基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法及装置

技术领域

本发明属于电气设备监测技术领域，更具体地，涉及一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法及装置。

背景技术

集合式电容器将内单元集合装置于外壳中，内部采用绝缘措施减小单元之间的间隔距离，相对于框架式电容器，极大地减小了电容器尺寸，同时电容器元件与外界隔离，具有受环境影响小，接线简单的优点。

但是，现有的集合式电容器存在故障率相对单台电容器而言较高，返修周期长的问题。对集合式电容器进行技术改造，一方面提高其可靠性，力争使其在全寿命周期内不损坏、免维修；另一方面对其进行智能化改造，记录其运行过程中的状态数据，对存在的隐患进行预警，对隐患产生的原因进行在线或事后分析，为提高集合式电容器可靠性提供依据。这些措施是发展集合式电容器的前提和基础。

当前对集合式电容器的在线监测装置和技术研究的不多，现有的手段也主要是通过对相电流和相电压的监控，分析集合式电容器总体容值的变化，灵敏度较差，监测数据也不够全面。难以直观、可靠、实时地评估集合式电容器的运行状态。

发明内容

本发明通过提供一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法及装置，解决现有技术难以对集合式电容器的运行状态进行可靠评估的问题。

本发明提供一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法，包括以下步骤：

步骤1、通过在线监测单元采集获取集合式电容器的关键参量信息，并传输至监测分析单元；

步骤2、所述监测分析单元根据所述关键参量信息计算得到指标信息；

步骤3、所述监测分析单元将所述指标信息输入至多层感知机模型，所述多层感知机模型输出能够反映集合式电容器运行状态的状态指数。

优选的，所述基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法还包括：步骤4、所述监测分析单元根据所述状态指数进行预警或报警。

优选的，所述关键参量信息包括相电流、相电压、桥差电流和运行温度；

所述指标信息包括介损变化线性回归参数a

优选的，所述多层感知机模型包括输入层、隐藏层和输出层；所述输入层为8维向量，分别对应补偿了初始不平衡的桥差电流I

优选的，以若干集合式电容器长时间运行过程中获取的指标信息为样本，以对应的状态指数为样本标签，构建样本集；基于所述样本集对所述多层感知机模型进行训练和验证。

优选的，在集合式电容器运行期间，设定时间间隔，以t

设定状态指数时，以补偿了初始不平衡的桥差电流I

对t

对t

对t

对t

对t

对t

对t

优选的，基于采集获取的所述相电流、所述相电压和所述运行温度计算得到介损因素tanδ；对在预设时间段内所有的介损因素的测量值进行线性回归分析，以tanδ＝a

优选的，所述补偿了初始不平衡的桥差电流I

优选的，当集合式电容器发生异常、进行投切，或到达指定时间间隔时，所述监测分析单元保存所有相关信息至数据库。

另一方面，本发明提供一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估装置，包括：在线监测单元和监测分析单元，所述在线监测单元与所述监测分析单元连通；所述在线监测单元与电容器本体集成，构成集合式电容器；所述监测分析单元中存储有多层感知机模型；所述基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估装置用于实现上述的基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法中的步骤。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明首先通过在线监测单元采集获取集合式电容器的关键参量信息，并传输至监测分析单元；然后监测分析单元根据关键参量信息计算得到指标信息；之后监测分析单元将指标信息输入至多层感知机模型，多层感知机模型输出能够反映集合式电容器运行状态的状态指数。本发明结合多层感知机模型，综合利用集合式电容器运行过程中的多方面指标对电容器的运行状态进行评估，从而达到比依据单一参数判断更为稳健的结果，得到的状态指数直观明了。综上，本发明能够直观、可靠、实时的评估集合式电容器的运行状态。

附图说明

图1为集合式电容器一相的内部结构和桥差电流采样示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法中采用的多层感知机模型的构架示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

集合式电容器将单相或三相的所有内单元集合装置于外壳中，每相的内单元以串并结合的方式连接在一起。参见图1，将某一相电容器内部简化为C

参见图2，本发明实施例提供的一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法首先通过在线监测单元(包括电流互感器CT、电压互感器PT、温度传感器等)采集获取集合式电容器的相电流、相电压、桥差电流、温度等关键参量，然后将获取的信息转换成数字信号后通过光缆或电缆传输到监测分析单元(例如，后台状态评估计算服务器)。服务器对上述信号进行接收和存储。接着，服务器上运行的后台分析软件对存储的数据进行后处理，计算得到介损、桥差电流、初始不平衡电流、谐波、暂态过程中过电流和过电压等指标和数据。之后，通过多层感知机(MLP)模型，从上述指标计算得到集合式电容器的状态指数，还可基于阈值进行预警和报警。本发明能够分析和评估集合式电容器的运行状况，此外，本发明还可通过人机界面反馈运行状况给用户。

下面对本发明进行具体说明。

本发明实施例提供一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法，参见图2，包括以下步骤：

步骤1、通过在线监测单元采集获取集合式电容器的关键参量信息，并传输至监测分析单元。

其中，所述关键参量信息包括相电流、相电压、桥差电流和运行温度。

步骤2、所述监测分析单元根据所述关键参量信息计算得到指标信息。

其中，所述指标信息包括介损变化线性回归参数a

具体的，通过计算所述相电流、所述相电压的相位差，并根据所述运行温度进行补充，可以计算得到介损因素tanδ。考虑到介损因数的测量受温度、工作电压、环境影响，测量误差较大，不能满足通过其评估电容器性能的精度要求。因此，本发明采取保存最近一个长时间段T内的所有测量的介损角正切值，对其进行线性回归分析，即对在预设时间段内所有的介损因素的测量值进行线性回归分析，以tan＝a

所述补偿了初始不平衡的桥差电流I

电容器上运行的相电流相电压的谐波水平影响电容器组的安全运行，当谐波分量超出允许范围时，设备容易在运行中引发损坏和跳闸。但同时该谐波水平受环境影响，会随时间呈现一定的波动，不适合用于实时判断当前电容器的运行状况。因此本发明计算谐波失真率在一个较长的时间周期内的定时采样值的平均值，如七天内每半小时间隔采样的84个谐波失真率指标的平均值F，以此作为电容器组运行的谐波水平的估计。

电容器运行过程中，部分元件的缺陷在未发展到损坏时，是无法在不平衡电流上体现出来的，但其有可能体现在电容器组投切时的暂态过程中。为此，本发明监控电容器投切过程，获取电容器合闸瞬间的过电压倍数k

步骤3、所述监测分析单元将所述指标信息输入至多层感知机模型，所述多层感知机模型输出能够反映集合式电容器运行状态的状态指数。

上述步骤中计算得到的监测指标包括：介损变化指标a

具体的，参见图3，所述多层感知机模型包括输入层、隐藏层和输出层；所述输入层为8维向量，分别对应补偿了初始不平衡的桥差电流I

以若干集合式电容器长时间运行过程中获取的指标信息为样本，以对应的状态指数为样本标签，构建样本集；基于所述样本集对所述多层感知机模型进行训练和验证，使其学习指标和状态指数的内在关联。

所述多层感知机模型训练所需的样本可以通过系统定时采集结合专家诊断来获取。例如，在集合式电容器(或电容器评估系统)运行期间，设定时间间隔，以t

步骤4、所述监测分析单元根据所述状态指数进行预警或报警。

例如，以上述的指数关键值v

此外，当集合式电容器发生异常、进行投切，或到达指定时间间隔时，所述监测分析单元保存所有相关信息至数据库。可以作为样本供多层感知机模型进行训练及供专家事后分析异常或故障原因。

与上述方法对应，本发明还提供一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估装置，包括：在线监测单元和监测分析单元，所述在线监测单元与所述监测分析单元连通；所述在线监测单元与电容器本体集成，构成集合式电容器；所述监测分析单元中存储有多层感知机模型；所述基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估装置用于实现上述的基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法中的步骤。

本发明实施例提供的一种基于多层感知机的集合式电容器在线状态评估方法及装置至少包括如下技术效果：

1.本发明通过建立多层感知机模型，综合利用集合式电容器运行过程中多方面的指标参数，对电容器运行状态进行评估，从而达到比依据单一参数判断更为稳健的结果，能够得到可靠的分析和评估结果。此外，通过样本学习，使系统能够监测评估状态跃变前的异常状况缓慢发展过程，使用户能够在异常或故障发生前介入和排除故障。

2.常规手段很难高精度的监测电容器的介损，本发明避开对介损直接监测的精度不足的问题，转而对集合式电容器的介损的变化趋势进行监测，可以有效提取电容器长时间过程中介损的缓慢细微变化，有利于得到更准确的分析和评估结果。

3.本发明监测桥差电流，并对其初始不平衡电流进行补偿，提高了电容器监测的灵敏度，有利于得到更准确的分析和评估结果。

4.对集合式电容器一相的内部内单元进行桥差电流的监测，在线监测单元(包括传感器、采集装置等)和电容器本体集成，使得监测装置无二次安装，使用方便；且能够在出厂同时评估和测试其性能和对本体运行的影响，使其工作过程中非常稳健可靠。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。