中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (5): 222-231.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305120
刘韵艺1(), 汤渊1(
), 苏盛2(
), 吴裕宙1(
), 王晓倩2(
)
收稿日期:
2023-05-27
出版日期:
2024-05-28
发布日期:
2024-05-16
作者简介:
刘韵艺(1990—),女,硕士,工程师,从事电力营销管理研究,E-mail: 516101194@qq.com基金资助:
Yunyi LIU1(), Yuan TANG1(
), Sheng SU2(
), Yuzhou WU1(
), Xiaoqian WANG2(
)
Received:
2023-05-27
Online:
2024-05-28
Published:
2024-05-16
Supported by:
摘要:
分布式光伏发电系统一般不配备多种类的传感器和监测设备,反映设备运行状态且可用于异常检测的数据有限。提出了基于STL-Bayesian时空模型的光伏异常状态检测方法,利用气象在时空上的传递性,挖掘光伏发电出力的关联性进而完成异常检测。首先,用季节性分解(seasonal and trend decomposition using loess,STL)将光伏发电有功功率时序数据分解为3个分量;然后,研究不同长度数据输入对分解结果的影响和区域内分量的时空分布特性;接着,通过构建贝叶斯模型分别对趋势分量和剩余分量做短期和超短期空间插值,得到区域内光伏出力;最后,计算真实值与回归值的推土机距离(earth move's distance,EMD)用于检测异常状态。算例分析表明,所提模型在分布式光伏场景检测可逆异常和不可逆异常状态均有较高准确率。
刘韵艺, 汤渊, 苏盛, 吴裕宙, 王晓倩. 基于STL-Bayesian时空模型的分布式光伏系统异常检测[J]. 中国电力, 2024, 57(5): 222-231.
Yunyi LIU, Yuan TANG, Sheng SU, Yuzhou WU, Xiaoqian WANG. Anomaly Detection for Distributed Photovoltaic Systems Based on STL-Bayesian Spatio-Temporal Model[J]. Electric Power, 2024, 57(5): 222-231.
异常状态类型 | 来源 | 具体异常情况 | ||
可逆 | 安装错误 | 接线错误;支架不稳定 | ||
环境及气候 | 阴影或杂物遮挡;冰雹、高温等天气 | |||
不可逆 | 组件永久性 故障 | 面板开裂、线路老化、逆变器过压 过温等故障;布线短路 |
表 1 光伏系统异常状态类型
Table 1 Types of PV abnormal states
异常状态类型 | 来源 | 具体异常情况 | ||
可逆 | 安装错误 | 接线错误;支架不稳定 | ||
环境及气候 | 阴影或杂物遮挡;冰雹、高温等天气 | |||
不可逆 | 组件永久性 故障 | 面板开裂、线路老化、逆变器过压 过温等故障;布线短路 |
输入数据的长度/天 | 季节强度 | 趋势强度 | ||
7 | 0.999 | 0.243 | ||
30 | 0.952 | 0.565 | ||
90 | 0.927 | 0.719 | ||
365 | 0.849 | 0.857 |
表 2 不同周期STL分解的季节和趋势强度
Table 2 Seasonal and trend intensity of STL decomposition across cycles
输入数据的长度/天 | 季节强度 | 趋势强度 | ||
7 | 0.999 | 0.243 | ||
30 | 0.952 | 0.565 | ||
90 | 0.927 | 0.719 | ||
365 | 0.849 | 0.857 |
算法 | ERMS | EMA | ||
克里金插值 | 0.19956 | 0.12382 | ||
STL-Bayesian | 0.09293 | 0.05761 |
表 3 不同算法回归的误差
Table 3 Error for different algorithm regressions
算法 | ERMS | EMA | ||
克里金插值 | 0.19956 | 0.12382 | ||
STL-Bayesian | 0.09293 | 0.05761 |
异常数据 | EMD距离 | 欧氏距离 | ||
全天下降(k=0.1) | 3.87 | 1.01 | ||
全天下降(k=0.2) | 4.96 | 1.12 | ||
全天下降(k=0.3) | 6.32 | 1.28 | ||
可逆(k=0.1) | 3.02 | 0.95 | ||
可逆(k=0.2) | 3.19 | 0.99 | ||
可逆(k=0.3) | 3.43 | 1.02 |
表 4 异常数据与回归数据的距离
Table 4 Distance between abnormal data and regression data
异常数据 | EMD距离 | 欧氏距离 | ||
全天下降(k=0.1) | 3.87 | 1.01 | ||
全天下降(k=0.2) | 4.96 | 1.12 | ||
全天下降(k=0.3) | 6.32 | 1.28 | ||
可逆(k=0.1) | 3.02 | 0.95 | ||
可逆(k=0.2) | 3.19 | 0.99 | ||
可逆(k=0.3) | 3.43 | 1.02 |
算法 | 异常类型 | 精确率/% | 召回率/% | |||
STL-Bayesian | 不可逆故障 | 96.6 | 93.5 | |||
可逆异常状态 | 90.0 | 87.1 | ||||
LOF | 不可逆故障 | 73.3 | 78.6 | |||
可逆异常状态 | 53.3 | 47.1 |
表 5 异常检测结果
Table 5 Anomaly detection results
算法 | 异常类型 | 精确率/% | 召回率/% | |||
STL-Bayesian | 不可逆故障 | 96.6 | 93.5 | |||
可逆异常状态 | 90.0 | 87.1 | ||||
LOF | 不可逆故障 | 73.3 | 78.6 | |||
可逆异常状态 | 53.3 | 47.1 |
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