CN108876068A - 一种电网故障预测检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电网故障预测检测方法,包括以下步骤:1)获取目标电网历史数据,历史数据包含n个属性,构建历史数据的当前训练集D;2)对第i个属性设置Vi个故障判断条件,从当前训练集D中划分出Vi个属性子集;计算当前训练集D以及各属性子集的信息熵Ent;3)分别计算各属性子集的信息增益;4)将信息增益最大的属性作为第1划分属性,以其故障判断条件对当前训练集D预测,得到正常数据子集D1和故障数据子集D2;5)以正常数据子集D1作为当前训练集D,重复上述步骤2)~4),建立决策树;6)对目标电网同步采样,将采样数据转换成频域数据;7)根据决策树,对频域数据进行预测;8)将预测为故障的数据与故障模型比对核实。

Description

一种电网故障预测检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电网故障预测检测技术领域,具体涉及一种电网故障预测检测方法及装置。
背景技术
对电网的故障进行预测及诊断,在电网的运行过程中具有重要的作用;电网中需检测的装置数量很多,目前能够预测电网故障的设备主要是相量测试单元(PMU),价格昂贵,主要应用于干线上,馈线缺少有效的故障预测检测,是当下电网的薄弱环节;此外,相量测试单元只获得频谱,即时判定电能质量,无预测余量,对于故障的诊断和预测都不及时。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电网故障预测检测方法及装置,可以以低成本预测、检测电网故障。
本发明通过以下技术方案实现:
一种电网故障预测检测方法,包括以下步骤:
1)获取目标电网的m个历史数据,每个历史数据包含n个属性,构建包含m个历史数据的当前训练集D;
2)对第i个属性设置Vi个故障判断条件,i=1,2,……n,从当前训练集D中划分出Vi个属性子集ai 1、ai 2……ai Vi;根据公式(1)计算当前训练集D以及各属性子集的信息熵Ent;
式中,y表示历史数据的正常和故障两种状态,P1、P2分别表示正常数据和故障数据的比例;
3)根据公式(2)分别计算第i个属性的第x个属性子集ai x的信息增益Gain(D,ai x);
式中|D|表示当前训练集D所包含的元素数量,|ai x|表示第i个属性的第x个属性子集ai x中包含的元素数量;
4)将信息增益最大的属性作为第1划分属性,以其故障判断条件对当前训练集D预测,得到正常数据子集D1和故障数据子集D2
5)以正常数据子集D1作为当前训练集D,对剩余属性重复上述步骤2)~4),得到第2划分属性,……第n划分属性,建立决策树;
6)对目标电网的电压、电流信号同步采样得到采样数据,将采样数据从时域数据转换成频域数据;
7)根据决策树,对频域数据进行预测;
8)若某时间点的频域数据的预测结果为故障,则将该时间点前、后数个采样周期内的数据与故障模型比对核实。
本发明的进一步方案是,步骤1)中的m个历史数据包括故障数据和正常数据,其中故障数据的比例为50%~100%。
本发明的进一步方案是,步骤6)的采样数据送入SDRAM缓存中,构成乒乓结构,防止数据读取冲突。
本发明的进一步方案是,步骤6)采用基2-FFT算法将采样数据从时域数据转换成频域数据,相比DFT算法能够降低一半的运算量,进一步降低对硬件的配置要求。
本发明的进一步方案是,还包括步骤9):对步骤8)核实为故障的采样数据进行S变换,对采样数据进行深度分析,进一步提高故障
一种采用上述电网故障预测检测方法的装置,包括具有浮点运算功能的处理器,所述处理器经滤波电路、调理电路和A/D转换芯片接收采样数据,通过FMC将采样数据写入SDRAM内存中;所述处理器还外扩有GPS芯片、SD卡、FRAM芯片、信息插座连接器、网络接口、人机交互单元。
本发明与现有技术相比的优点在于:
基于决策树中的ID3算法对电网的频域采样数据进行分类预测,对预测结果为故障的数据再进行比对核实;数据处理量小,对硬件的配置要求低,有效降低成本,而且能够预测、检测电网的故障,在小故障蔓延到区域电网之前提供足够的信息决策,提高电网运行的安全性。
附图说明
图1为本发明的装置结构框图。
图2为实施例中ID3决策树示意图。
具体实施方式
如图1所示一种电网故障预测检测装置,包括具有DSP内核的STM32F767芯片,所述DSP芯片经滤波电路、调理电路和A/D转换芯片接收采样数据,通过FMC将采样数据写入SDRAM内存中;所述DSP芯片还外扩有GPS芯片、SD卡、FRAM芯片、信息插座连接器、网络接口、人机交互单元。
该装置采用的电网故障预测检测方法包括以下步骤:
1)获取目标电网的10个历史数据,如下表所示,该10个历史数据中包括9个故障数据和1个正常数据,每个历史数据包含4个属性,分别为:幅值偏差比、相位差、频率偏差比、帕斯瓦尔能量;构建包含10个历史数据的当前训练集D;
2)对第i个属性设置Vi个故障判断条件,i=1,2,……n,从当前训练集D中划分出Vi个属性子集ai 1、ai 2……ai Vi;以幅值偏差比属性为例,设置3个故障判断条件:<0.95、[0.95,1.05]、>1.05,从当前训练集D中划分出3个属性子集:a1 1={<0.95}={1,6},a1 2={[0.95,1.05]}={2,4,7,8,9,10},a1 3={>1.05}={3,5};而帕斯瓦尔能量的故障判断条件是:是否在参考值W范围内;
根据公式(1)计算当前训练集D以及各二级子集的信息熵Ent;
式中,y表示历史数据的正常和故障两种状态,P1、P2分别表示m个历史数据中正常数据和故障数据的比例,本实施例中,P1为0.1,P2为0.9;
3)根据公式(2)分别计算第i个属性的第x个属性子集ai x的信息增益Gain(D,ai x);
式中|D|表示当前训练集D所包含的元素数量,|ai x|表示第i个属性的第x个属性子集ai x中包含的元素数量;
4)将信息增益最大的属性作为第1划分属性,以其故障判断条件对当前训练集D预测,得到正常数据子集D1和故障数据子集D2
5)以正常数据子集D1作为当前训练集D,对剩余属性重复上述步骤2)~4),得到第2划分属性,第3划分属性,第4划分属性,建立决策树;
6)通过互感器、滤波电路、调理电路将配电网的强电信号转换成可测量信号,待测信号为电网的三相电压、电流(Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic),调理电路采用差分信号方式,防止信号出现过饱和状态,同时在输入端加入电压跟随器,保证输入电压不会发生变化,完成阻抗匹配;由于配电网分散各地,需要获得同步信号进行频谱分析,采样同步时钟取自Beidou/GPS的精度优于1us的PPS信号,同时利用Beidou/GPS的UTC时间给采集的数据打上时间戳,便于整个网络数据同步,终端内部还需要利用机器周期和采样间隔实现软计时,来进行PPS信号矫正,防止终端丢星后无法正常工作;在GPS芯片的PPS信号统一授时下,通过24bit的高速AD7767芯片同步采集电网电压、电流的采样数据,每一路信号满足香侬采样定理,每秒采集1024个点,共六路信号,由于数据量较大,为缓解DSP计算压力,将AD芯片采集到的采样数据通过FMC传到SDRAM中缓存,构成乒乓结构,防止数据读取冲突;采用基2的FFT算法将采样数据进行傅里叶变换,运算量可以比DFT减少一半,STM32F767一次1024点的傅里叶变换需要0.5ms,每路需要10次,有6路,共耗时30ms(<1s)满足PPS采样间隔;将采样数据从时域数据转换成频域数据,进行幅值、相位、频率分析,可以避免传统时域中体现不出的故障信息,在频域数据的频谱中能够直观的发现基波、谐波的变化,能快判断故障类型;
7)将存在内存中的频域数据送与决策树中进行预判故障;
8)若某时间点的频域数据的预测结果为故障,则将该时间点前、后一个采样周期内的数据存入SD卡中进行录波存档,同时将数据与内存中存放的电压、电流故障模型比对,若三路电压、三路电流中有一路异常,将故障性质由预测转变为故障判定,同时根据异常状态判断故障类型短路、断路、缺相中的哪一种;若三路电压、三路电流均正常,则故障性质仍为预测。
内存中存放的故障模型为:
短路:电流W帕斯瓦尔偏离参考值;
断路:电流W帕斯瓦尔偏离参考值;
缺相:电压
9):按照国家电网的104协议,将步骤8)核实为故障的采样数据通过太网模块发送到云平台中进行S变换,深度分析各参量。

Claims (6)

1.一种电网故障预测检测方法,其特征在于包括以下步骤:
1)获取目标电网的m个历史数据,每个历史数据包含n个属性,构建包含m个历史数据的当前训练集D;
2)对第i个属性设置Vi个故障判断条件,i=1,2,……n,从当前训练集D中划分出Vi个属性子集ai 1、ai 2……ai Vi;根据公式(1)计算当前训练集D以及各属性子集的信息熵Ent;
式中,y表示历史数据的正常和故障两种状态,P1、P2分别表示正常数据和故障数据的比例;
3)根据公式(2)分别计算第i个属性的第x个属性子集ai x的信息增益Gain(D,ai x);
式中|D|表示当前训练集D所包含的元素数量,|ai x|表示第i个属性的第x个属性子集ai x中包含的元素数量;
4)将信息增益最大的属性作为第1划分属性,以其故障判断条件对当前训练集D预测,得到正常数据子集D1和故障数据子集D2
5)以正常数据子集D1作为当前训练集D,对剩余属性重复上述步骤2)~4),得到第2划分属性,……第n划分属性,建立决策树;
6)对目标电网的电压、电流信号同步采样得到采样数据,将采样数据从时域数据转换成频域数据;
7)根据决策树,对频域数据进行预测;
8)若某时间点的频域数据的预测结果为故障,则将该时间点前、后数个采样周期内的数据与故障模型比对核实。
2.如权利要求1所述的一种电网故障预测检测方法,其特征在于:步骤1)中的m个历史数据包括故障数据和正常数据,其中故障数据的比例为50%~100%。
3.如权利要求1所述的一种电网故障预测检测方法,其特征在于:步骤6)的采样数据送入SDRAM缓存中,构成乒乓结构。
4.如权利要求1所述的一种电网故障预测检测方法,其特征在于:步骤6)采用FFT算法将采样数据从时域数据转换成频域数据。
5.如权利要求1所述的一种电网故障预测检测方法,其特征在于:还包括步骤9):对步骤8)核实为故障的采样数据进行S变换。
6.一种采用如权利要求1~5任一项所述电网故障预测检测方法的装置,其特征在于:包括具有浮点运算功能的处理器,所述处理器经滤波电路、调理电路和A/D转换芯片接收采样数据,通过FMC将采样数据写入SDRAM内存中;所述处理器还外扩有GPS芯片、SD卡、FRAM芯片、信息插座连接器、网络接口、人机交互单元。
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