一种新能源设备工况归一化残差健康评估方法与流程

本发明属于新能源设备运行状态监测与健康评估，涉及一种新能源设备工况归一化残差健康评估方法。

背景技术：

1、新能源设备在实际运行过程中，其输出功率、效率、电压、温度等运行参数会随着辐照度、风速、环境温度、负荷率、soc以及充放电状态等运行工况发生变化。因此，仅根据某一时刻或者某一运行工况下的运行参数大小，通常难以准确判断设备本身的健康状态。现有健康评估方式中，通常会利用设备实际运行值与参考值之间的偏差形成运行残差，再根据运行残差判断设备是否存在异常。

2、但是，不同运行工况对应的参考模型可能存在不同程度的固有偏差，部分低样本、边界或者特殊运行工况下形成的运行残差也可能主要由工况变化、模型适用范围或者数据质量造成。如果直接将某一运行工况下较大的运行残差作为设备本体持续状态变化的依据，容易将局部工况异常或者参考模型偏差与设备本体状态变化混在一起，影响新能源设备健康评估结果的可靠性。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种新能源设备工况归一化残差健康评估方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种新能源设备工况归一化残差健康评估方法，包括以下步骤：

3、获取新能源设备历史基准周期和当前评估周期的多源运行数据，确定目标运行参数及相应工况参数；

4、根据所述工况参数识别运行工况区域，将两个周期均存在满足同一工况约束的有效运行数据的区域确定为可重复运行工况区域；

5、利用各可重复运行工况区域的工况参考模型确定目标运行参数的参考值，根据多源运行数据中的目标运行参数实际运行值与参考值形成两个周期的运行残差；

6、将同一可重复运行工况区域的当前评估周期运行残差与历史基准周期运行残差配对，得到跨时残差变化；

7、比较各跨时残差变化的方向及差异，当方向一致且差异处于一致性允许范围时，确定形成跨工况共同状态变化；

8、形成所述跨工况共同状态变化时，根据各跨时残差变化确定跨工况共同状态变化分量，将其作为有效残差信息用于设备健康评估；未形成时，不将对应运行残差作为设备本体持续状态变化的依据，输出参考模型复核信息。

9、进一步地，所述多源运行数据包括设备运行数据和工况数据；

10、按照统一评估时间窗口对所述多源运行数据中采样频率不同的数据进行时间对齐；

11、对于连续采样数据，计算对应时间窗口内的统计值；

12、对所述统计值以及完成时间对齐后的其余数据进行物理边界、时间戳和数据完整性检查，排除明显超出设备物理运行范围、时间戳明显错误或者数据缺失严重的数据，将剩余数据作为所述有效运行数据。

13、进一步地，所述工况参数根据新能源设备类型和所述目标运行参数选取；

14、根据各所述工况参数所处的预设区间确定运行工况区域；

15、分别确定历史基准周期和当前评估周期中各运行工况区域的有效运行数据，将两个周期均存在满足同一工况约束的有效运行数据的运行工况区域确定为所述可重复运行工况区域。

16、进一步地，所述形成两个周期的运行残差，包括：

17、针对每一所述可重复运行工况区域，利用对应的工况参考模型分别确定历史基准周期和当前评估周期中所述目标运行参数的参考值；

18、从所述多源运行数据中取得每一所述可重复运行工况区域在历史基准周期和当前评估周期内的目标运行参数实际运行值；

19、根据同一可重复运行工况区域在同一周期内的所述实际运行值相对于对应参考值的偏离，形成该可重复运行工况区域在对应周期的运行残差。

20、进一步地，所述历史基准周期位于所述当前评估周期之前，且两个周期的运行残差采用相同版本的工况参考模型形成；

21、当所述工况参考模型在两个周期之间重新训练、更新或者更换时，采用变化后的工况参考模型重新形成所述历史基准周期的运行残差；

22、当两个周期之间发生设备检修、关键部件更换、主要控制参数调整或者额定参数改变时，不将变化前的数据继续作为历史基准周期的数据，并在新能源设备重新稳定运行后重新确定历史基准周期。

23、进一步地，所述得到跨时残差变化，包括：

24、当同一所述可重复运行工况区域在一个周期内包含多个运行残差样本时，采用所述多个运行残差样本的中位数作为该周期的残差代表值；

25、当仅包含一个运行残差时，将该运行残差作为对应周期的残差代表值；

26、将当前评估周期的残差代表值相对于历史基准周期的残差代表值的变化确定为该可重复运行工况区域的跨时残差变化。

27、进一步地，所述一致性允许范围通过以下步骤确定：

28、在新能源设备处于稳定运行状态的多个历史评估周期内，按照与当前评估相同的方式形成各历史评估周期对应的多个运行工况区域的跨时残差变化；

29、针对每一历史评估周期，以多个所述跨时残差变化的中位数作为中心变化值，分别确定各所述跨时残差变化相对于所述中心变化值的偏差；

30、根据多个历史评估周期的所述偏差形成偏差分布，并根据所述偏差分布的分位范围确定所述一致性允许范围。

31、进一步地，所述确定跨工况共同状态变化分量，包括：

32、对形成所述跨工况共同状态变化的多个跨时残差变化取中位数，得到所述跨工况共同状态变化分量；

33、将所述跨工况共同状态变化分量作为与所述目标运行参数对应的有效残差信息，用于所述设备健康评估。

34、进一步地，当部分可重复运行工况区域的跨时残差变化方向与其他可重复运行工况区域的跨时残差变化方向不一致，或者其跨时残差变化之间的差异超出所述一致性允许范围而未形成所述跨工况共同状态变化时，确定对应运行工况区域并生成参考模型复核信息；

35、所述参考模型复核信息包括工况参考模型版本、数据质量、工况识别结果及当前实际运行状态是否超出工况参考模型适用范围的复核项目；对于由健康运行样本建立的工况参考模型，还包括训练样本覆盖程度的复核项目；

36、生成所述运行工况区域的局部工况异常提示，不将其运行残差作为设备本体持续状态变化的依据。

37、进一步地，当新能源设备具有多个待评价目标运行参数时，所述设备健康评估包括：

38、分别针对每一待评价目标运行参数确定对应的可重复运行工况区域，形成运行残差和跨时残差变化，并进行跨工况共同状态变化辨识；

39、对于形成跨工况共同状态变化的待评价目标运行参数，确定对应的跨工况共同状态变化分量，并将所述跨工况共同状态变化分量作为对应的有效残差信息；

40、根据各所述有效残差信息形成对应的残差型健康特征，并将各所述残差型健康特征映射为健康特征得分；

41、根据多个所述健康特征得分及相应权重形成综合健康指数，并根据所述综合健康指数确定新能源设备的健康状态。

42、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明针对同一新能源设备和同一目标运行参数，先在相同运行工况下比较当前评估周期与历史基准周期的运行残差，再比较多个可重复运行工况区域对应的跨时残差变化，可以减弱不同运行工况参考模型自身稳定偏差对健康判断结果的影响，使进入设备健康评估的残差信息能够更好地反映设备相对于自身历史状态产生的共同变化。

43、同时，本发明仅在多个可重复运行工况区域形成方向一致且差异处于一致性允许范围的跨工况共同状态变化时，将相应的跨工况共同状态变化分量作为有效残差信息。未形成跨工况共同状态变化时，则进入参考模型复核和局部工况异常处理。由此，可以将设备本体持续状态变化与局部工况异常、工况参考模型偏差等情况进行区分，降低未经辨识的局部运行残差直接影响设备整体健康评估结果的可能性。