CN109472388B - 一种基于损耗的保电设备故障预警方法和系统 - Google Patents

一种基于损耗的保电设备故障预警方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及配电网故障预警技术领域，具体涉及一种基于损耗的保电设备故障预警方法。一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，包括以下步骤：A)导入电网拓扑结构和保电任务，获得保电线路和保电设备；B)监测保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度；C)建立保电设备损耗与保电线路负载和温度的预测函数；D)保电期间监测保电线路负载和保电设备工作环境温度，根据预测函数计算预测保电设备损耗；E)将监测所得保电设备损耗与预测保电设备损耗对比，若差值超过设定阈值则发出故障预警。本发明的有益效果是：能够有效的对供电设备进行故障预警，及时发现运行状况变差的供电设备。

Description

一种基于损耗的保电设备故障预警方法和系统
技术领域
本发明涉及配电网故障预警技术领域，具体涉及一种基于损耗的保电设备故障预警方法。
背景技术
随着电网的现代化建设，电网中越来越多的使用智能化的供电设备。智能化供电设备具有功能多和使用方便的特点，但也存在有维护难度高，故障率高于普通供电设备的问题。因而电网中对于供电设备的故障维修工作出现了设备多、型号多和故障检测繁琐的现象。近年来多个世界范围内备受瞩目的大型活动在北京等城市举办，重大活动的保供电任务成了对城市供电系统的严峻挑战和考验。在重大活动保供电中，通常采用双电源甚至双线路的手段保证不间断供电，动员大量技术人员和物质，保证供电设备的及时抢修。如果能够在早期发现故障的征兆，则能够为抢修和供电调整争取到宝贵的先机和时间，所以在保供电活动中，通常会组织大量的巡视活动，然后仅靠肉眼巡视难以及时发现征兆不明显的问题，造成人员投入大，而收效有限。因而需要一种能够有效对供电设备进行故障预警的方法。
中国专利号CN 106548284A，公开日2017年3月29日，一种面向运行调控的自适应模块化电网安全预警评价方法，包括：构建交直流混联电网稳定性评价指标体系并形成安全预警评价模块，基于德尔菲专家会议机制，利用专家经验确定初始模块指标构成；并得到稳定性评价指标体系中指标评价结果序列和安全预警评价模块的评价结果序列；基于灰色关联分析法获取模块评价结果序列与全体指标计算结果序列之间的关联度；如果关联度超过阈值的指标与安全预警评价模块原有指标组成不同，则选取这些高关联度的指标对安全预警评价模块进行更新；否则基于最小距离模型将安全预警评价模块中指标的主观权重与客观权重融合获得综合权重，最终得到安全预警评价模块综合评价结果，并给出电网安全预警。其能够在宏观上给出电网运行预警，但不能准确判断出具体可能出现故障的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：保电活动中缺乏有效的供电设备故障预警方法。提出了一种通过采集样本节点构建插值函数并监测供电设备损耗变换实现保电设备的故障预警的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于损耗的保电设备故障预警方法，包括以下步骤：A)导入电网拓扑结构和保电任务，获得保电线路和保电设备；B)监测保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度；C)建立保电设备损耗与保电线路负载和温度的预测函数；D)保电期间监测保电线路负载和保电设备工作环境温度，根据预测函数计算预测保电设备损耗；E)将监测所得保电设备损耗与预测保电设备损耗对比，若差值超过设定阈值则发出故障预警。供电设备发生故障前将运行在不良状态，在不良状态下设备的电阻、阻抗或温度将有所升高，并导致在设备上消耗的损耗功率增加，通过监测并跟踪保电设备的损耗，即可在保电设备工作在不良状态时及时发现，并根据损耗的增加情况安排现场巡视或更换设备。因而本发明方法具有投入少、预警早、预警准确的优点，能够运用于各种级别的保电活动中，具有良好的应用前景。
作为优选，所述监测保电设备损耗的方法为：在保电设备的输入和输出端分别安装负载表，两个负载表的差值即为保电设备损耗。
作为优选，所述预测函数包括负载预测函数和温度预测函数，建立负载预测函数包括以下步骤：CA1)以周期t采集保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度，获得节点集合；CA2)以温度T0为起始值，以温度间隔△T划分温度梯度，将节点集合按照温度梯度分组，以温度梯度的上限值作为本温度梯度的标记温度；CA3)分别对每组节点进行插值函数计算，获得标记温度下的负载预测函数。CA4)依据不同温度梯度下的保电设备损耗和保电线路负载的函数计算温度预测函数。
作为优选，所述设定阈值的计算方法为：设定阈值＝保电设备当前负载*0.05，所述保电设备当前负载由调度中心导入。
作为优选，所述温度间隔△T为2摄氏度。
作为优选，所述建立温度预测函数包括以下步骤：CB1)以保电线路0负载为起点，以△Q为间隔建立标记负载，在标记负载处对不同温度下的预测函数进行采样，获得温度节点集合；CB2)将同保电线路负载的温度节点作为一组，计算出插值函数，得到标记负载下的温度预测函数。
在保电任务开始前，即开始以周期t采集保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度的样本点。由于在采样期间，保电设备所经历的保电线路负载变化和温度变化范围有限，因而需要进行插值函数的计算。将采集到的全部样本点按温度分组，温度相近的样本点视为温度相同，从而构建出若干个温度点下的保电设备损耗关于保电线路负载的插值函数，记为负载预测函数。而后在所得的负载预测函数上取样，将某个负载上的一系列负载预测函数在不同温度下的函数值取出，作为温度与损耗的样本节点，进行某个负载在温度与损耗关系的插值函数计算，得出不同负载下，保电设备损耗关于工作环境温度的插值函数，记为温度预测函数。
作为优选，所述计算预测保电设备损耗包括以下步骤：DA1)找到监测所得保电设备工作环境温度两侧标记温度下的两个负载预测函数；DA2)将监测所得保电线路负载代入所述两个负载预测函数，得到两个预测值，计算连接所述两个预测值的直线的函数，将监测所得保电设备工作环境温度代入所述直线的函数，所得值为第一预测值；DA3)找到监测所得保电线路负载两侧标记负载下的两个温度预测函数；DA4)将监测所得保电设备工作环境温度代入所述两个温度预测函数，得到两个预测值，并计算连接两个预测值的直线的函数，将监测所得保电线路负载代入所述直线的函数，所得值为第二预测值；DA5)取第一预测值和第二预测值的平均值作为保电设备损耗预测值。
保电设备的损耗预测值由保电线路负载和保电设备工作环境温度共同决定，由于所得到的负载预测函数只是在离散的若干个标记温度下的负载预测函数，所得到的温度预测函数只是在离散的若干个标记负载下的温度预测函数，因而可能出现监测所得负载处于两个标记负载之间，监测所得温度处于两个标记温度之间，因而需要进行近似运算，获得保电设备损耗预测值。第一种近似计算的方法为，取监测所得保电设备工作环境温度最接近的两个标记温度参与计算，将得出的两个结果取平均值作为保电设备损耗预测值。这种方法计算简单，计算速度快，但误差较大。
作为优选，所述与预测函数仅对比包括以下步骤：DB1)找到监测所得保电设备工作环境温度两侧标记温度下的两个负载预测函数；DB2)将监测所得保电线路负载代入所述两个负载预测函数，得到两个负载预测值，将最接近监测所得保电线路负载的标记负载代入所述两个负载预测函数，得到两个最近标记负载预测值，分别计算两侧标记温度下负载预测值相对最近标记负载预测值的增量值，建立两个增量值关于温度的增量线性函数，并计算监测所得保电设备工作环境温度下增量线性函数的值作为修正增量值；DB3)将监测所得保电设备工作环境温度代入最接近监测所得保电线路负载的标记负载下的温度预测函数得到一个温度预测值，将温度预测值加上步骤DB2所得修正增量值，将结果作为保电设备损耗预测值。
第二种近似计算方法为：在不同保电线路负载时，即监测所得保电线路负载，和最接近监测所得保电线路负载的标记负载，保电设备损耗将存在增量，计算出该增量与温度的关系函数，在此实施例中将此关系函数视为线性函数，进而计算出在监测所得温度下的增量值，而后由最接近监测所得保电线路负载的标记负载下的温度预测函数计算出检测所得温度时的负载预测值，加上增量值进行修正即可获得一个更为准确的保电设备损耗预测值。此实施例方法计算均为线性计算，计算速度较快，而且计算结果也更为准确。
作为优选，所述与预测函数仅对比包括以下步骤：DC1)取全部负载预测函数在监测所得保电线路负载的函数值，作为工作温度节点，计算工作温度节点的插值函数，作为工作温度预测函数；DC2)将监测所得保电设备工作环境温度代入步骤DC1所得工作温度预测函数，所得结果作为保电设备损耗预测值。
第三种近似计算方法为，从全部负载预测函数上取出检测所得负载下的函数值，而后进行插值函数计算，将得出一个在监测所得线路负载下的连续的工作温度预测函数，由工作温度预测函数求出在监测所得负载和监测所得温度下的保电设备损耗具有相对前两种近似计算方法更为准确的预测值，但其计算也最为负载，计算耗时多。
一种基于损耗的保电设备故障预警系统，包括功率表和微处理器，所述功率表安装在保电设备的输入端和输出端，所述功率表与微处理器电连接，所述微处理器运行有前述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法。
本发明的实质性效果是：能够有效的对供电设备进行故障预警，及时发现运行状况变差的供电设备。
附图说明
图1为基于损耗的保电设备故障预警方法流程框图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，为基于损耗的保电设备故障预警方法流程框图，包括以下步骤：A)导入电网拓扑结构和保电任务，获得保电线路和保电设备；B)监测保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度；C)建立保电设备损耗与保电线路负载和温度的预测函数；D)保电期间监测保电线路负载和保电设备工作环境温度，根据预测函数计算预测保电设备损耗；E)将监测所得保电设备损耗与预测保电设备损耗对比，若差值超过设定阈值则发出故障预警。供电设备发生故障前将运行在不良状态，在不良状态下设备的电阻、阻抗或温度将有所升高，并导致在设备上消耗的损耗功率增加，通过监测并跟踪保电设备的损耗，即可在保电设备工作在不良状态时及时发现，并根据损耗的增加情况安排现场巡视或更换设备。因而本发明方法具有投入少、预警早、预警准确的优点，能够运用于各种级别的保电活动中，具有良好的应用前景。
作为推荐的实施例，监测保电设备损耗的方法为：在保电设备的输入和输出端分别安装负载表，两个负载表的差值即为保电设备损耗。
作为推荐的实施例，预测函数包括负载预测函数和温度预测函数，建立负载预测函数包括以下步骤：CA1)以周期t采集保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度，获得节点集合；CA2)以温度T0为起始值，以温度间隔△T划分温度梯度，将节点集合按照温度梯度分组，以温度梯度的上限值作为本温度梯度的标记温度；CA3)分别对每组节点进行插值函数计算，获得标记温度下的负载预测函数。CA4)依据不同温度梯度下的保电设备损耗和保电线路负载的函数计算温度预测函数。
作为推荐的实施例，设定阈值的计算方法为：设定阈值＝0.05*保电设备当前负载，保电设备当前负载由调度中心导入。
作为推荐的实施例，温度间隔△T为2摄氏度。
作为推荐的实施例，建立温度预测函数包括以下步骤：CB1)以保电线路0负载为起点，以△Q为间隔建立标记负载，在标记负载处对不同温度下的预测函数进行采样，获得温度节点集合；CB2)将同保电线路负载的温度节点作为一组，计算出插值函数，得到标记负载下的温度预测函数。
在保电任务开始前，即开始以周期t采集保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度的样本点。由于在采样期间，保电设备所经历的保电线路负载变化和温度变化范围有限，因而需要进行插值函数的计算。将采集到的全部样本点按温度分组，温度相近的样本点视为温度相同，从而构建出若干个温度点下的保电设备损耗关于保电线路负载的插值函数，记为负载预测函数。而后在所得的负载预测函数上取样，将某个负载上的一系列负载预测函数在不同温度下的函数值取出，作为温度与损耗的样本节点，进行某个负载在温度与损耗关系的插值函数计算，得出不同负载下，保电设备损耗关于工作环境温度的插值函数，记为温度预测函数。
作为推荐的实施例，计算预测保电设备损耗包括以下步骤：DA1)找到监测所得保电设备工作环境温度两侧标记温度下的两个负载预测函数；DA2)将监测所得保电线路负载代入两个负载预测函数，得到两个预测值，计算连接两个预测值的直线的函数，将监测所得保电设备工作环境温度代入直线的函数，所得值为第一预测值；DA3)找到监测所得保电线路负载两侧标记负载下的两个温度预测函数；DA4)将监测所得保电设备工作环境温度代入两个温度预测函数，得到两个预测值，并计算连接两个预测值的直线的函数，将监测所得保电线路负载代入直线的函数，所得值为第二预测值；DA5)取第一预测值和第二预测值的平均值作为保电设备损耗预测值。
保电设备的损耗预测值由保电线路负载和保电设备工作环境温度共同决定，由于所得到的负载预测函数只是在离散的若干个标记温度下的负载预测函数，所得到的温度预测函数只是在离散的若干个标记负载下的温度预测函数，因而可能出现监测所得负载处于两个标记负载之间，监测所得温度处于两个标记温度之间，因而需要进行近似运算，获得保电设备损耗预测值。第一种近似计算的方法为，取监测所得保电设备工作环境温度最接近的两个标记温度参与计算，将得出的两个结果取平均值作为保电设备损耗预测值。这种方法计算简单，计算速度快，但误差较大。
作为推荐的实施例，与预测函数仅对比包括以下步骤：DB1)找到监测所得保电设备工作环境温度两侧标记温度下的两个负载预测函数；DB2)将监测所得保电线路负载代入两个负载预测函数，得到两个负载预测值，将最接近监测所得保电线路负载的标记负载代入两个负载预测函数，得到两个最近标记负载预测值，分别计算两侧标记温度下负载预测值相对最近标记负载预测值的增量值，建立两个增量值关于温度的增量线性函数，并计算监测所得保电设备工作环境温度下增量线性函数的值作为修正增量值；DB3)将监测所得保电设备工作环境温度代入最接近监测所得保电线路负载的标记负载下的温度预测函数得到一个温度预测值，将温度预测值加上步骤DB2所得修正增量值，将结果作为保电设备损耗预测值。
第二种近似计算方法为：在不同保电线路负载时，即监测所得保电线路负载，和最接近监测所得保电线路负载的标记负载，保电设备损耗将存在增量，计算出该增量与温度的关系函数，在此实施例中将此关系函数视为线性函数，进而计算出在监测所得温度下的增量值，而后由最接近监测所得保电线路负载的标记负载下的温度预测函数计算出检测所得温度时的负载预测值，加上增量值进行修正即可获得一个更为准确的保电设备损耗预测值。此实施例方法计算均为线性计算，计算速度较快，而且计算结果也更为准确。
作为推荐的实施例，与预测函数仅对比包括以下步骤：DC1)取全部负载预测函数在监测所得保电线路负载的函数值，作为工作温度节点，计算工作温度节点的插值函数，作为工作温度预测函数；DC2)将监测所得保电设备工作环境温度代入步骤DC1所得工作温度预测函数，所得结果作为保电设备损耗预测值。
第三种近似计算方法为，从全部负载预测函数上取出检测所得负载下的函数值，而后进行插值函数计算，将得出一个在监测所得线路负载下的连续的工作温度预测函数，由工作温度预测函数求出在监测所得负载和监测所得温度下的保电设备损耗具有相对前两种近似计算方法更为准确的预测值，但其计算也最为负载，计算耗时多。
一种基于损耗的保电设备故障预警系统，包括功率表和微处理器，功率表安装在保电设备的输入端和输出端，功率表与微处理器电连接，微处理器运行有前述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种基于损耗的保电设备故障预警方法，适用于保电设备输入端和输出端均安装功率表且功率表均通过总线与微处理器电连接的系统，其特征在于，
包括以下步骤：
A)导入电网拓扑结构和保电任务，获得保电线路和保电设备；
B)监测保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度；
C)建立保电设备损耗与保电线路负载和温度的预测函数；
所述预测函数包括负载预测函数和温度预测函数，
建立负载预测函数包括以下步骤：
CA1)以周期t采集保电线路负载、保电设备损耗和保电设备工作环境温度，获得节点集合，所述节点集合中的每个节点都包含采集到的保电线路负载值、保电设备损耗值和保电设备工作环境温度值；
CA2)以温度T0为起始值，以温度间隔△T划分温度梯度，将节点集合按照温度梯度分组，以温度梯度的上限值作为本温度梯度的标记温度；
CA3)分别对每组节点进行插值函数计算，获得标记温度下的负载预测函数；
CA4)依据不同温度梯度下的保电设备损耗和保电线路负载的函数计算温度预测函数；
建立温度预测函数包括以下步骤：
CB1)以保电线路0负载为起点，以负载间隔△Q为间隔建立标记负载，在标记负载处对不同温度下的预测函数进行采样，获得温度节点集合；
CB2)将同保电线路负载的温度节点作为一组，计算出插值函数，得到标记负载下的温度预测函数；
D)保电期间监测保电线路负载和保电设备工作环境温度，根据预测函数计算预测保电设备损耗；
所述计算预测保电设备损耗包括以下步骤：
DA1)找到监测所得保电设备工作环境温度相邻的两侧标记温度下的两个负载预测函数；
DA2)将监测所得保电线路负载代入所述两个负载预测函数，得到两个预测值，计算连接所述两个预测值的直线的函数，将监测所得保电设备工作环境温度代入所述直线的函数，所得值为第一预测值；
DA3)找到监测所得保电线路负载相邻的两侧标记负载下的两个温度预测函数；
DA4)将监测所得保电设备工作环境温度代入所述两个温度预测函数，得到两个预测值，并计算连接两个预测值的直线的函数，将监测所得保电线路负载代入所述直线的函数，所得值为第二预测值；
DA5)取第一预测值和第二预测值的平均值作为保电设备损耗预测值；
E)将监测所得保电设备损耗与预测保电设备损耗对比，若差值超过设定阈值则发出故障预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，
所述监测保电设备损耗的方法为：在保电设备的输入和输出端分别安装负载表，两个负载表的差值即为保电设备损耗。
3.根据权利要求1所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，
所述设定阈值的计算方法为：设定阈值＝保电设备当前负载*0.05，所述保电设备当前负载由调度中心导入。
4.根据权利要求1所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，
所述温度间隔△T为2摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，
所述计算预测保电设备损耗包括以下步骤：
DB1)找到监测所得保电设备工作环境温度相邻的两侧标记温度下的两个负载预测函数；
DB2)将监测所得保电线路负载代入所述两个负载预测函数，得到两个负载预测值，将最接近监测所得保电线路负载的标记负载代入所述两个负载预测函数，得到两个最近标记负载预测值，分别计算两侧标记温度下负载预测值相对最近标记负载预测值的增量值，建立两个增量值关于温度的增量线性函数，并计算监测所得保电设备工作环境温度下增量线性函数的值作为修正增量值；
DB3)将监测所得保电设备工作环境温度代入最接近监测所得保电线路负载的标记负载下的温度预测函数得到一个温度预测值，将温度预测值加上步骤DB2所得修正增量值，将结果作为保电设备损耗预测值。
6.根据权利要求1所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法，其特征在于，
所述计算预测保电设备损耗包括以下步骤：
DC1)取全部负载预测函数在监测所得保电线路负载的函数值，作为工作温度节点，计算工作温度节点的插值函数，作为工作温度预测函数；
DC2)将监测所得保电设备工作环境温度代入步骤DC1所得工作温度预测函数，所得结果作为保电设备损耗预测值。
7.一种基于损耗的保电设备故障预警系统，其特征在于，包括功率表、总线和微处理器，所述功率表安装在保电设备的输入端和输出端，所述功率表通过总线与微处理器电连接，所述微处理器运行有如权利要求1-6任一项所述的一种基于损耗的保电设备故障预警方法。
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