CN107255792A - 一种电子式电压互感器误差在线监测方法及系统 - Google Patents
一种电子式电压互感器误差在线监测方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统，其方法包括以下步骤：1)采集校准投运的三相电子式电压互感器的测量数据，利用主元分析的方法建立测量数据的残差模型，并计算残差模型下测量数据统计特征量的控制限；2)采集运行状态下的三相电子式互感器的测量数据，根据步骤1)建立的残差模型计算其统计特征量，并与统计控制限进行比较判断电子式互感器的误差状态是否正常；3)当测量数据的统计特征量超越其统计控制限时利用变量贡献率法对电子式互感器的误差异常进行诊断。本发明提供的电压互感器误差状态在线监测方法及系统，能够实现脱离传统标准器定期检测的方法实现电子式电压互感器误差状态的实时在线监测。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，更具体地，涉及一种电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统。
背景技术
电子式电压互感器是一种新型的电压信号测量装备，同传统的电磁式电压互感器相比在绝缘、成本、测量带宽等方面具有较大的优势，目前存在的主要问题在于其测量误差的长期稳定性方面。电子式电压互感器的测量误差评估长期沿用周期检验模式。传统的性能评估方法按是否带电操作分为离线校验和在线校验两种。对于一次侧高压运行状态下的电子式电压互感器，离线校验必须停电，影响其供电可靠性；带电校验还在技术发展的过程中，且长期连续在线校验在运的互感器并不现实。此外，带电校验更适合有明确的误差恶化情况下的定点精确校准，而在运的电力互感器数量庞大，因此带电校验不适合用于量大面广的电子式电压互感器长期运行状态评估。目前还没有方法能对电子式电压互感器进行长期有效监测，当其发生故障后，难以及时、准确确定故障点的位置，影响故障消除的及时性和保护计量等应用的可靠性。
另一方面，现有的性能检测即周期性检验的实质是对电子式电压互感器进行时域抽样评估，以离散时间点上的状态评价设备运行状态，因而随机性较大且效果不理想。综上所述，传统的定期检修已经不适应智能变电站的发展要求，为了达到对智能变电站的电子式电压互感器运行状态长期连续监测的目的，对在整个实施过程中不依赖任何标准器的电子式电压互感器误差状态方法具有需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统，其目的在于实现脱离标准电压互感器条件、而对在运电子式电压互感器的误差状态的在线监测。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电子式电压互感器误差状态在线监测方法，包括如下步骤：
(1)采集校准投运后的三相电子式电压互感器在正常运行状态下的测量数据，构成测量矩阵
其中，uan是指A相电子式电压互感器的测量数据，ubn是指B相电子式互感器的测量数据，ucn是指C相电子式互感器的测量数据，n为采集的样本数；
(2)利用主元分析法根据上述测量矩阵建立三相电子式电压互感器测量数据的残差模型，并计算测量矩阵的Q统计量的统计控制限；
(3)采集在运三相电子式电压互感器的实时测量数据，根据残差模型计算三相电子式电压互感器的实时Q统计量；
并将计算得到的Q统计量与步骤(2)获得的统计控制限进行比较，当计算得到的Q统计量超过上述统计量控制限，判定三相电子式电压互感器中有互感器的测量误差状态发生异常。
优选地，上述电子式电压互感器误差状态在线监测方法，还包括故障识别的步骤(4)：
(4)通过建立统计贡献图法进行异常互感器辨识，具体方法如下：在正常运行的情况下，Q统计量的值应小于其控制限，当电子式电压互感器发生异常偏差时其测量数据的Q统计量将超越其控制限；
当Q统计量超过控制限后，第i相电子式电压互感器测量数据Xi对Q统计量的贡献率
为标准化后的第i相电子式电压互感器的测量值，Xi是第i相电子式电压互感器的测量值重构后的值，根据三相电子式电压互感器的测量数据对异常Q统计的贡献率来判断具体哪一相电子式电压互感器的误差状态发生异常,贡献率最大的那一相电子式电压互感器发生异常。
优选地，上述电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其步骤(2)包括如下子步骤：
(2.1)通过对测量矩阵Xn×3进行主元分析，将三相电子式电压互感器的测量误差状态投影到残差空间中建立残差模型；
(2.2)获取测量矩阵的Q统计量其中，是显著性水平为α的Q统计量控制限；
其中，
Cα是正态分布在检测水平为α下的临界值；a是指主元个数；
优选地，上述电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其步骤(2.1)包括如下子步骤：
(2.1.1)对测量矩阵进行标准化处理，获得标准化的测量矩阵
其中，1n是所有元素都为1的n维列向量，u＝[ua,ub,uc]T是三相电子式电压互感器测量数据的均值向量，Dσ＝diag(σ1 2,…σ3 2)是三相电子式电压互感器测量数据的方差矩阵；
(2.1.2)将标准化的测量矩阵按照下式进行分解：
其中，X＝TPT为标准化的测量矩阵的主元模型值，E＝TPT为残差模型值，T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T为残差得分矩阵，P为残差载荷矩阵；
主元载荷矩阵和残差载荷矩阵可通过测量矩阵X的协方差矩阵Σ进行奇异值分解得到；
Λ＝diag(λ1,λ2,λ3)；λ1≥λ2≥λ3；λ1，λ2，λ3为上述协方差矩阵Σ的特征值，[P P]为特征值λ1，λ2，λ3对应的特征向量组成的载荷矩阵。
按照本发明的另一方面，提供了一种电子式电压互感器误差状态在线监测系统，包括相互连接的合并单元和在线监测模块；
其中，合并单元用于采集三相电子式电压互感器三相的测量数据并将测量数据解析组帧后按照IEC61850-9-2协议发送到在线监测模块；
在线监测模块用于根据输电网节点三相对称的运行特性，采用主元分析的方法对三相电子式电压互感器的测量数据进行相关性分析，将影响电子式电压互感器测量数据的因素进行分类，根据接收到的数据计算获取三相电子式电压互感器的实时Q统计量，并将实时Q统计量与Q统计量控制限进行比较来进行误差状态监测、辨识故障相，实现脱离标准电压互感器条件下对在运电子式电压互感器的误差状态的在线评估。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统，基于设备监测数据对设备状态进行实时连续采集，并进行计量误差状态的分析，同传统误差状态评估方法相比由于评估过程不依赖标准器，可以有效减少评估成本，具有较高的经济性；
(2)本发明提供的电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统，基于设备监测数据对设备误差状态进行在线评估，同传统的离线评估方法相比可有效减少电网的非故障停电时间，提高电力系统的运行稳定性和可靠性。
附图说明
图1是实施例提供的电子式电压互感器误差状态在线监测方法的流程示意图；
图2是实施例提供的电子式电压互感器误差状态在线监测系统的功能框图示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的电子式电压互感器误差状态在线监测方法及系统，其监测对象为智能变电站一个间隔内的三相电子式电压互感器，其思路在于：根据输变电系统节点三相对称运行的电气物理特性，利用主元分析的方法对智能变电站一个间隔内的三相电子式电压互感器的测量数据进行相关性分析，建立误差状态评估方法和异常诊断方法，实现脱离标准电压互感器条件下对在运电子式电压互感器的误差状态的在线评估；可有效减少智能变电站的非故障停电时间；及时判断电子式互感器的运行状态，为电子式电压互感器的检修提供数据支撑，保障智能电网的安全稳定运行。以下结合附图和实施例来具体阐述。
实施例提供的电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)采集校准投运后的三相电子式电压互感器在正常运行状态下的测量数据，构成测量矩阵
其中，uan是指A相电子式电压互感器的电压测量数据，ubn是指B相电子式电压互感器的电压测量数据，ucn是指C相电子式电压互感器的电压测量数据，n为采集的样本数；
(2)利用主元分析法根据上述测量矩阵建立三相电子式电压互感器测量数据的残差模型，并计算测量矩阵的Q统计量的统计控制限；具体包括如下子步骤：
(2.1)通过对测量矩阵Xn×3进行主元分析，将三相电子式电压互感器的测量误差状态投影到残差空间中建立残差模型；
(2.1.1)为了避免变量不同量纲所带来的影响，首先对测量矩阵进行标准化处理，获得标准化的测量矩阵
其中，1n是所有元素都为1的n维列向量，u＝[ua,ub,uc]T是三相电子式电压互感器测量数据的均值向量，Dσ＝diag(σ1 2,…σ3 2)是三相电子式电压互感器测量数据的方差矩阵；
(2.1.2)将标准化的测量矩阵按照下式进行分解：
其中，X＝TPT为标准化的测量矩阵的主元模型值，E＝TPT为残差模型值，T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T为残差得分矩阵，P为残差载荷矩阵；
主元载荷矩阵和残差载荷矩阵可通过测量矩阵X的协方差矩阵Σ进行奇异值分解得到；
Λ＝diag(λ1,λ2,λ3)；λ1≥λ2≥λ3；λ1，λ2，λ3上述协方差矩阵Σ的特征值，[P P]为特征值λ1，λ2，λ3对应的特征向量组成的载荷矩阵；
(2.2)获取测量矩阵的Q统计量其中，是显著性水平为α的Q统计量控制限；
其中，
Cα是正态分布在检测水平为α下的临界值；a是指主元变量个数；
(3)采集在运三相电子式电压互感器的实时测量数据，根据残差模型计算三相电子式电压互感器的实时Q统计量；
并将计算得到的Q统计量与Q统计量控制限进行比较，当计算得到的Q统计量超过Q统计量控制限，判定三相电子式电压互感器中有互感器的测量误差状态发生异常；
(4)通过建立统计贡献图法进行异常互感器辨识，具体方法如下：在正常运行的情况下，Q统计量的值应小于其控制限，当电子式电压互感器发生异常偏差时其测量数据的Q统计量将超越其控制限；
当Q统计量超过控制限后，第i相电子式电压互感器的测量值Xi对Q统计量的贡献率
为经过标准化后的第i相电子式互感器的值，Xi是第i相电子式电压互感器重构后的数值，根据三相电子式电压互感器的测量数据对异常Q统计的贡献率来判断具体哪一个电子式电压互感器的误差状态发生异常,贡献率最大的那一相电子式电压互感器发生异常。可根据识别出的具体某一相电子式电压互感器的误差状态故障来指导相关工作人员进行电子式电压互感器的检修工作。
实施例提供的电子式电压互感器误差状态在线监测系统，其监测对象为智能变电站中一个间隔内的三相电子式电压互感器，其系统构成如图2所示，包括相互链接的合并单元和在线监测模块；
其中，合并单元用于采集三相电子式电压互感器三相的测量数据并将测量数据解析组帧后按照IEC61850-9-2协议发送到在线监测模块；
在线监测模块用于根据输电网节点三相对称的运行特性，采用主元分析的方法对三相电子式电压互感器的测量数据进行相关性分析，将影响电子式电压互感器测量数据的因素进行分类，并根据上述的电子式电压互感器误差状态在线监测方法，根据接收到的数据计算获取三相电子式电压互感器的实时Q统计量，并通过将实时Q统计量与Q统计量控制限进行比较来进行误差状态监测、辨识故障相，实现脱离标准电压互感器条件下对在运电子式电压互感器的误差状态的在线评估。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集校准投运后的三相电子式电压互感器在正常运行状态下的测量数据，构成测量矩阵
其中，uan是指A相电子式电压互感器的测量数据，ubn是指B相电子式互感器的测量数据，ucn是指C相电子式互感器的测量数据，n为采集的样本数；
(2)利用主元分析法根据所述测量矩阵建立三相电子式电压互感器测量数据的残差模型，并计算测量矩阵的Q统计量的统计控制限；
(3)采集在运三相电子式电压互感器的实时测量数据，根据残差模型和所述实时测量数据计算三相电子式电压互感器的实时Q统计量；
并将所述实时Q统计量与所述统计控制限进行比较，当所述实时Q统计量超过所述统计控制限，判定三相电子式电压互感器中有互感器的测量误差状态发生异常。
2.如权利要求1所述的电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其特征在于，还包括如下采用统计贡献图法进行异常互感器辨识的步骤：
(4)获取第i相电子式电压互感器测量数据Xi对Q统计量的贡献率
判定贡献率最大的那一相电子式电压互感器发生异常；
其中，为标准化后的第i相电子式电压互感器的测量值，Xi是第i相电子式电压互感器的测量值重构后的值。
3.如权利要求1或2所述的电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下子步骤：
(2.1)通过对测量矩阵Xn×3进行主元分析，将三相电子式电压互感器的测量误差状态投影到残差空间中建立残差模型；
(2.2)获取测量矩阵的Q统计量
其中，是显著性水平为α的Q统计量控制限；
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Cα是正态分布在检测水平为α下的临界值，a是指主元个数。
4.如权利要求3所述的电子式电压互感器误差状态在线监测方法，其特征在于，所述步骤(2.1)包括如下子步骤：
(2.1.1)对测量矩阵进行标准化处理，获得标准化的测量矩阵
其中，1n是所有元素都为1的n维列向量，u＝[ua,ub,uc]T是三相电子式电压互感器测量数据的均值向量，Dσ＝diag(σ1 2,…σ3 2)是三相电子式电压互感器测量数据的方差矩阵；
(2.1.2)将标准化的测量矩阵按照下式进行分解，获得残差模型E E＝TPT；
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1
其中，X＝TPT为标准化的测量矩阵的主元模型值，E＝TPT为残差模型值，T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T为残差得分矩阵，P为残差载荷矩阵。
5.一种电子式电压互感器误差状态在线监测系统，其特征在于，包括相互连接的合并单元和在线监测模块；
所述合并单元用于采集三相电子式电压互感器三相的测量数据并将测量数据解析组帧后发送到在线监测模块；所述在线监测模块用于采用主元分析的方法根据接收到的数据计算获取三相电子式电压互感器的实时Q统计量，并将实时Q统计量与Q统计量控制限进行比较来辨识出故障相。
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