基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法及系统

技术领域

本发明涉及输配电设备状态评估与故障诊断领域，具体涉及一种基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法及系统。

背景技术

电压互感器作为智能变电站过程层中最重要传感设备之一，其一次侧直接接入高压电网，在实现一次系统与二次设备隔离的同时，将一次电压等比例缩小为适合各类二次设备使用的小信号，是电力系统中计量、保护、测控设备可靠的数据来源。

随着电网运行工况的逐渐复杂化以及电压互感器使用年限的增长的影响，电压互感器运行若干年后存在一定比例的超差风险。超差互感器的继续运行将导致二次侧保护装置、测量仪表以及计量设备所采集信号的准确性，严重时可能导致系统误动作，影响电力系统的稳定运行。因此为了保证电力系统的可靠运行，需要及时更换超差的电压互感器。及时更换超差电压互感器的前提是对超差互感器进行准确的状态评估与定位，传统的方法是根据电压互感器的检定规程，利用物理标准器按照一定的时间对电压互感器进行离线检测，由于电力系统中停电计划难以协调，离线检定的方法只能保证对部分重要电压互感器的及时检测，但难以覆盖并实现全网电压互感器的误差评估，致使大量在运电压互感器超期未检、误差未知。

为解决该问题，现采用在线评估的方法对电压互感器进行状态评估分析，现有的在线评估方法是基于数据驱动的原理进行分析和处理从而得到电压互感器的误差估计值，这与离线检测中采用实物标准器检测获得的误差值具备不同的特点，离线检测中采用实物标准器检测获得的误差值可溯源并可根据检定设备的参数，进一步拓展不确定度，而基于数据驱动原理获得的误差估计值是无法确定不确定度的。这导致基于数据驱动原理所评估出的电压互感器误差估计值与真实误差值存在一定的偏差。因而现有在线评估方法所评估出的结果不能像采用标准器停电检测获得的误差值一样直接根据误差值和电压互感器精度等级规定的误差限值之间的数值关系确定互感器的误差状态，举例来说，对于一台0.2级的互感器，采用标准器停电检测获得的误差值绝对值如果大于0.2％，则可以得到结论：该台互感器超差；但是如果是基于数据驱动的原理进行分析和处理得到被评估电压互感器的误差值绝对值大于0.2％，则不一定能判断该互感器超差，即不能直接根据误差估计值来确定电压互感器的误差状态。

现有在线评估方法是依据电力系统中各个电力设备所采集到的信号进行分析和处理从而得到电压互感器的误差状态，但所采集到的信号在实时采集和传输过程中极易受到自身设备采集精度的限制或者受到外界因素的干扰，导致在线评估方法所评估出的电压互感器误差估计值与电压互感器的真实误差值存在一定的偏差，即现有在线评估方法所评估出的结果达不到实际应用的要求。因而急需一种方法来处理在线评估方法所评估出的误差估计值，以得到准确的互感器误差状态，解决现有在线评估方法的不足，这一复杂评估问题具有较高的工程应用价值，极大提高了在线评估方法的准确性和适应性，更适应当前变电站的运行特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法及系统，本发明不需要再次使用标准互感器，仅根据误差估计值与误差真值的统计分布规律实现电压互感器的状态评估，减少了评估的成本，有利于提高电压互感器的运维水平，本发明不需要电压互感器停电运行即可可实时跟踪并准确评估电压互感器整个运行周期内的误差状态，避免现场测试时只能评估某种工况下和某个时间段内的误差状态，保持了不停电条件下在线评估方法长期运行的有效性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法，包括：

1)输入n个电压互感器样本的偏差统计量dev，偏差统计量dev由n个电压互感器样本的偏差dev

2)确定偏差统计量dev的统计分布规律；

3)基于偏差统计量dev的统计分布规律，结合漏判率和误判率，建立基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略、以建立电压互感器的误差估计值z

4)将基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略应用于待检测电压互感器的检测，得到待检测电压互感器的误差状态。

可选地，步骤1)之前还包括生成n个电压互感器样本的偏差统计量dev的步骤：S1)针对n个电压互感器样本中的每一个电压互感器i，分别通过标准器停电检测获得电压互感器样本的误差真值

可选地，步骤2)包括：

2.1)根据偏差统计量dev的数据特点选择已知的概率分布函数F

2.2)计算出偏差统计量dev的累计频率函数F

2.3)计算概率分布函数F

2.4)判断概率分布函数F

可选地，步骤2.2)中累计频率函数F

可选地，步骤2.3)中计算概率分布函数F

可选地，步骤3)包括：

3.1)基于偏差统计量dev的统计分布规律分析基于数据驱动原理获得的不同误差估计值下误差真值落在基本误差限以外的超差概率P

3.2)调控漏判率P

3.3)建立基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略：(1)当电压互感器的误差估计值x

可选地，步骤3.1)中超差概率P

上式中，[-BV,BV]为误差真值

步骤3.1)中漏判率P

上式中，E为数学期望，[-BV

步骤3.1)中误判率P

上式中，E为数学期望，[-BV

可选地，步骤4)包括：针对待检测电压互感器，将待检测电压互感器的误差估计值x

此外，本发明还提供一种基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明获得电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律后，不需要再次使用标准互感器，仅根据误差估计值与误差真值的统计分布规律实现电压互感器的状态评估，减少了评估的成本，有利于提高电压互感器的运维水平。

2、本发明不需要电压互感器停电运行即可可实时跟踪并准确评估电压互感器整个运行周期内的误差状态，避免现场测试时只能评估某种工况下和某个时间段内的误差状态，保持了不停电条件下在线评估方法长期运行的有效性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式。

图1为本发明实施例方法的基本流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的模块使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本实施例基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法旨在仅基于电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律分析待检测电压互感器的误差状态，解决在线评估方法评估结果不能满足实际应用要求的问题，得到电压互感器风险的误差状态。

参见图1，本实施例基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法包括：

1)输入n个电压互感器样本的偏差统计量dev，偏差统计量dev由n个电压互感器样本的偏差dev

2)确定偏差统计量dev的统计分布规律；

3)基于偏差统计量dev的统计分布规律，结合漏判率和误判率，建立基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略、以建立电压互感器的误差估计值x

4)将基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略应用于待检测电压互感器的检测，得到待检测电压互感器的误差状态。

参见图1，本实施例步骤1)之前还包括生成n个电压互感器样本的偏差统计量dev的步骤：

S1)针对n个电压互感器样本中的每一个电压互感器i，分别通过标准器停电检测获得电压互感器样本的误差真值

采用通过标准器停电检测的方式开展现场验证，在误差范围允许的情况下将停电检测的误差数值视为电压互感器的误差真值

S2)将得到n个电压互感器样本的偏差dev

dev＝[dev

其中dev

由此可计算该统计量的均值μ与方差σ：

在未知统计量概率分布时，可假设其服从正态分布，即dev～N(μ,σ

μ＝0 (5)

σ＝0.075％ (6)

本实施例中，步骤2)为基于K-S(Kolmogorov–Smirnov)检验误差估计值相对真值的偏差统计量dev所服从的概率分布，即电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律。根据估计值相对真值的偏差统计量dev的数据特点，假设估计值相对真值的偏差统计量dev服从某种已知的分布，并基于K-S法检验统计量dev是否服从假设的分布。

具体地，步骤2)包括：

2.1)根据偏差统计量dev的数据特点选择已知的概率分布函数F

2.2)计算出偏差统计量dev的累计频率函数F

2.3)计算概率分布函数F

2.4)判断概率分布函数F

本实施例中，步骤2.2)中累计频率函数F

F

其中i＝1,2，…,n，n为电压互感器样本的数量。

本实施例中，步骤2.3)中计算概率分布函数F

D＝max|F

其中F

当D

以前文的变电站互感器为例，其误差估计值相对真值的偏差统计量dev与正态分布最为接近，故假设：

当样本数量为10时，F

利用公式(8)-(10)计算F

本实施例中，步骤3)基于电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律分析误差真值落在基本误差限以外的概率，并结合漏判率和误判率合理设置不同状态所对应的概率阈值，得到基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略，再应用于分析大规模的待检测电压互感器的误差状态。具体地，步骤3)包括：

3.1)基于偏差统计量dev的统计分布规律分析基于数据驱动原理获得的不同误差估计值下误差真值落在基本误差限以外的超差概率P

3.2)调控漏判率P

3.3)建立基于数据驱动误差估计值的电压互感器状态评估策略：(1)当电压互感器的误差估计值x

仍以前文变电站为例进行说明，基于误差估计值相对真值的偏差统计量dev可知，电压互感器的误差真值

定义互感器误差真值超出基本误差限区间的概率为P

式中BV为待检测电压互感器的基本误差限。

根据电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律可计算超差概率P

上式中，[-BV,BV]为误差真值

定义误差估计值x

定义误判率P

上式中，E为数学期望，[-BV

定义漏判率P

上式中，E为数学期望，[-BV

故可通过合理设置判定阈值，调控漏判率P

本实施例中，前文的电压互感器的准确度等级为0.2级，即BV＝0.2％，故超差概率P

当令漏判率为β＝5％，误判率γ＝3.25％时，误差估计值x

[-0.2735％,-0.1776％)、(0.1776％,0.2735％]时，对应电压互感器发生超差的概率将高于38.26％而不高于83.65％，给予“告警”信息。(3)当误差估计值x

表1：误差估计值的状态。

本实施例中，步骤4)包括：针对待检测电压互感器，将待检测电压互感器的误差估计值x

综上所述，本实施例基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法采集利用物理标准器停电检定获得的电压互感器误差真值和利用数据驱动原理获得的电压互感器误差估计值，而后根据电压互感器的误差真值和误差估计值计算偏差统计量以及偏差统计量所服从的数量统计关系；基于偏差统计量的数量统计关系和误判率与漏判率合理设置阈值，建立电压互感器的评估策略，以完成大规模电压互感器的误差状态评估。本实施例方法仅根据误差估计值与误差真值的统计分布规律，实现异常电压互感器的检测与定位，有利于提高电压互感器的运维水平，具有普适性和易实现性，符合对电压互感器进行在线评估的特点。

此外，本实施例还提供一种基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述基于数据驱动误差评估结果的电压互感器状态评估方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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读存储介质上实施的计算机程序产品的形式，计算机可读存储介质包括但不限于U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。