CN105699893A - 一种配网电动机负荷过载指数预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配网电动机负荷过载指数预测方法及装置。一种配网电动机负荷过载指数预测装置，其信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，央处理单元的输出端分别与人机交互信息显示单元、遥控单元和4G通信传输模块的输入端连接，遥控单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器，中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机，遥控单元选用型号为HS0038红外线探头，4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块，人机交互信息显示单元为HG1286402C型号的液晶显示模块。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

一种配网电动机负荷过载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，特别是涉及一种配网电动机负荷过载指数预测方法及装置，它属于电力系统技术领域。

背景技术

电动机是将电能转换成机械能的设备，在能量转换过程中要损失部分能量，使电动机发热，温度升高。其结果，影响绝缘的寿命和电动机的其它性能。例如，发热使气隙减少，引起附加损耗增加和转矩减小。电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。配电网电动机负荷占总负荷的60％以上，尤其是大型电机，如果电动机负荷因过载导致故障，将造成配网大量负荷损失，甚至造成大面积停电事故，严重影响配网供电可靠性和电网安全运行。因此，准确掌握配网电动机负荷过载指数，对电网运行管理部门实施负荷控制至关重要。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。

发明内容

本发明目的是提供一种配网电动机负荷过载指数预测方法，通过建立适合工程实际应用的配网电动机负荷过载指数预测模型，以有效地解决对配电变压器熔断器过负荷的精确预测。

本发明的另一个目的是提供一种配网电动机负荷过载指数预装置，其预测精确度高、数据采集及处理效率高。

为了实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种配网电动机负荷过载指数预测方法，步骤如下：

步骤一：建立配网电动机负荷过载指数演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度构成的一系列状态向量：

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

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：

其中：为调整加速系数，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：

令电动机负荷过载指数的预测值为且有：

$y_{y_n}=f\left(N{E}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数。

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，则有：

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：计算配网电动机负荷过载指数预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

即为配网电动机负荷过载指数预测值。

一种权利要求1所述配网电动机负荷过载指数预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、遥控单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述央处理单元的输出端分别与人机交互信息显示单元、遥控单元和4G通信传输模块的输入端连接，遥控单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器，所述的中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机，所述的遥控单元选用型号为HS0038红外线探头，所述的4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块，所述的人机交互信息显示单元为HG1286402C型号的液晶显示模块。

所述信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STC89C51芯片的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引脚，单片机STC89C51芯片的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与液晶显示模块的SCL、DIO、CS、RESET连接，进行串口通信，单片机STC89C51芯片的P0.5与红外线接收探头的DATA相连，实现无线遥控，单片机STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信传输单元ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远方调度中心进行通讯。

所述的信号采集单元是由电动机转速传感器、电动机温度传感器、电动机电流互感器、电动机电压互感器和空气湿度传感器组成。

所述的信号采集单元选用CZ300型转速传感器、HE-200红外温度传感器、DHC03B型电流互感器、DH51D6V0.4B型电压互感器、STYB3100111A50型湿度传感器。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的一种配网电动机负荷过载指数预测装置，提出利用直接测量电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度作为输入量，并最终利用A/D转换单元、中央处理单元、人机交互信息显示单元和4G传输模块实现配网电动机负荷过载指数预测。避免了传统采用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，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。本发明对配网电动机负荷过载指数做出预测，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，提高配网电动机负荷过载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电网配网电动机负荷过载指数进行预测。

附图说明

图1是本发明配网电动机负荷过载指数预测流程图；

图2是本发明的结构示意框图；

图3是本发明的电路连接结构示意图；

图4是本发明的预测结果图。

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。

本发明一种配网电动机负荷过载指数预测方法结合实例和附图1加以说明如下：

步骤一：建立配网电动机负荷过载指数演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度构成的一系列状态向量：

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

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：

其中：为调整加速系数，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：

令电动机负荷过载指数的预测值为且有：

$y_{y_n}=f\left(N{E}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数。

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，则有：

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：计算配网电动机负荷过载指数预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

即为配网电动机负荷过载指数预测值。

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，一种配网电动机负荷过载指数预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、遥控单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元。其所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述央处理单元的输出端分别与人机交互信息显示单元、遥控单元和4G通信传输模块的输入端连接，遥控单元的输出端与中央处理单元的输入端连接。信号采集单元选用CZ300型转速传感器、HE-200红外温度传感器、DHC03B型电流互感器、DH51D6V0.4B型电压互感器、STYB3100111A50型湿度传感器。A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机。遥控单元选用型号为HS0038红外线探头。4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块。人机交互信息显示单元为HG1286402C型号的液晶显示模块。

如图3所示，信号采集单元的电动机转速传感器、电动机温度传感器、电动机电流互感器、电动机电压互感器和空气湿度传感器输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STC89C51芯片的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引脚，单片机STC89C51芯片的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与液晶显示模块的SCL、DIO、CS、RESET连接，进行串口通信，单片机STC89C51芯片的P0.5与红外线接收探头的DATA相连，实现无线遥控，单片机STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信传输单元ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远程上位机通讯。

本发明的工作原理如下：

电动机转速传感器、电动机温度传感器、电动机电流互感器、电动机电压互感器和空气湿度传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入STC89C51单片机的数据输入口，再由单片机对配网电动机负荷过载指数进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据送到4G传输模块，为与远方调度通讯做好准备；同时，遥控单元还可以对数据传输、液晶显示内容进行控制。A/D转换单元用于将信号采集单元采集的模拟信号转换成数字信号；中央处理单元对A/D转换单元输出的数字信号进行处理；遥控单元用于控制配网电动机负荷过载指数预测结果的显示和传送；人机交互信息显示单元用于配网电动机负荷过载指数预测结果的显示；4G通信传输单元用于将配网电动机负荷过载指数预测值向接收端发送。

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 (5)

1.一种配网电动机负荷过载指数预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：建立配网电动机负荷过载指数演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到电动机转速、电动机温度、电动机电流、电动机电压、空气湿度构成的一系列状态向量：

$X_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T$

$X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T$

...

$X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T$

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：

$W_{t_n}=\begin{array}{cc}\left(\begin{array}{cc}& 1\end{array}\right)W_{t_n}^T{X}_{t_n}& W_{t_{n1}}\end{array}$

其中：为调整加速系数，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：

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

令电动机负荷过载指数的预测值为且有：

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

其中f(x)为预测输出函数。

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K，定义t_n为过载指数期望阈值与实际预测值之差，则有：

$t_n=\left|\begin{array}{cc}{P}_K& y_{t_n}\end{array}\right|$

若t_n时刻有：t_n小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀。

步骤五：计算配网电动机负荷过载指数预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

$y_{t_{n+1}}=f\underset{5}{\overset{}{i=1}}{w}_{0i}{x}_{t_{n1}i}$

即为配网电动机负荷过载指数预测值。

2.一种权利要求1所述配网电动机负荷过载指数预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、遥控单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端分别与人机交互信息显示单元、遥控单元和4G通信传输模块的输入端连接，遥控单元的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器，所述的中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机，所述的遥控单元选用型号为HS0038红外线探头，所述的4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块，所述的人机交互信息显示单元为HG1286402C型号的液晶显示模块。

3.根据权利要求2所述的一种配网电动机负荷过载指数预测装置，其特征在于：所述信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STC89C51芯片的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引脚，单片机STC89C51芯片的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与液晶显示模块的SCL、DIO、CS、RESET连接，进行串口通信，单片机STC89C51芯片的P0.5与红外线接收探头的DATA相连，实现无线遥控，单片机STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信传输单元ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远程上位机通讯。

4.根据权利要求2或3所述的一种配网电动机负荷过载指数预测装置，其特征在于：所述的信号采集单元是由电动机转速传感器、电动机温度传感器、电动机电流互感器、电动机电压互感器和空气湿度传感器组成。

5.根据权利要求4所述的一种配网电动机负荷过载指数预测装置，其特征在于：所述的信号采集单元选用CZ300型转速传感器、HE-200红外温度传感器、DHC03B型电流互感器、DH51D6V0.4B型电压互感器、STYB3100111A50型湿度传感器。