一种电压互感器在线评估方法

技术领域

本发明涉及配电设备状态评估与故障诊断领域，更具体地，涉及一种电压互感器在线评估方法。

背景技术

电压测量信号是电网最基础的量测数据之一，其准确可靠对于电力系统的安全高效运行、贸易结算具有重大意义。电压互感器是获取电网电压测量信号最重要的测量设备，由测量误差反映的计量性能是其最重要的性能指标之一。电压互感器的整体故障率不高，但其测量误差一旦出现异常，可能引起电网保护误动作导致大面积停电或造成巨额电能贸易纠纷等极其严重的后果。

因此，对电压互感器强制开展“停电校验”工作，每四年检定一次，其核心目的是获取电压互感器的测量误差。但当前校验方法存在停电影响大、变电站位置偏僻、路途遥远、现场校验人员多、校验设备笨重、工作量巨大等难题，一个检定周期内无法对所有电压互感器校验全覆盖，当前电网存在大量存超期未校的互感器，给电网安全高效运行带来重大隐患。

当前，基于信息物理融合的电压互感器误差评估方法以工程适用性强的优势获得广泛应用，该方法以同一变电站内存在电气物理联系的VT群体为评估对象，通过多元统计方法协同分析VT群体输出的二次测量电压实时规模化数据中蕴含的信息，将测量数据转换为监测统计量，挖掘跟踪约束关系的实时状态利用信息物理融合方法实现对VT个体运行误差变化的在线评估。

专利CN109444791B公开了一种电容式电压互感器误差状态评估方法和系统,该方法利用运行状态下采集的三相电容式电压互感器测量数据，根据统计特征参数划定统计阈值判断互感器误差异常状态。专利CN112285634B公开了一种双母线结构中高压电压互感器测量误差异常识别方法，该方法在专利CN109444791B的基础上又引入了同相互感器的测量数据进行协助判断，扩大了该类方法的适用性。但该类方法未能解决约束关系变化条件下的误差评估问题，因此仅适用于供给负荷较为稳定的居民用户的高压变电站，应用于负担钢厂、冶炼厂等工业用户负荷的变电站则出现评估偏差显著增大的问题，主要原因为：1.该方法默认在监测过程中，三相电压不平衡度保持单一平衡模态，无法区分大用户负载投切与误差异常导致的三相不平衡变化。2.该方法仅能刻画一条控制限，无法做到对不同三相不平衡稳定状态的针对性控制限刻画。

发明内容

本发明针对现有技术无法准确评估带大用户负载高压变电站的电压互感器误差状态的问题，提供一种电压互感器在线评估方法，自适应识别大用户投切状态，以此将建模数据和监测数据分块，进而在不同分块中分别划定控制限来识别计量误差异常VT的方法。

一种电压互感器在线评估方法包括：

步骤1，基于变电站同组电压互感器VT二次输出信号的历史数据，构造建模数据集

步骤2，以Q统计量作为监测统计量，分别计算所述大用户负载投入建模数据集和大用户负载切出建模数据集的Q统计量计算模型，以及基于Q统计量计算模型，分别计算所述大用户负载投入建模数据集和大用户负载切出建模数据集的Q统计量以及对应的统计量控制限；

步骤3，在线采集同组电压互感器VT的二次输出信号，构造监测数据集

步骤4，对于每段数据的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集，基于对应的Q统计量计算模型，分别计算每段数据中的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集的Q统计量；

步骤5，基于每段数据中的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集的Q统计量与对应的统计量控制限的大小关系，判断同组电压互感器是否发生故障。

本发明提供的一种电压互感器在线评估方法，能自适应识别大用户负载投切的时刻，将数据分块，针对不同分块建立对应PCA模型并划定各自控制限来识别VT在不同三相不平衡状态下的计量误差异常，显著提高了存在计量误差异常互感器的辨识能力。

附图说明

图1为本发明提供的一种电压互感器在线评估方法流程图；

图2为电压互感器在线评估方法示意图；

图3为建模数据三相电压不平衡度示意图；

图4为建模数据三相电压不平衡度绝对值波动示意图；

图5为建模数据三相电压不平衡度移动最大值及其分块效果示意图；

图6为本发明方法与当前方法在第107段数据的识别效果比对示意图；

图7为本发明方法在第107段数据大用户负载切出分块的异常识别的贡献图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1为本发明提供的一种电压互感器在线评估方法流程图，如图1所示，方法包括：

步骤1，基于变电站同组电压互感器VT二次输出信号的历史数据，构造建模数据集

具体的，步骤1包括：

步骤101、计算建模数据集

其中，步骤101包括：收集变电站同组（同一电压计量节点的三相VT为一组）VT二次 输出信号的历史数据，鉴于线路负荷的投切一般具有按日的明显周期性，从中挑选新入网 或完成周检时段附近的整日数据，优选一日24小时为片段的数据

步骤102包括：设置滑动窗口，以移动滑动窗口的方式，计算

具体的，本发明以5小时数据量5h为滑动窗口大小，以当前位置的元素为窗口中 心，计算

比如，

当没有足够的元素填满滑动窗口时，滑动窗口将自动在端点处截断，当滑动窗口被截断时，只根据滑动窗口内的元素计算最大值。

取向量

分别对大用户负载切出建模数据集

式中，k为数据集

步骤2，以Q统计量作为监测统计量，分别计算所述大用户负载投入建模数据集和大用户负载切出建模数据集的Q统计量计算模型，以及基于Q统计量计算模型，分别计算所述大用户负载投入建模数据集和大用户负载切出建模数据集的Q统计量以及对应的统计量控制限。

作为实施例，所述步骤2，包括：对大用户负载投入建模数据集

具体的，将建模数据集

式中

利用主元分析法（PCA）将测量样本

式中

上的投影。

计算建模时段数据集

式中，

式中，

其中，大用户负载投入建模数据集

将建模数据

步骤3，在线采集同组电压互感器VT的二次输出信号，构造监测数据集

作为实施例，所述步骤3，包括：将监测数据集

具体的，步骤3具体包括：

首先采集同组电压互感器的三相输出信号，生成不断更新的时序输出信号

计算各分段在线监测数据子集

对

步骤4，对于每段数据的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集，基于对应的Q统计量计算模型，分别计算每段数据中的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集的Q统计量。

可理解的是，将分段

步骤5，基于每段数据中的大用户负载投入监测数据集和大用户负载切出监测数据集的Q统计量与对应的统计量控制限的大小关系，判断同组电压互感器是否发生故障。

作为实施例，所述步骤5，包括：基于统计量

具体的，若统计量

作为实施例，所述步骤5之后还包括步骤6：基于超出统计量控制限的Q统计量，计算三相中每一相电压互感器的二次输出信号对所述超出统计量控制限的Q统计量的贡献值，将贡献值最高的电压互感器确定为发生异常的电压互感器，并发生故障告警。

可理解的是，上述步骤5只能识别出同组电压互感器发生了故障，但是并不是定位 出是哪一相电压互感器发生了异常。本发明将超过统计量控制限的Q统计量带入公式（6）计 算每一相对Q统计量的贡献值

式中

可参见图2，为电压互感器的在线评估方法，下面以一个具体的例子对本发明提供的电压互感器在线评估方法进行说明。

本实施例提供一220kV高压变电站三相CVT的在线评估方法，包括以下步骤：

步骤1：构造建模数据集

实施例选用刚完成离线检测的变电站，该变电站采用双母线接线，两条母线上配置0.2级PT、四条出线上配置0.2级CVT，由于PT计量性能较CVT更为稳定，可比对CVT与PT输出获得CVT的实时误差以验证本发明。数据采集装置的准确度等级高于0.05级，采集的特征量输出频次1个/s，对于0.2级CVT，可忽略采集装置引入的误差。从0：01分开始采集六台A相CVT二次幅值和相位，生成不断更新的时序输出信号，截取数据首端一日1440点数据作为历史建模数据集，

计算所述

以5小时数据量300点为滑动窗口大小，计算

进一步，对建模数据集

为

步骤2：以Q统计量作为监测统计量，建立计算模型，计算不同分块所述统计量控制限。

依据公式（2）、（3）、（4），基于归一化建模数据集

步骤3：采集同组电压互感器的二次输出信号，构造监测数据集

将采集数据首端1441点定义为在线监测数据集起始端，构造不断更新的在线监测 数据集

步骤4：计算各分块在线监测数据集Q统计量，基于Q统计量与对应的统计量控制限的大小关系，判断同组电压互感器是否发生故障。

将在线监测数据集

最后将超过控制限的

本发明提供的一种电压互感器在线评估方法，具有以下技术效果：

(1)本发明提出的方法可以自适应识别变电站大用户负载每日投切的时刻，为后续数据驱动方法提供自适应数据分块方法。

(2)本发明提出的方法基于三相电压互感器的测量数据，可在摆脱实物标准器和停电双重依赖的前提下，保障带有大用户负载变电站VT的在线评估准确率，推动输变电设备的精准检修。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。