CN105606920A - 确定电力变换器的健康的当前和将来状态的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明题为确定电力变换器的健康的当前和将来状态的系统和方法。一种系统包含电力变换器诊断和预报装置，其具有存储多个模型的存储器电路。多个模型的每个包括操作和非操作电力变换器数据的潜在组合与电力变换器的一个或多个子系统的潜在条件之间的相关性，并且包含基于物理学的模型和经验模型。该系统包含通信电路，其配置成接收与电力变换器相关的操作和非操作电力变换器数据的特定组合。该系统包含处理电路，其配置成将操作和非操作电力变换器数据的特定组合作为输入来提供给多个模型，从多个模型的输出来确定电力变换器的诊断，从多个模型的输出来确定电力变换器的预报，并且在显示装置上显示电力变换器的诊断和预报。

Description

确定电力变换器的健康的当前和将来状态的系统和方法

技术领域

本文所公开主题涉及电力变换器，以及更具体来说，涉及电力变换器的条件监测和评定。

背景技术

现代电力网络可包含多个电力分站，各包含多种设备，以促进由一个或多个电力生产设施(例如核电站、煤气化发电厂、基于燃气涡轮机的发电厂、水力发电厂等)所产生的电力的转换。这类电力分站包含例如电力变换器(以下称作变换器)，其在第一电压的接收电力并且在第二电压的输出电力。现代变换器是比较复杂的装置，其包含在变换器的所估计40年平均使用期限上以多种不同方式出故障的多个组件。因此，变换器可接收常规安排的维护和检查，以确保正确操作。但是，由于维护人员在数量方面可能受到限制，所以变换器的维护和检查可完全提前安排(例如提前6个月或以上)。此外，由于基础设施不是完全同构的，所以电力网络内的不同变换器能够以不同速率老化或磨损。不幸地是，变换器的现有保养没有以有效的方式解决这些问题。

发明内容

下面概述其范围与最初要求保护的本发明相称的某些实施例。这些实施例不是意在限制要求保护的本发明的范围，这些实施例而是仅预计提供本发明的可能形式的简单的概括。实际上，本发明可包含可与下面阐述的实施例类似或不同的多种形式。

在实施例中，系统包括电力变换器诊断和预报装置，其具有存储多个模型的存储器电路。多个模型的每个包括操作和非操作电力变换器数据的潜在组合与电力变换器的一个或多个子系统的潜在条件之间的相关性，并且包含基于物理学的模型和经验模型。该系统包含通信电路，其配置成接收与电力变换器相关的操作和非操作电力变换器数据的特定组合。该系统包含处理电路，其配置成将操作和非操作电力变换器数据的特定组合作为输入来提供给多个模型，从多个模型的输出来确定电力变换器的诊断，从多个模型的输出来确定电力变换器的预报，并且在显示装置上显示电力变换器的诊断和预报。

在实施例中，方法包含接收与电力网络的电力变换器相关的操作数据和非操作数据。该方法包含将操作和非操作数据的组合作为输入来提供给多个模型，其中多个模型包括操作和非操作数据的潜在组合与电力变换器的潜在条件之间的基于物理学的相关性和统计相关性两者。该方法还包含响应输入而从多个模型的输出来确定电力变换器的诊断和预报。该方法进一步包含呈现电力变换器的诊断和预报。

在实施例中，非暂时计算机可读媒介存储由电子装置的处理器可运行的指令。指令包含经由网络接口或数据导入机制从与电力变换器关联的一个或多个联机监测装置来接收与电力网络的电力变换器的多个子系统相关的操作数据和非操作数据的指令。指令包含使用多个所存储模型的一个或多个基于物理学的相关性和一个或多个统计相关性从操作和非操作数据的组合来识别电力变换器的多个子系统的条件的机制。指令包括基于电力变换器的多个子系统的所识别条件来确定电力变换器的诊断和预报的机制。指令进一步包含呈现电力变换器的多个子系统以及作为整体的电力变换器的诊断和预报的机制。

技术方案1：一种系统，包括：

电力变换器诊断和预报装置，包括：

存储器电路，配置成存储多个模型，其中所述多个模型的每个包括操作和非操作电力变换器数据的潜在组合与电力变换器的一个或多个子系统的潜在条件之间的相关性，并且其中所述多个模型包括基于物理学的模型和经验模型；

通信电路，配置成接收与所述电力变换器相关的操作和非操作电力变换器数据的特定组合；以及

处理电路，配置成：

将操作和非操作电力变换器数据的所述特定组合作为输入来提供给所述多个模型；

从所述多个模型的输出来确定所述电力变换器的诊断；

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的预报；以及

在显示装置上显示所述电力变换器的所述诊断和所述预报。

技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中，所述处理电路配置成：

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述诊断；

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述预报；以及

在所述显示装置上显示所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述诊断和所述预报。

技术方案3：如技术方案1所述的系统，包括所述电力变换器，所述电力变换器包含所述一个或多个子系统，其中所述一个或多个子系统包括主箱子系统、套管子系统、热子系统和抽头变更子系统。

技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中，所述诊断包括所述电力变换器的健康指标、所述电力变换器的所述健康指标的置信值和所述电力变换器的规定动作。

技术方案5：如技术方案1所述的系统，其中，所述预报包括所述电力变换器的故障概率、所述电力变换器的预计使用期限和所述电力变换器的事件概率。

技术方案6：如技术方案1所述的系统，其中，基于物理学的模型包括操作和非操作电力变换器数据的所述潜在组合与所述电力变换器的所述一个或多个子系统的所述潜在条件之间的基于物理学的相关性，其中所述基于物理学的相关性表示在所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个中能够发生的物理过程。

技术方案7：如技术方案1所述的系统，其中，所述经验模型包括操作和非操作电力变换器数据的所述潜在组合与所述电力变换器的每个子系统的所述潜在条件之间的统计相关性，其中所述统计相关性表示所述电力变换器的每个子系统中易于发生的条件的专家知识和统计趋势。

技术方案8：如技术方案1所述的系统，包括一个或多个联机监测装置，其配置成收集与所述特定电力变换器的所述一个或多个子系统相关的所述非操作电力变换器数据和/或所述操作数据变换器，并且配置成向所述通信电路提供所述操作数据。

技术方案9：如技术方案1所述的系统，其中，所述操作数据包括所述电力变换器的每相电压和电流向量、变换器加载和/或过载、瞬态电压和电流事件、环境温度、绕组电阻、泄漏电抗、磁芯励磁电流、磁芯损耗和励磁功率因数、磁芯地、溶解气体分析(DGA)或者其组合。

技术方案10：如技术方案1所述的系统，包括配置成存储与所述电力变换器有关的非操作数据的一个或多个数据库系统，其中所述一个或多个数据库系统配置成向所述通信电路提供所述非操作数据。

技术方案11：如技术方案1所述的系统，其中，所述非操作数据包括所述电力变换器的绕组功率因数、套管功率因数、绕组匝比、标称额定、额定电流、绕组向量组、制造日期、先前维护的日期和类型、应力事件、资产帐面价值、资产剩余价值、资产年限、备件库存、故障日志、热成像数据、电力输送网络模型或者其组合。

技术方案12：一种方法，包括：

接收与电力网络的电力变换器相关的操作数据和非操作数据；

将所述操作和非操作数据的组合作为输入来提供给多个模型，其中所述多个模型包括操作和非操作数据的潜在组合与所述电力变换器的潜在条件之间的基于物理学的相关性和统计相关性两者；

响应所述输入而从所述多个模型的输出来确定所述电力变换器的诊断和预报；以及

呈现所述电力变换器的所述诊断和预报。

技术方案13：如技术方案12所述的方法，其中，所述基于物理学的相关性从能够在所述电力变换器的一个或多个子系统中发生的物理过程来得出。

技术方案14：如技术方案12所述的方法，其中，所述统计相关性从所述电力变换器的一个或多个子系统中在统计上易于发生的条件的专家知识来得出。

技术方案15：如技术方案12所述的方法，其中，所述操作、所述非操作数据或者它们两者由与所述电力变换器关联的一个或多个联机监测装置来收集。

技术方案16：如技术方案12所述的方法，其中，从存储与所述电力变换器相关的维护数据、资产数据或者其组合的数据仓库来接收所述非操作数据。

技术方案17：如技术方案12所述的方法，包括：

存储所述电力变换器的所述诊断和所述预报；

接收并且存储与所述电力变换器相关的附加操作和非操作数据；

将所述诊断和所述预报与所述附加操作和非操作数据进行比较，以识别附加统计相关性；以及

基于所述附加统计相关性来更新所述多个模型。

技术方案18：如技术方案12所述的方法，包括：

响应所述输入而从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的规定动作和机组分级；以及

基于所述电力变换器的所述机组分级来优先化所述电力变换器的所述规定动作。

技术方案19：一种存储由电子装置的处理器可运行的指令的非暂时计算机可读媒介，其中所述指令包括：

经由网络接口来接收与电力网络的电力变换器的多个子系统相关的操作数据和非操作数据的指令；

使用多个所存储模型的一个或多个基于物理学的相关性和一个或多个统计相关性从所述操作和非操作数据的组合来识别所述电力变换器的所述多个子系统的条件的指令；

基于所述电力变换器的所述多个子系统的所识别条件来确定所述电力变换器的诊断和预报的指令；以及

呈现所述电力变换器的所述多个子系统以及作为整体的所述电力变换器的所述诊断和预报的指令。

技术方案20：如技术方案19所述的媒介，其中，所述诊断包括所述电力变换器的所述多个子系统和作为整体的所述电力变换器的健康指标、置信值和规定动作，并且其中所述预报包括所述电力变换器的所述多个子系统和作为整体的所述电力变换器的故障概率、预计使用期限和事件概率。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：

图1是包含至少一个变换器诊断和预报装置的电力网络的实施例的示意图；

图2是图示按照本方式的实施例、操作和非操作数据到变换器诊断和预报装置的流程的示意图；

图3是图示变换器诊断和预报装置的输入、输出和某些内部组件的变换器诊断和预报装置的实施例的示意图；

图4是图示过程的实施例的流程图，通过该过程使变换器诊断和预报装置可基于操作和非操作数据的组合来确定变换器的诊断和预报。

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。在提供这些实施例的简要描述的过程中，本说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，如同任何工程或设计项目中那样，必须进行许多特定实现的判定以便实现开发人员的特定目标，例如符合系统相关和业务相关限制，这些目标可从一个实现变化到另一个。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且费时的，但对于具有本公开的益处的普通技术人员来说仍然是的设计、制作和制造的日常事务。

在引入本发明的各个实施例的元件时，限定词“一”、“一个”、“该”和“所述”预计表示存在元件的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”预计包含在内，并且表示可存在除了所列元件之外的附加元件。

如本文所使用的“操作数据”指的是表示电力系统设备的实时或近实时状态、性能和加载的数据。操作数据包含由操作员用来监测和控制电力网络的任何基本信息。示例操作数据的非限制性列表包含：断路器状态(例如断开或闭合)、线电流、母线电压、变换器加载(例如有功和无功功率)、电力分站报警(例如高温、低压力、侵入)、每相电压和电流向量、变换器加载(过载)、瞬态电压和电流事件、环境温度、绕组电阻、泄漏电抗、磁芯励磁电流、磁芯损耗和励磁功率因数和/或磁芯地。操作数据一般可包括时间顺序数据项，其表示实时或近实时值或量。操作数据可由监测变换器的操作的联机监测装置(例如现场监测装置、远程终端单元(RTU)、智能电子装置(IED)、数据集中器、电力网络的连网组件等)来收集。如本文所使用的“非操作”指的是其主要用户是除了电力网络的操作员之外的某个人的数据项。例如，当操作员可对有限量的非操作数据有兴趣时，非操作数据的主要客户可以是例如工程和/或维护人员。示例非操作数据的非限制性列表包含：数字故障记录器记录、断路器触点磨损指示器、铭牌数据(例如标称额定值、额定电流)、绕组功率因数、套管功率因数、绕组匝比、绕组向量编组、制造日期、维护日志、应力事件日志、资产帐面价值、资产剩余价值、资产年限、备件库存列表及关联成本、故障日志、来自相同的电力分站内部的任何装置的数据日志、热成像以及电力网络的电力输送网络模型。在某些实施例中，非操作数据的至少一部分可由收集操作数据的相同装置(例如联机监测装置、现场监测装置、RTU、IED、数据集中器、电力网络的连网组件等)来收集。对于这类实施例，非操作数据可采取数据文件(其包含在一段时间上所采集的历史数据和趋势的集合)的形式。在某些实施例中，非操作数据的至少一部分可采取报告(其自动地(例如使用光学字符识别(OCR))或手动地(例如使用手动数据录入)来数字化，并且存储在数据库或另一个适当数据仓库中，以促进电子访问)的形式(例如采购订单、库存报告、维护报告等)。可以理解，某个数据、例如来自变换器油的溶解气体分析(DGA)的数据在不同实施例中可被认为是操作或者非操作数据，这取决于如何收集数据例如经由联机装置实时或近实时地收集或者在变换器脱机时经由手动测量来收集)。在美国专利No.8484150中提供了操作数据和非操作数据的其他示例，通过引用将其完整地结合到本文中以用于所有目的。

如上所阐述，变换器包含可能以多种不同方式出故障的多个组件。如果变换器例如使用远程终端单元(RTU)、智能电子装置(IED)或者类似联机监测装置来监测，则变换器的维护可响应特定条件而执行。这一般称作基于条件的维护。根据改进维护人员的效率、改进电力变换器的寿命预期以及限制电力网络上的电力扰动，基于条件的维护确实提供了相对于基于严格计划表的维护的优点。但是，在没有本公开的情况下，基于条件的维护通常通过变换器组件的一个或多个的完全或部分故障(例如示警红旗事件)来触发。

但是，由于现代变换器包含多个相关的子系统(其可能以多种无关或相关方式出故障)，所以期望监测变换器的每个子系统，并且使用操作和非操作数据的监测组合来确定变换器的诊断和预报。相应地，现有实施例针对变换器诊断和预报装置，其是接收与变换器有关的操作和非操作数据并且将这个数据作为输入来提供给多个所存储计算机软件模型(以下称作“模型”)的计算装置(例如基于处理器的电子系统)。所存储模型包含基于物理学的模型，其按照支配每个变换器子系统的操作和故障的物理学将特定操作和非操作数据值的组合与关联变换器的每个子系统和/或作为整体的变换器的条件的特定物理现象相互关联。另外，所存储模型包括经验模型，其按照特定变换器易于遭遇的问题的伴随（entrained）统计趋势和专家知识将特定操作和非操作数据值的组合与关联变换器的每个子系统和/或作为整体的变换器的特定条件相互关联。这些所存储模型作为输出来提供：变换器诊断(例如计算机生成诊断报告)，其可包含健康指标、置信值和规定动作；以及变换器预报(例如计算机生成预报报告)，其可包含故障概率、预计使用期限和事件概率。变换器诊断和预报装置还可包含图形用户界面(GUI)，其按照对不是变换器设计或操作的专家的用户提供资料的简单方式(例如数值范围、彩色编码、采取量规或指示条形式的视觉表示)来显示变换器诊断和预报。

有鉴于以上所述，图1示出电力网络10的一部分。电力网络10包含电力公用事业12，其可包含或主办用于控制和监测电力网络10的多个系统。例如，电力公用事业12可包含用于控制和/或监测网络10的至少一个控制和/或监测系统14，例如监控和数据获取(SCADA)系统、能量管理系统(EMS)、分配管理系统(DMS)、分布式控制系统(DCS)或者其组合。控制和/或监测系统14可在通信上耦合到本地网络16，其可使控制和/或监测系统14能够与其他本地装置(例如历史/数据库系统18)进行通信并且经由公用事业网络22与设置在一个或多个电力分站20的设备进行通信。历史/数据库系统18可以是任何适当数据仓库(例如资产管理系统(AMS)、计算机维护管理系统(CMMS)、企业资源规划(ERP)系统等)，其存储与电力网络10的变换器的制造、采购、安装、操作、维护和检查历史、事件和/或故障历史等有关的信息。在某些实施例中，历史/数据库系统18可提供（populated）有直接从耦合到公用事业网络22的装置所接收的大多数或整个非操作数据和/或从各种报告(例如采购订单、库存报告、维护报告等)自动收集或手动输入的非操作数据。

如图1所示，电力分站20可包含促进电力网络10内的电力的转换的设备。例如，电力分站20包含至少一个变换器24，其一般将电力从第一电压转换成第二电压。下面更详细论述这类变换器24。电力分站20还包含至少一个联机监测装置26(例如继电器、RTU、IED、数据集中器等)，其从测量电力分站20的设备的性能的传感器来收集数据。具体来说，如图1所示，联机监测装置26可用来在操作期间监测变换器24(例如变换器24的每个子系统)的性能。

另外，电力分站20中可存在的其他设备可包含例如保护继电器28和/或电力分站计量表30。应当理解，在某些实施例中，其他设备还可存在于电力分站20处，例如各种开关、抽头变更器、传感器、监测器或者电力网络10内的电力的转换中有用的任何其他适当设备。此外，如图1所示，电力分站20可包含本地网络32，其使耦合到本地网络的装置(例如联机监测装置26、保护继电器28、电力分站计量表30等)能够经由本地网络32相互通信，并且经由公用事业网络22与远程装置或系统(例如控制和/或监测系统14、历史/数据库系统18等)进行通信。

如图1所示，电力网络10可包含一个或多个变换器诊断和预报装置34(例如基于处理器的计算装置)。在某些实施例中，如图1所示，变换器诊断和预报装置34可设置在电力公用事业12并且耦合到本地网络16，其使变换器诊断和预报装置34能够与本地系统(例如控制和/或监测系统14、历史/数据库系统18等)进行通信以及经由公用事业网络22与设置在电力分站20处的其他装置(例如联机监测装置26、保护继电器28、电力分站计量表30等)进行通信。在某些实施例中，如图1所示，作为补充或替代，变换器诊断和预报装置34可设置在电力分站20处并且耦合到本地网络32，其使变换器诊断和预报装置34能够与其他本地装置(例如联机监测装置26、保护继电器28、电力分站计量表30)进行通信以及经由公用事业网络22与设置在电力公用事业12的系统(例如控制和/或监测系统14、历史/数据库系统18)进行通信。另外，在某些实施例中，设置在公用事业12处或者电力分站20处的变换器诊断和预报装置34可以是经由因特网或万维网入口(例如耦合到本地网络16或32，或者耦合到公用事业网络22)可访问的，以使远程用户能够使用变换器诊断和预报装置34。因此，不管变换器诊断和预报装置34是设置在电力公用事业12处、电力分站20处还是设置在两者处，变换器诊断和预报装置34一般在通信上耦合到电力网络10的任何数量的装置和系统，以提供下面详细论述的功能性。

变换器诊断和预报装置34一般是基于处理器的计算装置，其从多个源接收信息(例如模拟和数字数据)，并且然后处理这个信息，以便确定变换器24的诊断和预报。图2是示出对于示例实施例、信息从电力网络10内的多个源到变换器诊断和预报装置34的流程的示意图。对于图2所示的实施例，变换器24包含多个子系统(例如主箱子系统50、套管子系统52、冷却子系统54和抽头变更器子系统56)，各由相应联机监测装置(例如联机监测装置26A、26B、26C和26D)来监测。在其他实施例中，任何适当数量的子系统和/或监测装置可与变换器24关联。在其他实施例中，变换器24可分为或者包含其他子系统，例如变换器保护子系统、绝缘子系统、机械子系统、磁子系统、电气子系统等。此外，在某些实施例中，某些子系统可包含能够测量子系统的不同参数的多个联机监测装置26，而在其他实施例中，单个联机监测装置26可从分别与变换器24的各种子系统50、52、54和56关联的多个感测装置来收集操作数据58的一部分。

对于图2所示的实施例，联机监测装置26A-D可分别执行变换器24的每个子系统的操作的测量，以便确定变换器24的操作数据58和/或非操作数据62的至少一部分。例如，根据操作数据58，联机监测装置26B可包含一个或多个电传感器，其在操作期间执行指示变换器24的套管子系统52的电气性能的测量。联机监测装置26C可包括一个或多个温度传感器，其在操作期间执行指示变换器24的冷却子系统54的热性能的温度测量。联机监测装置26D可包含一个或多个电传感器，其在操作期间执行指示变换器24的抽头变更器子系统56的电气性能的电气测量。在某些实施例中，操作数据58还可包含从设置在与变换器24相同的电力分站20处的其他装置(例如保护继电器28、电力分站计量表30或者任何其他连网装置)所接收的数据，其还可指示变换器24的性能。在某些实施例中，作为补充或替代，操作数据58可包含从控制和/或监测系统14所接收的数据，其指示变换器24的性能。

对于所示实施例，根据非操作数据62，联机监测装置26A可以是联机溶解分析(DGA)装置，其可以能够分析主箱子系统50中所包含的油。主箱中的油一般用来电绝缘、保护和冷却变换器24的绕组和磁芯。因此，这个油的DGA能够提供与变换器24的操作有关的重要信息，包含潜在变换器故障的早期指示。例如，DGA能够测量油的金属含量的增加，其可指示变换器24的绕组的高温金属分解。类似地，DGA还能够测量油的纤维素含量的增加，其可指示变换器24的绝缘材料正在分解。相应地，在某些实施例中，DGA数据(例如由联机监测装置26A所收集)可以是直接或者间接(例如在存储于历史/数据库系统18中并且从其中检索之后)提供给变换器诊断和预报装置34的非操作数据62的一部分。可以理解，由于DGA数据可指示变换器24或者是变换器其实时或近实时条件，所以在某些实施例中，DGA数据作为补充或替代可看作是操作数据58。

变换器诊断和预报装置34还接收非操作或者非操作数据62，以供确定变换器24的诊断和预报中使用。例如，如图2所示，非操作数据62可包含由历史/数据库系统18所提供的维护数据64和资产数据66。这个维护数据64可包含在变换器24的维护或检查期间、通常在变换器脱机时所收集的测量(例如红外热图像、电气测量等)。另外，维护数据64可包括与变换器24所遭遇的故障或事件相关的数据(例如故障的类型、日期和原因)以及在对变换器24上所执行的检查和维修相关的数据(例如保养描述、更换或维修的部件、服务日期)。资产数据66可包含例如一般与变换器24的制造、安装、地理位置、采购、价值或成本相关的数据(例如部件号、序列号、制造日期、型号、铭牌数据)。在某些实施例中，资产数据还可包含电力网络10的模型，其指示变换器24相对电力网络10的其他组件的相对位置和连通性。相应地，变换器诊断和预报装置34可从这些各种源接收操作数据58和非操作数据62，以供确定变换器24的诊断和预报60中使用。

图3是示出示例实施的变换器诊断和预报装置34的输入72、输出74和某些内部组件的示意图70。如图3所示，变换器诊断和预报装置34包含能够存储指令以及多个模型78的存储器电路76(例如非易失性存储器电路或者另一个数据存储装置)，下面对其进行更详细论述。变换器诊断和预报装置34还包含处理电路80(例如通用微处理器、专用集成电路(ASIC)或其他适当处理电路)，其能够运行指令以向所存储模型78提供输入72，并且从所存储模型78来确定输出74。所示变换器诊断和预报装置34还包含通信电路82(例如有线和/或无线网络接口卡)，以便使变换器诊断和预报装置34能够与本地和远程网络上的装置和系统进行通信，如上所述。此外，所示变换器诊断和预报装置34包含输入装置84(例如鼠标、键盘、触摸屏装置)和输出装置86(例如固定或移动显示装置)，以便使本地或远程用户能够与变换器诊断和预报装置34进行交互(例如，向其提供信息、从其中接收信息)。

如上所述，变换器诊断和预报装置34的存储器电路76存储多个模型78，其接收输入72、即如上所述的操作数据58和非操作数据62，并且提供以下详细论述的输出74。如上所述，这些所存储模型78包含至少一个基于物理学的模型88和至少一个经验模型90。例如，在某些实施例中，对于变换器24的每个子系统(例如主箱子系统50、套管子系统52、冷却子系统54和抽头变更器子系统56)可存在一个或多个基于物理学的模型88和一个或多个经验模型90。在某些实施例中，对于作为整体的变换器24可存在一个或多个基于物理学的模型88和一个或多个经验模型90。此外，在某些实施例中，所存储模型78的每个可采取等式、曲线图、图表、查找表等的集合的形式来实现，其存储操作数据58和非操作数据62的可能组合与变换器24的当前和将来状态之间的相关性。

每个基于物理学的模型88基于支配变换器24的操作和故障的物理学将操作数据58和非操作数据62的值的可能组合与变换器24内能够发生的特定物理现象相关或关联。例如，在某些实施例中，基于物理学的模型88可包含物理学模型，其存储操作数据58(例如DGA数据指示油的金属含量的增加)的值和特定非操作数据值(例如变换器的年限、红外照相机图像)的潜在组合与变换器24内在操作期间能够发生的特定物理现象(例如在绕组或者在接口处的金属分解)之间的相关性。在某些实施例中，由于多个物理实体(例如多个变换器子系统)可有助于变换器24的操作和故障，所以可实现基于这多个物理实体的一个或多个复合物理模型88。

每个经验模型90基于变换器24易于具有的问题的伴随统计趋势和专家知识将操作数据58和非操作数据62的值的可能组合与变换器24的特定条件相关。例如，经验模型90可包含基于通过先前所收集操作数据58和非操作数据62的统计分析已经识别的趋势的相关性。通过具体示例，经验模型90可存储操作数据58(例如套管功率因数)和非操作数据62(例如变换器的年限和模型)的某些值与变换器24的某些条件(例如变换器24的套管子系统52的即将发生故障)之间的在统计上所识别相关性。此外，在某些实施例中，经验模型90可包含基于由专家(例如电力变换器工程师)基于维护和诊断类似变换器方面的专家经验所识别的趋势的相关性。通过具体示例，经验模型90可存储基于专家知识或经验、某些模型的变换器的套管子系统52在大约5年使用之后易于出故障的相关性。

相应地，对于图3所示的实施例，变换器诊断和预报装置34的处理电路80可利用输入72和模型78来确定输出74。对于图3所示的实施例，输出74包含变换器诊断92、变换器预报94以及机组分级（fleetranking）和容量规划信息96。对于图3所示的实施例，变换器诊断92包含健康指标98、置信索引100以及规定动作102。所示变换器预报94包含变换器的故障概率104、预计使用期限106和事件概率108。可以理解，在某些实施例中，变换器诊断和预报装置34的输出74可一般设计为非技术性的。换言之，在某些实施例中，变换器诊断和预报装置34的用户无需是变换器设计或维护方面的专家以便能够从输出74得出关于变换器24的当前和将来条件的有意义结论。另外，在某些实施例中，变换器诊断和预报装置34可为变换器24的每个子系统(例如主箱子系统50、套管子系统52、冷却子系统54、抽头变更器子系统56等)和/或为作为整体的变换器24来生成输出74(例如变换器诊断92和/或变换器预报94)。

相应地，变换器诊断92是变换器24的当前健康的表示以及变换器24的推荐(例如检查、维护和/或控制推荐)的集合。在某些实施例中，变换器诊断92的健康指标98可以是特定范围之内的数值(例如1与10之间或者1与100之间的数字)，其指示变换器24的健康。在某些实施例中，健康指标98可以是颜色范围之内的特定颜色(例如用于良好变换器健康的绿色、用于中等变换器健康的黄色以及用于不良变换器健康的红色)。在某些实施例中，变换器诊断92的置信值100可以是特定范围之内的数值(例如1与10之间或者1与100之间的数字)，其指示关于变换器诊断和预报装置34与健康指标98有关系的置信度。也就是说，置信值100可以是输入72的值的组合与多个模型78如何良好地对齐的表示。在某些实施例中，变换器诊断92的规定动作102可以是所推荐以改进或保持变换器24的健康的动作的列表或集合。例如，在某些实施例中，规定动作102可包含检查变换器的建议、修理或更换变换器24的一个或多个组件的建议、以不同方式操作变换器24的建议(例如超额或减额变换器24的建议)、停止变换器24的操作的建议、订购变换器24的备件的建议等。

在某些实施例中，变换器预报94的故障概率104可以是特定范围之内的数值(例如1与10之间或者1与100之间的数字)，其指示如果变换器24继续按照同样方式进行操作(例如，如果没有采取校正动作)，则变换器24将在特定时帧(例如1个月、3个月、6个月、9个月、1年、2年、5年等)之内出故障的概率。在某些实施例中，变换器预报94的预计使用期限106可以是预计变换器24在出故障之前继续按照同样方式(例如没有校正动作)进行操作的时间量(例如按小时、天、月和/或年)。在某些实施例中，变换器预报94的事件概率108可以是特定范围之内的数值(例如1与10之间或者1与100之间的数字)，其指示变换器24将在特定时帧(例如1个月、3个月、6个月、9个月、1年、2年、5年等)之内遭遇影响变换器24的性能的事件的概率。具体来说，事件概率108可考虑变换器24的地理位置。例如，位于潜在自然灾害区域(例如飓风区域、龙卷风区域、洪水区域、地震区域、海啸区域等)中的变换器24的事件概率108基本上可大于不是位于这种潜在自然灾害区域中的另一个变换器。

在某些实施例中，与机组分级和容量规划96有关的输出74的部分可以是判定支持分析集合，其提供优先化电力网络10内的特定变换器的能力。在某些实施例中，机组等级和容量规划信息96可至少部分基于为变换器24以及电力网络10的其他变换器所确定的变换器预报94的故障概率104。在某些实施例中，机组等级和容量规划输出96可至少部分基于所确定的关键性指标110。在某些实施例中，关键性指标110可以是特定范围之内的数值(例如1与100之间的数字)，其表示变换器24与电力网络10的操作的相对重要性或关键性。例如，当变换器24工作在电力网络10的重要部分、例如包含关键负载(例如医院、紧急避难所、政府机构等)的电力网络10的一部分或者网络10的其他部分与其相关的电力网络10的一部分时，特定变换器24的关键性指标110可以更大。因此，机组分级和容量规划信息96实现电力网络10的更关键变换器的维护和检查的优先化。此外，机组等级和容量规划信息96还可提供使用户能够有把握确定特定变换器24是否能够或者应当超额或减额、以便保持关键负载在电力网络10内被通电的信息。

有鉴于以上所述，图4是图示过程120的实施例的流程图，由此变换器诊断和预报装置34可确定变换器24的变换器诊断92、变换器预报94以及机组分级和容量规划信息96。过程120开始于变换器诊断和预报装置34的处理电路80接收(框122)与电力网络10的变换器24相关的操作数据58和非操作数据62的组合。作为响应，变换器诊断和预报装置34的处理电路80将操作数据58和非操作数据62的组合作为输入来提供(框124)给变换器诊断和预报装置34的存储器电路中所存储的多个模型78。如上所述，这多个模型78包含至少一个基于物理学的模型88和至少一个经验模型90。

通过图4所示的过程120继续进行，处理电路80可响应输入72的组合而确定(框126)作为多个模型78的输出74的变换器诊断92。如上所述，变换器诊断92可包含健康指标98、置信值100和规定动作102。处理电路80还可响应输入72的组合而确定(框128)作为多个模型78的输出74的变换器预报94。如上所述，变换器预报可包含故障概率104、预计使用期限106和事件概率108。另外，在某些实施例中，处理电路80还可响应输入72的组合而确定(框130)作为多个模型78的输出74的变换器24的机组分级和容量规划信息96。可以理解，在某些实施例中，通过框126、128和130所描述的动作可同时地或者按照与图4所示过程120不同的顺序来执行。

通过图4所示的过程120继续进行，处理电路80可显示(框32)为变换器24所确定的变换器诊断92、变换器预报94以及机组分级和容量规划信息96。例如，处理电路80可利用是一个或多个输出装置86的一部分的显示器向用户呈现包含变换器诊断92、变换器预报94以及机组分级和容量规划信息96的图形用户界面。如上所述，由于变换器诊断和预报装置34的输出74预计对于不是变换器24的操作、维护和/或设计方面的专家的用户是有意义的，所以在某些实施例中，GUI可使用各种视觉或图形元素，其可帮助用户了解输出74的严重性和/或重要性。通过具体示例，在某些实施例中，变换器24的特定子系统和/或作为整体的变换器24的健康指标98可使用彩色编码系统来呈现，如上所述。在某些实施例中，某些数值输出74(例如置信值100、故障概率104、事件概率108)可使用诸如量规、刻度盘或指示条之类的条形图或可视描绘之类的图形来呈现。

另外，在某些实施例中，处理电路80还可例如在存储器电路76中存储(框134)变换器诊断92、变换器预报94和/或机组分级和容量规划信息96。此外，处理电路80随后可处理所存储输出，以便改进多个模型78的精度。另外，当维护和检查作为规定动作102的一部分在变换器24上执行时，这个数据可结合到历史/数据库系统18中，如上所述。相应地，可针对作为历史数据随时间而收集的实际结果来验证变换器诊断92和/或变换器预报94，并且然后可连续地更新多个模块78，以提供操作数据58和非操作数据62的可能组合与变换器24的当前和将来条件之间的更好相关性。。

以下描述变换器诊断和预报装置34基于操作数据58和非操作数据62的组合来确定变换器诊断92、变换器预报94以及机组分级和容量规划信息96的示例。在这个示例中，变换器诊断和预报装置34从两个联机监测装置26A和26B(其分别在变换器24的主箱子系统50和套管子系统52上执行测量)来接收操作数据58。具体来说，联机监测装置26A是DGA装置，其对主箱子系统50的油执行溶解气体分析，以及联机监测装置26B包含在变换器24的套管子系统52上执行多个电气测量的多个电传感器。相应地，变换器诊断和预报装置34可直接从联机监测装置26A和26B、从与联机监测装置26A和26B关联的数据集中器或者从与联机监测装置26A和26B关联的控制和/或监测系统14来接收这个操作数据58。

继续这个示例，变换器诊断和预报装置34还可从历史/数据库系统18来接收与变换器24关联的非操作数据62。对于这个示例，非操作数据62包含变换器24的维护数据64。具体来说，维护数据64包含在变换器脱机以进行维护或检查时在变换器24上所执行的绕组电阻测试。此外，维护数据64包含在操作期间的变换器24的检查期间所收集的变换器24的一个或多个红外图像。另外，非操作数据62还可包含电力网络10的网络模型、变换器24的地理位置以及与变换器24兼容的备件的库存。

继续该示例，由联机监测装置26A所收集的DGA操作数据58在一个或多个气体表明浓度的增加时指示异常。由联机监测装置26B所收集的操作数据58包含套管功率因数测量，其表明相B套管功率因数对过去数天略微达到尖峰。作为非操作数据62的一部分的绕组电阻测量表明相B套管与相A或相C套管相比略微更高的电阻。此外，作为非操作数据62的一部分的一个或多个红外图像表明在相B套管底部处的亮点。

继续该示例，当单独考虑时，操作数据58(例如DGA数据和套管功率因数数据)和非操作数据62(例如绕组电阻测试数据和红外图像数据)没有产生准确诊断或预报。但是，由于变换器诊断和预报装置34考虑所有可用操作数据58和非操作数据62的组合(并且将其用作输入)，所以变换器诊断和预报装置34能够从多个模型78来确定准确变换器诊断92和变换器预报94。例如，变换器诊断和预报装置34可确定变换器诊断92指示变换器24因松动连接而在相B套管-绕组引线接口正遭遇高温退化。对于这个示例，变换器诊断92包含健康指标98(例如黄色颜色值或者可能10中的6的数值)和置信值100(例如可能100中的90的数值、即90%)，指示变换器诊断和预报装置34相当确信变换器24正遭遇这类问题。此外，对于这个示例，变换器诊断92包含规定动作102，其推荐更换相B套管、更换相B绕组引线以及过滤或更换变换器油以去除污染物。

对于这个示例，变换器诊断和预报装置34还基于操作数据58和非操作数据62的组合来确定变换器24的变换器预报94。例如，变换器预报94包含特定时帧(例如1周)之内的故障概率104(例如可能100中的大约70的数值、即70%)。另外，如果变换器24继续如当前操作那样进行操作，则变换器预报94包括预计使用期限106(例如大约5天)。此外，变换器预报94包括事件概率108(例如可能100中的大约85的数值、即85%)，其高于变换器24的故障概率104，因为变换器24还在地理上位于飓风季节期间的飓风风险区域中。

对于这个示例，变换器诊断和预报装置34还基于操作数据58和非操作数据62的组合来确定变换器24的机组分级和容量规划信息96。例如，这个机组分级和容量规划信息96可包含变换器24的关键性指标110(例如100中的10、即10%)，其考虑电力网络10的网络模型。基于变换器24的关键性指标110和变换器24的健康指标98和/或故障概率104，机组分级和容量规划信息96可包含用于安排变换器24相对于电力网络10中的其他设备的维护、检查和/或停机的推荐。此外，基于与变换器24兼容的备件的库存，机组分级和容量规划信息96可包含用于优先化当前不在变换器24的备件的库存中的变换器24的订购更换部件的推荐。

本公开的技术效果经由所公开的变换器诊断和预报装置来实现基于操作数据输入和非操作数据输入的组合来确定电力网络的变换器的诊断和预报。将输入的这个组合提供给包含基于物理学的模型和经验模型的多个所存储模型，以及变换器诊断和预报作为输出从所存储模型来提供。一个或多个基于物理学的模型按照支配变换器的操作的物理学将特定操作和非操作数据值的组合与关联变换器的特定物理现象相关，而经验模型按照变换器易于遭遇的问题的伴随统计趋势和专家知识将特定操作和非操作数据值的组合与变换器的特定条件相关。这些所存储模型作为输出来提供：变换器诊断，其可包含健康指标、置信值和规定值；以及变换器预报，其可包含故障概率、预计使用期限和事件概率。相应地，当前实施例实现从操作和非操作数据的组合准确地确定变换器的健康的当前和将来状态，其中每个操作和非操作数据在单独获取时不足以进行这类确定。此外，当前实施例实现改进容量规划和机组分级，以改进相对于电力网络的其他变换器来检查和维护特定变换器的优先化。

本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包含制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则预计它们落入权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

电力变换器诊断和预报装置，包括：

存储器电路，配置成存储多个模型，其中所述多个模型的每个包括操作和非操作电力变换器数据的潜在组合与电力变换器的一个或多个子系统的潜在条件之间的相关性，并且其中所述多个模型包括基于物理学的模型和经验模型；

通信电路，配置成接收与所述电力变换器相关的操作和非操作电力变换器数据的特定组合；以及

处理电路，配置成：

将操作和非操作电力变换器数据的所述特定组合作为输入来提供给所述多个模型；

从所述多个模型的输出来确定所述电力变换器的诊断；

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的预报；以及

在显示装置上显示所述电力变换器的所述诊断和所述预报。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理电路配置成：

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述诊断；

从所述多个模型的所述输出来确定所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述预报；以及

在所述显示装置上显示所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个的所述诊断和所述预报。

3.如权利要求1所述的系统，包括所述电力变换器，所述电力变换器包含所述一个或多个子系统，其中所述一个或多个子系统包括主箱子系统、套管子系统、热子系统和抽头变更子系统。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述诊断包括所述电力变换器的健康指标、所述电力变换器的所述健康指标的置信值和所述电力变换器的规定动作。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述预报包括所述电力变换器的故障概率、所述电力变换器的预计使用期限和所述电力变换器的事件概率。

6.如权利要求1所述的系统，其中，基于物理学的模型包括操作和非操作电力变换器数据的所述潜在组合与所述电力变换器的所述一个或多个子系统的所述潜在条件之间的基于物理学的相关性，其中所述基于物理学的相关性表示在所述电力变换器的所述一个或多个子系统的每个中能够发生的物理过程。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述经验模型包括操作和非操作电力变换器数据的所述潜在组合与所述电力变换器的每个子系统的所述潜在条件之间的统计相关性，其中所述统计相关性表示所述电力变换器的每个子系统中易于发生的条件的专家知识和统计趋势。

8.如权利要求1所述的系统，包括一个或多个联机监测装置，其配置成收集与所述特定电力变换器的所述一个或多个子系统相关的所述非操作电力变换器数据和/或所述操作数据变换器，并且配置成向所述通信电路提供所述操作数据。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述操作数据包括所述电力变换器的每相电压和电流向量、变换器加载和/或过载、瞬态电压和电流事件、环境温度、绕组电阻、泄漏电抗、磁芯励磁电流、磁芯损耗和励磁功率因数、磁芯地、溶解气体分析(DGA)或者其组合。

10.如权利要求1所述的系统，包括配置成存储与所述电力变换器有关的非操作数据的一个或多个数据库系统，其中所述一个或多个数据库系统配置成向所述通信电路提供所述非操作数据。