CN102201700B - 基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，属于输电线路在线监测的层次化监控机制，尤其涉及多信息融合诊断方法。为克服输电线路状态监测信息海量传输的问题，减轻信道压力，本发明将诊断系统划分为本地监测系统、数据处理及通讯系统和监测中心三个层次，尽可能融合本层面的所有信息进行综合分析，利用各参量传感技术间的复用性对传感器的可靠性进行分析，大大减少了输电线路状态信息的失真度，能够全面的反映监测信息的全貌，同时实现远端监测中心方便的调度实时输电线路状态信息。

Description

基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统

技术领域

本发明属于输电线路在线监测的层次化监控机制，尤其涉及基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统。

背景技术

输变线路是电力系统的重要组成部分，是电力系统的动脉，然而输电线路基本上暴露在外，容易受到气候、地质、人为因素的影响，每年污闪、雷击、覆冰、舞动等灾害给电网造成了巨大的损失，其运行状态直接决定电力系统的安全和效益。随着国家新能源体制的建立，对电网安全性能提出了更高的要求。为增强我国电力系统运行的可靠性，提高输电管理的信息化、网络化、智能化水平，在线监测与故障诊断技术进行预知维修成为设备检修的发展方向，是提高输电效率必要的基础条件，亦是电网走向智能化的前提与基础。输电线路状态检修时依靠先进监测手段、试验技术为技术保障，建立在预知诊断基础上的科学检修管理方法。

随着网络化信息化社会的进步，由于各种信息发布硬件设备的能力不同，相同的信息在不同的终端上可能无法以适当的形式表示出来，甚至不能正确的反映原意，而不便人们识别。如果信息能够以层次化的结构进行发布，就可以根据终端设备的种类和承载能力，以恰当的形式表示，从而大大减少其失真程度，因此，在发布能力强，资源较多的设备上采用层次较低的信息段集合进行发布，而在发布能力弱、资源相对较有限的设备采用层次较高的信息段集合进行发布。这样，各种设备都可以准确方便地反映出信息的全貌。

一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统(专利公开号：CN1365031A)公开了一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统。该发明具有层次化、智能化、网络化的状态监测和故障诊断功能，并采用层次化监控策略。但该发明主要是针对数控系统，其监测对象为数控机床特征参数。

因此，本发明提供了一种基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，考虑到输电线路状态监测信息量含量较大，其采集和传输将耗费较多系统资源，将系统诊断划分为本地监测系统、数据处理及通讯系统和监测中心三个层次，减轻了信道压力，增强监测信息的可信性，实现了远端监测中心方便的调度实时输电线路状态信息。

发明内容

本发明的研发目的是提供一种基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，其克服了输电线路状态监测信息海量传输的问题，减轻了信道压力，实现了远端监测中心方便的调度实时输电线路状态信息，使电力部门能够实时、连续地掌握输电线路等级状态，从而据其指导对输电线路开展相应的维护、检修等工作。

本发明解决技术问题的方案如下：

基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统由层次化分级诊断系统和多信息融合诊断系统两部分组成。

层次化分级诊断系统主要是将系统诊断划分为本地监测系统、数据处理及通讯系统和监测中心三个层次；

1)各部件的构成

本地监测系统由CCD高速摄像头、在线监测模块、监测预警单元组成；在线监测模块由传感单元、信号处理特征提取单元、本地诊断单元和本地监测子系统组成；传感单元由倾角传感器、加速度传感器、拉力传感器、温度传感器、气象传感器、精密电流传感器、红外热像传感器、振动传感器、电位传感器、电流传感器和可见光图像传感器组成；本地诊断单元由专家系统和知识库两部分构成；本地监测子系统包括覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛和实时数据搜集系统；

数据处理及通讯系统由数据缓冲区一、数据缓冲区二、数据缓冲区三、数据处理及通讯单元和监控单元组成，数据处理及通讯单元设有端口I、端口II、端口III和端口IV，监控单元设有端口I、端口II、端口III和端口IV；

2)各部件的连接关系

CCD高速摄像头一端与监控单元的端口I相连，另一端与数据缓冲区二的一端相连；在线监测模块一端与监控单元的端口II相连，另一端与数据缓冲区三10的一端相连；监测预警单元7一端与监控单元12的端口IV相连，另一端与数据缓冲区一的一端相连；数据缓冲区一，数据缓冲区二，数据缓冲区三分别与数据处理及通讯单元的端口I、端口II、端口III相连；数据处理及通讯单元的端口IV与监控单元的端口III相连；

在线监测模块中的传感单元中各传感器分别与信号处理特征提取单元相连；信号处理特征提取单元与本地诊断单元相连，具体与其中专家系统部分和知识库部分的一端相连；本地诊断单元的另一端分别和本地监测子系统的覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛和实时数据搜集的一端相连；本地监测子系统与数据处理及通讯系统相连，具体与其中的数据缓冲区三相连；数据处理及通讯系统和监测中心通过高速网络接口连接；

3)各部件的作用

监控单元控制CCD高速摄像头拍摄取证，其将所拍摄的信息传送至数据缓冲区二；在线监测模块接到监控单元命令后开始工作，将所采集数据传送至数据缓冲区三。监测预警单元收到数据处理及通讯系统发送的预警信息后，即发送警报到监控单元；数据缓冲区一，数据缓冲区二，数据缓冲区三将数据处理及通讯系统所需的数据传送至数据处理及通讯单元；在线监测模块中的传感单元中各传感器为信号处理特征提取单元提供状态本地监测系统所需原始数据；本地诊断单元分析所有状态信息后，将数据传送至本地监测子系统，完成覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛以及实时数据搜集；本地监测子系统经数据缓冲区三传输数据给处理及通讯系统。

基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，所述在线监测模块中的传感单元中的11种传感器不仅限于这11种，可以相应增减。

多信息融合诊断系统主要由特征向量、传感向量、传感器-特征量关联矩阵、数据分析模块、传感器可靠性分析模块、数据融合分析模块和特征量提取模块组成；

1)各部件的构成

特征向量由N个特征量组成；传感向量由N个传感量组成；传感器-特征量关联矩阵设有N+2个端口；数据分析模块设有端口I、端口II、端口III；数据融合分析模块设有端口I、端口II、端口III和端口IV；

2)各部件的连接关系

特征向量与传感向量交叉互连；传感向量与传感器-特征量关联矩阵相连；传感器-特征量关联矩阵的一端与数据分析模块的端口I相连，另一端与数据融合分析模块的端口I相连；数据分析模块的端口III和数据融合分析模块的端口II相连；传感器可靠性分析模块的一端与数据分析模块的端口II相连、另一端与数据融合分析模块的端口III相连；数据融合分析模块的端口IV与与特征量提取模块的一端相连；特征量提取模块的另一端与本地监测系统相连。

3)各部件的作用

特征向量与传感向量信息形成传感器-特征量关联矩阵；再经数据分析模块进行数据分析，接着经传感器可靠性分析模块进行传感器可靠性分析，然后由数据融合分析模块基于传感器可靠性的多信息数据融合分析，随即由特征量提取模块提取特征量，最后上传至本地监测系统进行相应对比。多信息融合诊断系统利用输电线路各状态量监测用传感器复用的特点，响应本地监测系统1上传的预警信息，并综合所有传感监测信息进行诊断。

本发明与现有技术比较的优点有：

1.基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，提供了一种基于多参量融合的输电线路状态分级诊断方法，实现了远端监测中心方便的调度实时输电线路状态信息。

2.基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，将系统诊断划分为监测装置本地系统、数据处理及通讯系统和监测中心综合诊断三个层次，减轻了信道压力，增强监测信息的可信性。

3.基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，通过模块化、标准化、层次化、智能化设计，在提高监测精度的同时，最大限度的优化传感资源配置，节约系统资源，降低了装置成本和通信费用。

4.基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，实时监测输电线路上的各有效参数，为监测中心提供实时数据与计算结果，从而诊断输电线路运行状态，为大幅度提高输电线路的安全经济运行水平，并为输电线路运行等级的划分提供必要的依据；通过将数据传输到后台专家系统进行诊断与评估，能准确反映出输电线路发生的各种状态，得出诊断结果，从而指导电力部门开展相应的维护和检修工作。

附图说明

图1是本发明基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的层次化分级诊断系统结构示意图。

图2是本发明基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的在线监测模块的结构图。

图3是本发明基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的多信息融合诊断系统架构图。

图4是本发明基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的层次化分级诊断系统架构图。

图中：本地监测系统1，数据处理及通讯系统2，监测中心3，高速网络接口4，CCD高速摄像头5，在线监测模块6，监测预警单元7，数据缓冲区一8、数据缓冲区二9、数据缓冲区三10、数据处理及通讯单元11和监控单元12，传感单元13、信号处理特征提取单元14、本地诊断单元15、本地监测子系统16、特征向量17、传感向量18、传感器-特征量关联矩阵19、数据分析模块20、传感器可靠性分析模块21、数据融合分析模块22和特征量提取模块23。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的层次化分级诊断系统主要是将系统诊断划分为本地监测系统1、数据处理及通讯系统2和监测中心3三个层次。本地监测系统1由CCD高速摄像头5、在线监测模块6、监测预警单元7组成。数据处理及通讯系统2由数据缓冲区一8、数据缓冲区二9、数据缓冲区三10、数据处理及通讯单元11和监控单元12组成。数据处理及通讯单元11设有四个端口，分别为：端口I、端口II、端口III和端口IV，监控单元12设有四个端口，分别为：端口I、端口II、端口III和端口IV。

各部件的位置和连接关系是：

CCD高速摄像头5一端与监控单元12的端口I相连，另一端与数据缓冲区二9的一端相连；在线监测模块6一端与监控单元12的端口II相连，另一端与数据缓冲区三10的一端相连；监测预警单元7一端与监控单元12的端口IV相连，另一端与数据缓冲区一8的一端相连；数据缓冲区一8，数据缓冲区二9，数据缓冲区三10分别与数据处理及通讯单元11的端口I、端口II、端口III相连；数据处理及通讯单元11的端口IV与监控单元12的端口III相连；数据处理及通讯系统2和监测中心3通过高速网络接口4连接。

本地监测系统1负责监测状态的采集，将所采集的数据传输到数据缓冲区，当监测中心3将所需监测状态指令发送到数据处理及通讯系统2中的监控单元12后，监控单元12向本地监测系统1下达指令，则数据处理及通讯系统2将所需监测状态信息通过高速网络接口4传输到监测中心3。监控单元12负责确保数据处理及通讯系统2同一时刻最多只分析诊断一种状态。监测预警单元7收到数据处理及通讯系统2发送的预警信息后，即发送警报到监控单元12，随即控制CCD高速摄像头5拍摄取证，进一步分析。

如图2所示，基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的本地监测系统1中的在线监测模块6，由传感单元13、信号处理特征提取单元14、本地诊断单元15和本地监测子系统16组成。其中传感单元13包含测量输电线路特征值的所有传感设备：倾角传感器、加速度传感器、拉力传感器、温度传感器、气象传感器、精密电流传感器、红外热像传感器、可见光图像传感器、振动传感器、电位传感器和电流传感器。

各部件的位置和连接关系是：

传感单元13中各传感器分别与信号处理特征提取单元14相连；信号处理特征提取单元14与本地诊断单元15相连，具体与其中专家系统部分和知识库部分的一端相连；本地诊断单元15的另一端分别和本地监测子系统16的覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛和实时数据搜集的一端相连；本地监测子系统16与数据处理及通讯系统2相连。

传感单元13将上述传感器测得的基本参数传输到信号处理特征提取单元14，由信号处理特征提取单元14传输到本地诊断单元15，本地诊断单元15分析所有状态信息后，得出覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象在线监测、雷击识别、防汛以及实时数据传输到数据处理及通讯系统2。

如图3所示，基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统的多信息融合诊断系统，由特征向量17、传感向量18、传感器-特征量关联矩阵19、数据分析模块20、传感器可靠性分析模块21、数据融合分析模块22和特征量提取模块23组成。特征向量17由N个特征量组成；传感向量18由N个传感量组成；传感器-特征量关联矩阵19设有N+2个端口；数据分析模块20设有端口I、端口II、端口III；数据融合分析模块22设有端口I、端口II、端口III和端口IV；

各部件的位置和连接关系是：

特征向量17与传感向量18交叉互连；传感向量18与传感器-特征量关联矩阵19相连；传感器-特征量关联矩阵19的一端与数据分析模块20的端口I相连，另一端与数据融合分析模块22的端口I相连；数据分析模块20的端口III和数据融合分析模块22的端口II相连；传感器可靠性分析模块21的一端与数据分析模块20的端口II相连、另一端与数据融合分析模块22的端口III相连；数据融合分析模块22的端口IV与与特征量提取模块23的一端相连；特征量提取模块23的另一端与本地监测系统1相连。

多信息融合诊断系统利用输电线路各状态量监测用传感器复用的特点，响应本地监测系统1上传的预警信息，并综合所有传感监测信息进行诊断；主要是在数据处理及通讯系统2中利用输电线路各状态量监测用传感器复用的特点，响应本地监测系统1上传的预警信息，并综合所有传感监测信息进行诊断。

特征量矩阵X＝[x₁，x₂，…，x_n]；传感器阵列F＝[f₁，f₂，…，f_n]，则传感器-特征量关联矩阵为

$Z=F^T\×X=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ .\\ .\\ .\\ f_n\end{array}\right]\×[x_1,x_2,...,x_n]=\left[\begin{array}{cccc}{z}_{11}& z_{12}& ...& z_{1n}\\ z_{21}& z_{22}& ...& z_{2n}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ z_{n1}& z_{n2}& ...& z_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

其中，z_ij表示第i个传感器监测的第j个特征量，z_ij＝0表示传感器与特征量之间没有任何联系。

传感器-特征量关联矩阵19生成后，对矩阵中的多传感器和多源测量信息的相关性进行定量分析，按照传感器统一的判断原则，将信息分为不同类的集合，首先根据传感器-特征量关联矩阵19，提取某一特征量关联的传感信息，利用信息间的关联度，对传感器的可靠性进行分析，给出各传感器监测信息可信度评价，然后将传感器监测信息可信度评价及各特征量关联的传感信息上传至数据融合分析模块20，由数据融合分析模块20，筛选出可信的传感信息，再次对特征量进行分析，比较本地监测系统1的诊断结果，得出分析结果。

如图4所示，本实施例由传感单元13将采集的各种监测状态信息经信号处理特征提取单元处理后传输到本地监测系统1；本地系统根据本地诊断单元15中的专家系统以及知识库进行状态评估及预警，对于状态评价线路状态异常的信息向数据处理及通讯系统2预警，数据处理及通讯系统2启用基于多参量状态诊断算法对线路的状态进行分析，通过把状态评价导则转化为专家系统知识库，采用专家系统推理机综合输电线路的各类状态量数据对线路状态以及传感器可信度进行全面评价，并将状态评估结果及传感器可信度评价发送到监测中心3进行综合诊断。监测中心3在接收到数据处理单元上传的状态信息及传感器可信度评价后，综合其所辖区域内所有监测装置上传的该类监测信息，进行统一断面分析，并结合历史信息，进一步综合分析，以诊断并确定状态量变化，根据确定的状态量变化，结合专家系统对状态、风险进行评估、预测，给出检修策略。

Claims (2)

1.基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，其特征在于，由层次化分级诊断系统和多信息融合诊断系统两部分组成；

层次化分级诊断系统主要是将系统诊断划分为本地监测系统、数据处理及通讯系统和监测中心三个层次，

1)各部件的构成

本地监测系统由CCD高速摄像头、在线监测模块、监测预警单元组成；在线监测模块由传感单元、信号处理特征提取单元、本地诊断单元和本地监测子系统组成；传感单元由倾角传感器、加速度传感器、拉力传感器、温度传感器、气象传感器、精密电流传感器、红外热像传感器、振动传感器、电位传感器、电流传感器和可见光图像传感器组成；本地诊断单元由专家系统和知识库两部分构成；本地监测子系统包括覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛和实时数据搜集系统；

数据处理及通讯系统由数据缓冲区一、数据缓冲区二、数据缓冲区三、数据处理及通讯单元和监控单元组成；数据处理及通讯单元设有端口I、端口II、端口III和端口IV，监控单元设有端口I、端口II、端口III和端口IV；

2)各部件的连接关系

CCD高速摄像头一端与监控单元的端口I相连，另一端与数据缓冲区二的一端相连；在线监测模块一端与监控单元的端口II相连，另一端与数据缓冲区三的一端相连；监测预警单元一端与监控单元的端口IV相连，另一端与数据缓冲区一的一端相连；数据缓冲区一，数据缓冲区二，数据缓冲区三分别与数据处理及通讯单元的端口I、端口II、端口III相连；数据处理及通讯单元的端口IV与监控单元的端口III相连；

在线监测模块中的传感单元中各传感器分别与信号处理特征提取单元相连；信号处理特征提取单元与本地诊断单元相连，具体与其中专家系统部分和知识库部分的一端相连；本地诊断单元的另一端分别和本地监测子系统的覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛和实时数据搜集的一端相连；本地监测子系统与数据处理及通讯系统相连，具体与其中的数据缓冲区三相连；数据处理及通讯系统和监测中心通过高速网络接口连接；

3)各部件的作用

监控单元控制CCD高速摄像头拍摄取证，其将所拍摄的信息传送至数据缓冲区二；在线监测模块接到监控单元命令后开始工作，将所采集数据传送至数据缓冲区三；监测预警单元收到数据处理及通讯系统发送的预警信息后，即发送警报到监控单元；数据缓冲区一，数据缓冲区二，数据缓冲区三将数据处理及通讯系统所需的数据传送至数据处理及通讯单元；在线监测模块中的传感单元中各传感器为信号处理特征提取单元提供本地监测系统所需原始数据；本地诊断单元分析所有状态信息后，将数据传送至本地监测子系统，完成覆冰监测、舞动监测、污秽监测、微气象监测、雷击识别、防汛以及实时数据搜集；本地监测子系统经数据缓冲区三传输数据给数据处理及通讯单元；

多信息融合诊断系统主要由特征向量、传感向量、传感器-特征量关联矩阵、数据分析模块、传感器可靠性分析模块、数据融合分析模块和特征量提取模块组成；

1)各部件的构成

特征向量由N个特征量组成；传感向量由N个传感量组成；传感器-特征量关联矩阵设有N+2个端口；数据分析模块设有端口I、端口II、端口III；数据融合分析模块设有端口I、端口II、端口III和端口IV；

2)各部件的连接关系

特征向量与传感向量交叉互连；传感向量与传感器-特征量关联矩阵相连；传感器-特征量关联矩阵的一端与数据分析模块的端口I相连，另一端与数据融合分析模块的端口I相连；数据分析模块的端口III和数据融合分析模块的端口II相连；传感器可靠性分析模块的一端与数据分析模块的端口II相连、另一端与数据融合分析模块的端口III相连；数据融合分析模块的端口IV与特征量提取模块的一端相连；特征量提取模块的另一端与本地监测系统相连；

3)各部件的作用

特征向量与传感向量形成传感器-特征量关联矩阵；再经数据分析模块进行数据分析，接着经传感器可靠性分析模块进行传感器可靠性分析，然后由数据融合分析模块基于传感器可靠性的多信息数据融合分析，随即由特征量提取模块提取特征量，最后上传至本地监测系统进行相应对比；多信息融合诊断系统利用输电线路各状态量监测用传感器复用的特点，响应本地监测系统(1)上传的预警信息，并综合所有传感监测信息进行诊断。

2.根据权利要求1所述的基于多参量融合的输电线路状态分级诊断系统，其特征在于，所述在线监测模块中的传感单元中的11种传感器不仅限于这11种，可以相应增减。

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