王恭慶，娜日婭

（國網(wǎng)牙克石市供電公司，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

0 引 言

盡管產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的更新在一定程度上帶動(dòng)了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但隨之而來的生態(tài)破壞、資源短缺等問題也成為了社會(huì)發(fā)展不可忽視的重點(diǎn)關(guān)注問題。為解決此方面問題，國家電網(wǎng)公司在組織了數(shù)次大型會(huì)議后，提出了將發(fā)展新能源、加大可再生資源的開發(fā)與循環(huán)使用作為電力行業(yè)未來建設(shè)的核心[1]。但根據(jù)電力行業(yè)相關(guān)工作人員的反饋信息可知，光伏發(fā)電存在隨機(jī)性與不可控性，發(fā)電過程經(jīng)常出現(xiàn)日發(fā)電量較低的問題。而出現(xiàn)此種問題的原因大多是光伏組件或電網(wǎng)構(gòu)件“帶病”運(yùn)行導(dǎo)致，因此需要及時(shí)對(duì)光伏電網(wǎng)發(fā)電異常進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)階段的檢測(cè)方法一般采用電壓諧波檢測(cè)方法，若總諧波失真超出規(guī)定閾值，則斷開逆變電源，當(dāng)逆變電源監(jiān)視電壓失真低于可檢測(cè)點(diǎn)，所產(chǎn)生的諧波電流即流向負(fù)載，通過電壓諧波的變化來判斷是否出現(xiàn)了孤島故障。但是該方法對(duì)于光伏發(fā)電量異常檢測(cè)范圍較小，不能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求[2]。

因此，本文引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，以分布式光伏電網(wǎng)為例，設(shè)計(jì)一種發(fā)電異常檢測(cè)方法，為電力企業(yè)用戶提供更加優(yōu)質(zhì)和全面的供電與保障服務(wù)。

1 基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)方法

1.1 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)與發(fā)電量信息獲取

為實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏發(fā)電量異常的精準(zhǔn)檢測(cè)，應(yīng)在光伏發(fā)電終端的太陽能電池上安裝傳感器，根據(jù)實(shí)際需求，布置發(fā)電監(jiān)測(cè)環(huán)境[3]。監(jiān)測(cè)環(huán)境布置可參照?qǐng)D1。

在監(jiān)測(cè)過程中，為避免環(huán)境中異常因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成影響，應(yīng)做好對(duì)空間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的強(qiáng)化與標(biāo)注，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，進(jìn)行發(fā)電量在空間中信息的調(diào)配，以此種方式，確保監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)為最優(yōu)路徑數(shù)據(jù)[4]?？蓪鞲衅?～傳感器3獲取的發(fā)電量數(shù)據(jù)作為二維數(shù)據(jù)，將此部分?jǐn)?shù)據(jù)放置在空間環(huán)境中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此過程計(jì)算公式為

式中：V為分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程；S為空間數(shù)據(jù)傳輸信道；Q為空間數(shù)據(jù)位置標(biāo)定方式；t為轉(zhuǎn)換時(shí)間；a為調(diào)配電能數(shù)據(jù)。完成上述計(jì)算后，為獲取更多的分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)中選擇位于3個(gè)不同維度的數(shù)據(jù)作為代表數(shù)據(jù)，完善三維監(jiān)測(cè)環(huán)境[5]。根據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，在環(huán)境不同位置配置監(jiān)測(cè)裝置與監(jiān)測(cè)設(shè)備，調(diào)試傳感器與匯流箱，提高監(jiān)測(cè)范圍[6]。對(duì)分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)范圍的擴(kuò)大過程進(jìn)行描述，計(jì)算公式為

式中：J為分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大系數(shù)；N為光伏電網(wǎng)基礎(chǔ)配置參數(shù)；C為數(shù)據(jù)管理中心；e為初始化監(jiān)測(cè)范圍；U為信息安全存儲(chǔ)率；S為空間維度，通常取為常數(shù)。完成對(duì)監(jiān)測(cè)空間的放大后，再按照上述步驟進(jìn)行分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)，以此完成發(fā)電量信息的獲取。

1.2 基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏發(fā)電類型劃分

完成上述研究后，引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，利用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)電量信息的深度挖掘，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏發(fā)電類型的劃分[7]?？稍谕诰蜻^程中，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)組建立1個(gè)超小球形結(jié)構(gòu)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果作為訓(xùn)練樣本，導(dǎo)入結(jié)構(gòu)中，設(shè)定挖掘過程中的訓(xùn)練集合為X，測(cè)試數(shù)據(jù)樣本數(shù)量為n，從球形結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行數(shù)據(jù)的訓(xùn)練[8]。對(duì)此過程進(jìn)行描述，計(jì)算公式為

式中：F為分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練過程；R為超小球形結(jié)構(gòu)半徑；Xi為第i個(gè)訓(xùn)練樣本；ξ為訓(xùn)練過程中受到外界環(huán)境等因素的影響出現(xiàn)的損失。完成計(jì)算后，參照二次規(guī)劃方法，設(shè)定分布式光伏發(fā)電類型共有λ種，計(jì)算現(xiàn)有數(shù)據(jù)在挖掘處理后，與λ的空間直線距離。計(jì)算公式為

式中：λi為第i個(gè)樣本的發(fā)電類型；z為懲罰因子；α為近鄰算法；j為空間連接線段。按照上述計(jì)算公式，完成對(duì)分布式光伏發(fā)電類型的劃分。

1.3 基于離散點(diǎn)分析的發(fā)電量異常檢測(cè)算法設(shè)計(jì)

對(duì)不同類型的分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)在其所屬空間內(nèi)進(jìn)行離散化處理，通過對(duì)離散后數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)與表達(dá)方式，設(shè)計(jì)發(fā)電量異常檢測(cè)算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異常發(fā)電數(shù)據(jù)的篩選與識(shí)別。

考慮到現(xiàn)有的發(fā)電數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過離散處理后，在空間內(nèi)呈現(xiàn)單維度表現(xiàn)方式，因此，可采用統(tǒng)計(jì)分析的方式，進(jìn)行發(fā)電站單日正常發(fā)電量閾值的計(jì)算[9]。計(jì)算公式為

式中：E為發(fā)電站單日正常發(fā)電量閾值；?為太陽能電池板的接收光源照度；σ為分布式光伏發(fā)電裝機(jī)有效容量。假設(shè)發(fā)電站單日發(fā)電量均值為，可以通過下述計(jì)算公式，進(jìn)行與實(shí)時(shí)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算。

式中：η為發(fā)電站單日實(shí)時(shí)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)差。完成上述計(jì)算后，將η作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)±η進(jìn)行分析，篩選±η中是否存在數(shù)據(jù)超出離散點(diǎn)安全閾值范圍。當(dāng)篩選后發(fā)現(xiàn)±η中存在數(shù)據(jù)超出安全閾值范圍時(shí)，輸出數(shù)據(jù)，將其作為分布式光伏發(fā)電量異常數(shù)據(jù)。匹配數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，將其作為檢測(cè)結(jié)果[10]。如果篩選后發(fā)現(xiàn)±η中沒有存在超出安全閾值范圍的數(shù)據(jù)，則需要跳過此時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)行空間中其他數(shù)據(jù)的進(jìn)一步篩選。完成所有數(shù)據(jù)的篩選后，輸出所有異常數(shù)據(jù)結(jié)果與此結(jié)果對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，以此完成分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)研究。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在完成基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)方法設(shè)計(jì)之后，為了檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)方法的可靠性，本文以郊區(qū)某大型發(fā)電站為例，展開如下所示的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

考慮到分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)具有龐雜性、隨機(jī)性，因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前先對(duì)發(fā)電站中實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行綜合部署。實(shí)驗(yàn)發(fā)電站在為該區(qū)域用戶供電服務(wù)時(shí)，其終端發(fā)電板采用的是多組相同規(guī)模與瓦數(shù)的非晶體硅太陽能電池板集成構(gòu)成，為避免檢測(cè)時(shí)操作步驟過于復(fù)雜，將不同發(fā)電組件采用串聯(lián)方式連接。同時(shí)，將逆變器、傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備按照標(biāo)準(zhǔn)集成在發(fā)電終端，獲取在發(fā)電過程中的電能數(shù)據(jù)。設(shè)置雙路數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸信道，進(jìn)行完整數(shù)據(jù)的錄入與傳輸，為避免獲取電能數(shù)據(jù)時(shí)相關(guān)信息對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響或干擾，在太陽能電池板的連接段安裝逆變器進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)初始化檢測(cè)環(huán)境技術(shù)參數(shù)。相關(guān)內(nèi)容如表1所示。

表1 檢測(cè)環(huán)境技術(shù)參數(shù)

完成對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的布置后，在該電力企業(yè)數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)提取某天存在發(fā)電異?，F(xiàn)象的電力數(shù)據(jù)，使用本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法進(jìn)行分布式光伏發(fā)電量的異常檢測(cè)。檢測(cè)前，按照上述技術(shù)參數(shù)，布置檢測(cè)環(huán)境，進(jìn)行分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)，獲取光伏發(fā)電量信息。在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，識(shí)別分布式光伏發(fā)電類型，通過對(duì)獲取數(shù)據(jù)離散點(diǎn)的分析，設(shè)計(jì)發(fā)電量異常檢測(cè)算法，記錄在不同時(shí)間點(diǎn)下的檢測(cè)結(jié)果，按照時(shí)序進(jìn)行分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)結(jié)果的輸出。通過對(duì)此次研究發(fā)電站規(guī)模的分析可知，該發(fā)電站在光照充足的條件下，持續(xù)發(fā)電量應(yīng)在3.0×104～4.0×104kW·h內(nèi)，無論發(fā)電量超出此范圍或少于此范圍，都屬于發(fā)電量異?，F(xiàn)象。按照此種方式，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏發(fā)電量異常的檢測(cè)。將監(jiān)測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)在監(jiān)測(cè)終端顯示屏幕上，截取連續(xù)時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

從上述圖2所示的檢測(cè)結(jié)果可以看出，在1～2時(shí)間段、3～4時(shí)間段、7～8時(shí)間段內(nèi)，存在分布式光伏發(fā)電量＜3.0×104kW·h的現(xiàn)象，說明在對(duì)應(yīng)的3個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)存在發(fā)電量異常問題。通過上述實(shí)驗(yàn)證明，本文此次研究設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)方法具有可行性。

在完成上述研究后，引進(jìn)基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器（Extended Kalman Filter，EKF）算法的檢測(cè)方法作為傳統(tǒng)方法，將方法有效檢測(cè)范圍作為對(duì)比指標(biāo)。根據(jù)已知信息，此發(fā)電站的發(fā)電規(guī)模為15.0 km，在不同距離設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，使用本文方法與傳統(tǒng)方法在對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行發(fā)電量異常檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 檢測(cè)方法有效檢測(cè)距離對(duì)比

從上述表2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，在14.00 km范圍內(nèi)，本文方法發(fā)電量檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)方法發(fā)電量檢測(cè)結(jié)果相同，說明兩種檢測(cè)方法都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏發(fā)電量的異常檢測(cè)，但在檢測(cè)點(diǎn)距離＞14.00 km后，傳統(tǒng)方法無檢測(cè)結(jié)果輸出，而本文方法可以照常進(jìn)行分布式光伏發(fā)電的檢測(cè)。因此，可以得出本文對(duì)比實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)論：相比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，本次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏發(fā)電量異常檢測(cè)方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電量異常的精準(zhǔn)檢測(cè)，同時(shí)也可以提高傳統(tǒng)檢測(cè)方法的檢測(cè)范圍，為發(fā)電站在市場(chǎng)內(nèi)的安全發(fā)電提供全面的保障。

3 結(jié) 論

部分電力用戶表示，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的日發(fā)電量顯著高于或低于標(biāo)準(zhǔn)值，這些問題在不同程度上影響或干預(yù)了我國電力產(chǎn)業(yè)的持續(xù)化建設(shè)與發(fā)展。為優(yōu)化分布式光伏發(fā)電，本文引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，以分布式光伏電網(wǎng)為例，開展發(fā)電異常檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)研究。完成設(shè)計(jì)后，通過實(shí)驗(yàn)證明了此次設(shè)計(jì)方法的可行性，以此種方式為我國電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供全面的技術(shù)指導(dǎo)與幫助。