一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法技术

本发明专利技术公开一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，在分布式光伏阵列状态监测网络中，所有无线传感器节点构成监测网络，监测网络中还有若干个冗余传感器节点。本发明专利技术适用于出现失效无线传感器节点的分布式光伏阵列状态监测网络，首先提供监测网络监测性能判定指标，然后提出基于自然选择的随机权重的粒子群监测网络自愈方法，当监测网络因传感器节点失效而导致监测能力不满足要求时，通过该方法，唤醒监测网络中的冗余节点，保证监测网络持续有效的工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，即基于无线传感器网络的分布式光伏阵列状态监测网络的自愈方法，适用于确定监测网络监测性能指标和在出现失效传感器节点情况下的光伏阵列状态监测网络的自愈。
技术介绍
近年来，分布式光伏发电技术在国家政策的推动下得到了快速发展，然而其监测技术尚未完善，无法达到既灵活又有效的监测效果。针对分布式光伏发电系统的分散性和发电的随机性、间歇性等特点，无线传感器网络因其传感器节点具有微型化、低功耗、低成本等优点，且避免了有线监测网络的繁杂布线，能对分布式光伏发电系统进行灵活有效监测。然而，由于天气多变和传感器节点自身电量的限制，光伏阵列上安装的传感器节点易失效，监测网络性能也必然会随着失效传感器数量的增多而下降。因此，监测网络运行时，应提出评估监测网络监测性能的指标，判断监测网络是否正常工作，在监测网络无法达到要求时，采取必要的监测网络自愈措施。
技术实现思路
专利技术目的：针对分布式光伏阵列状态监测网络性能因传感器节点失效而无法继续有效监测的问题，本专利技术提供一种分布式光伏阵列监测网络监测性能的评估指标，该指标评估监测网络在传感器节点失效情况下的监测能力，监测网络根据该指标自动判定监测能力是否达到要求，在监测能力不能达到用户需求时，给出监测网络快速自愈方法。本专利技术提出的方法有助于验证分布式光伏阵列状态监测网络是否失效，在监测网络中出现失效无线传感器节点时，有助于提高其监测能力。技术方案：一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，在分布式光伏阵列状态监测网络中，所有传感器节点构成监测网络，即无线传感器网络，这些节点部署在光伏阵列上。各节点都有相同的感知半径Rs，则节点的感知范围为以节点为圆心Rs为半径的圆。为保证监测网络的可靠性，监测网络会有一定数量的冗余节点，即监测网络正常运行时处于休眠状态的节点，这些节点在监测网络失效时，会被唤醒参与监测网络的自愈。本专利技术提出了监测网络监测能力的评估指标和监测网络的自愈方法：评估指标：传感器节点的感知情况决定监测网络的覆盖率，监测网络的覆盖率可用于判断监测网络是否正常工作；自愈方法：基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的监测网络自愈方法，通过唤醒冗余节点，提高监测网络的覆盖率，达到监测网络自愈的效果。有益效果：本专利技术提供的分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，适用于监测网络不同的失效情况，能够判定监测网络的覆盖率，通过唤醒冗余节点快速提高监测网络覆盖率，保证监测网络信息采集的完整性；采用粒子群算法，实现监测网络自愈的智能化。附图说明图1为监测网络失效区域冗余节点数确定示意图；图2为监测网络失效情况一；图3为监测网络失效情况二；图4为监测网络针对失效情况一的自愈情况；图5为监测网络针对失效情况二的自愈情况。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一、分布式光伏阵列状态监测网络性能评估指标为保证监测网络信息获取的全面性、准确性，监测网络要有高覆盖率。分布式光伏阵列监测网络的覆盖范围是指监测网络中各节点总的感知范围。把光伏阵列区域划分为j×k个细小的单元格，再将每个单元格化为像素点。传感器节点的实际感知能力并不仅仅受其感知半径Rs约束，综合考虑节点感知信号的衰减和工作环境中障碍物的影响，节点感知模型为节点Si对像素点g(xt,yt)的感知结果，用概率值表示为：式中：d(si,g)为传感器节点Si到像素点g的欧式距离；Re为传感器节点感知可靠性参数，0<Re<Rs；α1、α2、β1、β2为传感器节点特性参数，其中，α1=Re-Rs+d(si,g)，α2=Re+Rs-d(si,g)；β1、β2分别取1、1.5；λ1、λ2为输入参数。所有有效节点对像素点g联合感知概率为：Cg(s,g)=1-Πi=1n(1-Cg(si,g)---(2)]]>联合感知概率大于规定的阈值Cth，则认为感知结果为1，即监测网络的覆盖率模型为分布式光伏阵列监测网络性能指标，即为Cg为1的单元格数与总的单元格数比值：C=Σg=1j×kCgj×k---(4).]]>二、分布式光伏阵列失效监测网络自愈方法为解决光伏阵列状态监测网络失效后覆盖率降低的问题，采用粒子群优化算法，以式(4)所示的监测网络覆盖率为适应值函数，算法最终确定被唤醒的冗余节点的理想位置，通过唤醒理想位置附近的冗余节点，提高监测网络的覆盖率，最终达到监测网络自愈的目的。1、标准粒子群算法PSO由Eberhart博士和Kennedy博士1997年首次提出，源于对鸟群捕食行为的研究。每个粒子具有m维，共N个粒子，第i个粒子xi根据个体极值pB(i)和群体极值gB按照公式(5)、(6)进行速度和位置的更新：vi,jt+1=ωvi,jt+c1r1(pBi,jt-xi,jt)+c2r2(gBjt-xi,jt)---(5)]]>xi,jt+1=xi,jt+vi,jt+1,j=1,2,3,...,m---(6)]]>式中：xi代表传感器节点的位置(xi1，xi2，xi3，xi4，…，xim-1，xim)，包括所有有效节点的位置信息，即参与监测网络自愈的冗余节点与剩余有效节点共同进行位置寻优。N个粒子代表N种不同的监测网络传感器节点的部署方案。t为迭代次数，ω为惯性权重，c1、c2为学习因子，r1、r2为[0,1]之间均匀分布的随机数。2、基于自然选择的随机权重粒子群算法针对粒子群算法存在的易陷入局部最优问题和收敛性差的问题，采用随机权重法，如公式(7)所示，惯性权重为服从标准正态分布的随机数。由于较大的惯性权重ω有利于跳出局部最优值，便于全局搜索，较小的ω有利于收敛。该方法可使得粒子在进化初期和后期都有机会取到较大或较小的权重值。ω=μ+σ*N(0,1),μ=μmin+(μmax-μmin)*rand(0,1),---(7)]]>式中：N(0，1)表示标准正态分布；通常μmax=0.8，μmin=0.5，σ=0.2。为提高算法的精确度，相比于标准PSO，基于自然选择的混合PSO更加适用于监测网络的自愈。算法思路是将自然选择机理与PSO相结合，得到基于自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，其特征在于：包括监测能力判定的评估指标和失效监测网络的自愈方法两部分；评估指标：传感器节点的感知情况决定监测网络的覆盖率，监测网络的覆盖率可用于判断监测网络是否正常工作；设监测网络由若干个相同的传感器节点构成，这些传感器节点都有相同的感知半径Rs，节点的感知范围为以节点为圆心Rs为半径的圆；光伏阵列区域划分为j×k个细小的单元格，再将每个单元格化为像素点；传感器节点对光伏阵列的感知情况，可等效为对像素点的感知情况；自愈方法：基于粒子群算法的监测网络自愈方法，采用粒子群优化算法，以监测网络覆盖率为适应值函数，确定被唤醒的冗余节点的理想位置；每次迭代时，将各粒子按适应值进行排序，用群体中最好的一半粒子的速度和位置替代最差的一半，并保留每个个体所记忆的历史最优值。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，其特征在于：包括监测能
力判定的评估指标和失效监测网络的自愈方法两部分；
评估指标：传感器节点的感知情况决定监测网络的覆盖率，监测网络的覆盖
率可用于判断监测网络是否正常工作；设监测网络由若干个相同的传感器节点构
成，这些传感器节点都有相同的感知半径Rs，节点的感知范围为以节点为圆心
Rs为半径的圆；光伏阵列区域划分为j×k个细小的单元格，再将每个单元格化为
像素点；传感器节点对光伏阵列的感知情况，可等效为对像素点的感知情况；
自愈方法：基于粒子群算法的监测网络自愈方法，采用粒子群优化算法，以
监测网络覆盖率为适应值函数，确定被唤醒的冗余节点的理想位置；每次迭代时，
将各粒子按适应值进行排序，用群体中最好的一半粒子的速度和位置替代最差的
一半，并保留每个个体所记忆的历史最优值。
2.如权利要求1所述的分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，其特征在于：
监测网络各节点的实际感知能力并不仅仅受其感知半径Rs约束；综合考虑节点感
知信号的衰减和工作环境中障碍物的影响，节点感知模型为节点Si对像素点g(xt,yt)
的感知结果，用概率值表示为：
式中：d(si,g)为传感器节点Si到像素点g的欧式距离；Re为传感器节点感知
可靠性参数，0<Re<Rs；α1、α2、β1、β2为传感器节点特性参数，其中，α1=Re-Rs+
d(si,g)，α2=Re+Rs-d(si,g)；λ1、λ2为输入参数。
3.如权利要求2所述的分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，其特征在
于：所有有效节点对像素点g进行联合感知，传感器节点对光伏阵列的感知结果
用0、1表示，联合感知概率为：
Cg(s,g)=1-Πi=1n(1-Cg(si,g)---(2)]]>联合感知概率大于规定的阈值Cth，则认为感知结果为1，即
监测网络的覆盖率为分布式光伏阵列监测网络性能指标，即Cg为1的单元
格数与总的单元格数比值：
C=Σg=1j×kCgj×k---(4).]]>4.如权利要求3所述的分布式光伏阵列状态监测网络自愈方法，其特征在
于：监测网络中有一定数量的冗余节点，即监测网络正常运行时处于休眠状态的
节点，这些节点在监测网络失效时，会被唤醒参与监测网络的自愈；
每个光伏阵列上的传感器节点组成一个簇，簇包括一个簇首节点和一些普通
节点；簇首节点比普通节点具有更多的能量和更强的信息处理能力，并且能够获
取监测区域的边界信息，然后根据此信息判断需求的普通节点数；
在光伏阵列状态监测网络出现失效传感器节点的情况下，簇首节点首先判断
监测网络的覆盖率，再判断需参与监测网络自愈的冗余节点数；若监测网络的覆
盖率为γ%，则监测网络的覆盖盲区面积为：
Snc=Sall(1-γ%)   (5)
式中：Sall为光伏阵列监测区域的总面积；公式(5)中的Snc是监测网络的覆盖
盲区面积，为计算需唤醒的冗余节点个数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，傅质馨，袁越，刘冠群，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32