半加上预测值修正项的结果作为时刻t的电流预测值。

4.如权利要求1所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据各时刻的电流预测值以及电流测量值的差异得到各时刻的电流异常指数，包括：

将各时刻电流预测值与电流测量值的差值的绝对值作为各时刻的电流异常指数。

5.如权利要求4所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述结合各时刻电流异常指数的LOF值对电流异常进行初步判断，包括：

预设LOF阈值，当电流异常指数的LOF值大于LOF阈值时，初步判定电流存在异常；反之，判定电流不存在异常。

6.如权利要求1所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述获取光照强度分析曲线，包括：

获取第P天的采集时间段内的光照强度，各时刻光照强度拟合得到第P天的光照强度曲线，采用第P天的光照强度曲线的获取方法得到历史R天数的历史光照强度曲线；

采用DTW动态时间规整算法计算第P天的光照强度曲线与各条历史光照强度曲线之间的DTW值，将DTW值最小对应的历史光照强度曲线作为第P天的光照强度分析曲线。

7.如权利要求6所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据光照强度分析曲线上各时刻前后预设时段内光照强度值的分布得到各时刻的平均光照强度，包括：

对于各时刻t，计算光照强度分析曲线上时刻t以及时刻t前后各b个时刻的光照强度值的均值，将所述均值作为时刻t的平均光照强度。

8.如权利要求1所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据各时刻的光照强度测量值以及平均光照强度的差异构建各时刻的光照强度异常系数，包括：

将各时刻的平均光照强度与光照强度测量值的差值的绝对值作为各时刻的光照强度异常系数。

9.如权利要求1所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据各时刻的电流测量值、光照强度测量值以及光照强度异常系数得到各时刻的光伏储能系统的异常因子，包括：

将各时刻测量得到的电流测量值和光照强度测量值组成各时刻的二维数据，采用LOF异常检测算法计算各时刻二维数据的LOF值；获取以自然常数为底数、光照强度异常系数为负指数的指数函数的计算结果；将所述计算结果与所述二维数据的LOF值的乘积作为对应时刻的光伏储能系统的异常因子。

10.如权利要求9所述的一种光伏储能系统的电流互感器检测控制方法，其特征在于，所述根据异常因子对光伏储能系统的电流互感器故障进行检测，包括：

预设异常因子阈值，当光伏储能系统的异常因子大于异常因子阈值时，光伏储能系统的电流互感器故障；反之，光伏储能系统的电流互感器不存在故障。