CN105606912A - 一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网自动装置，特别是一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置。一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其结构如下：安装在配网电流互感器上的信号采集模块是由一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器构成，一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器的输出端的输出端与5G14433的A/D转换器的输入端连接，5G14433的A/D转换器的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元的串口与液晶显示模块和蓝牙通信传输模块的输入连接。本发明预测精确度高、数据采集及处理效率高，为配网电流互感器的安全运行提供了有效的保障。

Description

一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种输配电监测方法，特别涉及一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法及装置，它属于电力系统技术领域。

背景技术

配网电流互感器承担着对电网一次电流进行变换，为控制保护设备提供准确的与一次电流相匹配的二次电流电，以实现控制保护设备对电网的控制和保护功能。如果电流互感器二次电流绝缘发生损坏或绝缘强度降低，将导致二次电流与一次电流的匹配度发生变化，进而会使控制保护设备做出错误判断，发出错误指令对电网进行操作，造成严重的电网事故。因此，准确掌握配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数，对电网运行管理部门至关重要。目前传统方法主要是采用传统经验公式计算或定期检查、更换等方法，存在的主要问题是不能及时发现故障，预测或判断结果误差较大等。

发明内容

本发明目的是提供一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法，它通过建立适合工程实际应用的配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测模型，以有效地解决对配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数的精确预测。

本发明的另一个目的是提供一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其预测精确度高、数据采集及处理效率高。

为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法，其步骤如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定权值向量初始值：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量中的各个权值的修正量为：

${\mathrm{\ΔW}}_{t_n}=(1-\mathrm{\η})\sqrt{{\left((W_{t_n}^T+{\mathrm{\ΔW}}_{t_{n-1}}^T)X_{t_n}\right)}^2}+{\left(\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{n-1}}\right)}^2$

其中：η为调整加速系数，α为动态修正系数；

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

设状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，则有：

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令电动机负荷过载指数的实际预测值为且有：

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数；

配电网电流互感器二次电缆绝缘强度指数期望阈值为P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=\sqrt{{\left(\frac{P_K-y_{t_n}}{P_K+y_{t_n}}\right)}^2}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值。

一种上述配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其结构如下：安装在配网电流互感器上的信号采集模块是由一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器构成，一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器的输出端与A/D转换器输入端的VDD、VX、VR、CLK1、CLK2引脚连接，A/D转换器采用双积分3位半型号为5G14433的A/D转换器，5G14433A/D转换器的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，CPU中央处理单元的串口与液晶显示模块和蓝牙通信传输模块的输入连接。

上述的5G14433的A/D转换器采用双积分3位半型号为5G14433的A/D转换器，CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机，蓝牙通信传输模块为JF24C型号的蓝牙模块，液晶显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块。

上述的5G14433型A/D转换器的DS4、DS3、DS2、DS1与单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4引脚连接，5G14433型A/D转换器的D3、D2、D1、D0与单片机STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8引脚连接，5G14433型A/D转换器的DU、BOC引脚与单片机STM32F103RBT6芯片的PC4、PC5相连，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3与液晶显示模块的MISO、MOSI、CS、RESET连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6分别与JF24C型蓝牙模块的MISO、RST、CLK、MOSI、CS、FIFO_FLG、BKT_FLG相连，通过通讯协议进行无线传输。

上述的一次电流互感器和二次电流互感器采用DHC03B型号电流互感器，一次电压互感器和二次电压互感器采用DH51D6V0.4B型号，互感器温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法及装置具有预测精确度高，数据采集及处理效率高的特点。对配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，提高配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数进行预测。

附图说明

图1配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测流程图。

图2是本发明的结构示意框图。

图3是本发明的电路连接图。

图4是本发明的预测结果图。

图中，1、信号采集模块，2、5G14433A/D转换器，3、CPU中央处理单元，4、液晶显示模块，5、蓝牙通信传输模块。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法结合实例和附图1加以说明如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数演化系统的状态向量：

本实施例中，在50个等间隔的时间段内测量互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度，则得到测量数据构成的一个5维状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_{50}}={(x_{501},x_{502},x_{503},x_{504},x_{505})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定初始权值向量：

给定t₁时刻的对应的连接权值向量 $W_{t_1}={\left(\mathrm{0.0933,0.05783,0.09356,0.08432,0.07785}\right)}^T,$ 为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

给定调整加速系数η＝0.27694，动态修正系数α＝0.1589为，则权值修正量为：

${\mathrm{\ΔW}}_{t_n}=(1-\mathrm{\η})\sqrt{{\left((W_{t_n}^T+{\mathrm{\ΔW}}_{t_{n-1}}^T)X_{t_n}\right)}^2}+{\left(\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{n-1}}\right)}^2$

步骤四：计算权值向量最终值W₀：

状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，计算状态向量加权和

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令则配电网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值为

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

给定配电网电流互感器二次电缆绝缘强度指数期望阈值为P_K＝0.889，若t_n时刻有：则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值：

在任一时刻t_n+1，根据W₀，则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值。

预测模型的部分预测结果与实测值比较如图4所示，所建立的预测模型误差基本上控制在±9％之内。

如图2所示，本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置它包括信号采集模块1、5G14433A/D转换器2、CPU中央处理单元3、液晶显示模块4、蓝牙通信传输模块5。安装在配网电流互感器上的信号采集模块1是由一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器构成，一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器的输出端与A/D转换器输入端的VDD、VX、VR、CLK1、CLK2引脚连接A/D转换器采用双积分3位半型号为5G14433的A/D转换器，5G14433的A/D转换器的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元的串口与液晶显示模块和蓝牙通信传输模块的输入连接。5G14433的A/D转换器采用双积分3位半型号为5G14433的A/D转换器，CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机，蓝牙通信传输模块为JF24C型号的蓝牙模块，液晶显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块。

互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度信号的数据采集后在A/D5G14433中进行A/D转换和一定的数据处理，然后与单片机进行通信。如图3所示，上述的5G14433型A/D转换器的DS4、DS3、DS2、DS1与单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4引脚连接，5G14433型A/D转换器的的D3、D2、D1、D0与单片机STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8引脚连接，5G14433型A/D转换器的DU、BOC引脚与单片机STM32F103RBT6芯片的PC4、PC5相连，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3与液晶显示模块的MISO、MOSI、CS、RESET连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6分别与JF24C型蓝牙模块的MISO、RST、CLK、MOSI、CS、FIFO_FLG、BKT_FLG相连，通过通讯协议进行无线传输。一次电流互感器和二次电流互感器采用DHC03B型号电流互感器，一次电压互感器和二次电压互感器采用DH51D6V0.4B型号，互感器温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器。

其原理如下：互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度信号经过各传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入单片机的数据输入口，再由单片机对配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据通过蓝牙模块进行无线传输。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度，在一系列时刻t₁,t_2,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到互感器一次电流、互感器二次电流、互感器一次电压、互感器二次电压、互感器温度构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定权值向量初始值：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量中的各个权值的修正量为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=(1-\mathrm{\η})\sqrt{{\left((W_{t_n}^T+\mathrm{\Δ}{W}_{t_{n-1}}^T)X_{t_n}\right)}^2}+{\left(\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{n-1}}\right)}^2$

其中：η为调整加速系数，α为动态修正系数；

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

设状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，则有：

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令电动机负荷过载指数的实际预测值为且有：

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数；

给定配电网电流互感器二次电缆绝缘强度指数期望阈值为P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=\sqrt{{\left(\frac{P_K-y_{t_n}}{P_K+y_{t_n}}\right)}^2}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测值。

2.一种权利要求1所述配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其特征在于结构如下：安装在配网电流互感器上的信号采集模块是由一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器构成，一次电流互感器、二次电流互感器、一次电压互感器、二次电压互感器、互感器温度传感器的输出端与A/D转换器输入端的VDD、VX、VR、CLK1、CLK2引脚连接，A/D转换器采用双积分3位半型号为5G14433的A/D转换器，5G14433A/D转换器的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，CPU中央处理单元的串口与液晶显示模块和蓝牙通信传输模块的输入连接。

3.根据权利要求2所述的配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其特征在于所述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机，蓝牙通信传输模块为JF24C型号的蓝牙模块，液晶显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块，所述的5G14433型A/D转换器的DS4、DS3、DS2、DS1与单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4引脚连接，5G14433型A/D转换器的D3、D2、D1、D0与单片机STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8引脚连接，5G14433型A/D转换器的DU、BOC引脚与单片机STM32F103RBT6芯片的PC4、PC5相连，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3与液晶显示模块的MISO、MOSI、CS、RESET连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6分别与JF24C型蓝牙模块的MISO、RST、CLK、MOSI、CS、FIFO_FLG、BKT_FLG相连，通过通讯协议进行无线传输。

4.根据权利要求2所述的配网电流互感器二次电缆绝缘强度指数预测装置，其特征在于所述的一次电流互感器和二次电流互感器采用DHC03B型号电流互感器，一次电压互感器和二次电压互感器采用DH51D6V0.4B型号，互感器温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器。