CN110333474A - 一种在线检测互感器计量异常状态的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线检测互感器计量异常状态的方法和系统。所述方法和系统通过对高压输电线路节点的三相互感器历史检定数据确定二次侧电压或电流的有效值，并对所述有效值进行主元分析，确定三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值，再对实时采集的三相互感器的二次侧电压或电流信号的有效值计算其Q统计量，通过对Q统计量与控制阈值的比较，确定所述三相互感器是否处于异常状态，最后再计算互感器每一相的测量数据对Q统计量的贡献率，通过所述贡献率的大小判断三相互感器的异常相。所述方法和系统能有效地对互感器在线运行情况下的渐变性计量异常状态进行检测，且能够准确识别发生异常的互感器。

Description

一种在线检测互感器计量异常状态的方法和系统

技术领域

本发明涉及电能计量领域,并且更具体地，涉及一种在线检测互感器计量异常状态的方法和系统。

背景技术

互感器是电能计量系统中的重要设备，它将一次侧的高电压转换成低电压、大电流转换成小电流，供电能表计量使用，对其准确性要求很高。为准确地评估互感器的计量状态，目前采用的方法有离线检测法和在线检测法，离线检测是在互感器离线时与标准互感器比对，对其比差、角差进行周期性的检测，然而这种在离散时间点上的计量状态评估随机性较大，评估效果难以保证。在线检测方法主要包括模型分析法和信号处理法，模型分析法是建立互感器状态评估的物理模型或数学模型进行分析，但是此方法对数学物理模型的依赖性较大，此外互感器计量状态易受环境影响，模型准确建立较困难；信号处理方法是检测互感器二次侧的突变信号，当信号变化剧烈时认定互感器计量异常，但是当互感器发生渐变性异常时，二次侧信号特征变化不明显，难以检测到互感器异常状态；因此建立一种实时性高、检测灵敏且简单方便的互感器计量误差状态在线检测方法具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中信号处理方法对二次侧互感器发生的渐变性异常无法实时、灵敏地进行在线检测的技术问题，本发明提供了一种在线检测互感器计量异常状态的方法，所述方法包括：

对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰；

基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值；

对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常；

对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

进一步地，所述对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值是指根据高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

进一步地，所述基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值包括：

令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差；

对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

进一步地，所述对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常包括：

根据实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值；

基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，其计算公式为：

当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

进一步地，所述对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相包括：

对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种在线检测互感器计量异常状态的系统，所述系统包括：

数据采集单元，其用于实时采集高压输电线路节点三相互感器检定数据；

数据预处理单元，对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰，以及对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值；

主元分析单元，其用于基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值；

第一判断单元，其用于基于确定的主元个数，在所述残差子空间中计算根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常；

第二判断单元，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

进一步地，所述数据预处理单元包括：

第一预处理单元，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值；

第二预处理单元，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

进一步地，所述主元分析单元包括：

数据矩阵单元，其用于令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差；

主元分解单元，其用于对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

载荷矩阵单元，其用于对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

主元个数单元，其用于基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

控制阈值单元，其用于基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

进一步地，所述第一判断单元包括：

统计量单元，其用于根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，其计算公式为：

互感器异常确定单元，其用于当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

进一步地，所述第二判断单元包括：

贡献率单元，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

相异常确定单元，其用于根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。

本发明技术方案提供的在线检测互感器计量异常状态的方法和系统通过对高压输电线路节点的三相互感器历史检定数据确定二次侧电压或电流的有效值，并对所述有效值进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值，再对实时采集的三相互感器的二次侧电压或电流信号的有效值计算其Q统计量，通过对Q统计量与控制阈值的比较，确定所述三相互感器是否处于异常状态，最后再计算互感器每一相的测量数据对Q统计量的贡献率，通过所述贡献率的大小判断三相互感器的异常相。所述在线检测互感器计量异常状态的方法和系统能有效地对互感器在线运行情况下的渐变性计量异常状态进行检测，且能够准确识别发生异常的互感器以及所述异常互感器中的异常相，为互感器在线运行时的计量状态监测提供有效的技术保障。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的在线检测互感器计量异常状态的方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的三相互感器的Q统计量结果示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的计量状态异常的三相互感器的三相输出对Q统计量的贡献率；

图4为根据本发明优选实施方式的在线检测互感器计量异常状态的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的在线检测互感器计量异常状态的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的在线检测互感器计量异常状态的方法100从步骤101开始。

在步骤101，对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰。

优选地，所述对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值是指根据高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

在本优选实施方式中，在Matlab/Simulink中建立500kV/100V的三相电容式电压互感器模型，对三相CVT的计量误差进行检定作为历史检定数据，并对所述历史检定数据进行预处理后，得到了三相CVT的二次侧电压有效值作为样本。

在步骤102，基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值。

优选地，所述基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值包括：

令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差。

对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

对三相CVT的二次侧输出数据进行主元分析时，其过程变量为3个，变量编号为1、2和3，分别对应A相、B相和C相。

对经过预处理的三相CVT的二次侧电压有效值进行主元分析，得到了三相CVT二次电压有效值的主元模型参数，如表1所示。

表1三相CVT二次电压有效值信息的主元模型参数

在步骤103，对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常。

优选地，所述对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常包括：

根据实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值；

基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，其计算公式为：

当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

图2为根据本发明优选实施方式的三相互感器的Q统计量结果示意图。为模拟互感器计量状态的变化，设置在互感器计量正常的状态下采集了5组数据，然后设置A相互感器的高压电容发生渐变性变化导致互感器计量状态异常的情况下采集了25组数据。通过对采集的三相CVT的30组数据进行处理，得到了30组二次输出电压有效值信号，将所述30组有效值信号作为30个测试点，分别计算其Q统计量的大小，并与Q统计量控制阈值进行比较，得到互感器计量状态的评价结果如图2所示。可见，从第6组数据以后，Q统计量均超过图中虚线即控制阈值，且随着异常状态的加剧Q统计量也在逐渐增大，故可知所述三相CVT计量状态异常。

在步骤104，对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

优选地，所述对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相包括：

对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。

图3为根据本发明优选实施方式的计量状态异常的三相互感器的三相输出对Q统计量的贡献率。对于所述计量状态异常的三相CVT，计算各相二次电压有效值对Q统计量的贡献率，如图3所示，可以看出A相贡献率最大，判断为A相计量异常，与实际异常设置相吻合。

通过设置电容式电压互感器的高压电容值发生渐变性的异常，对本方法进行仿真验证可知，所述方法针对互感器计量异常状态，以三相互感器二次侧输出信号之间的相关性为基础，采集三相互感器二次侧输出的有效值信号，利用主元分析将电网一次电压、波动信息与互感器自身异常造成的计量偏差信息相互分离，提取运行过程中测量数据的Q统计量以及Q统计量的贡献率分别作为互感器计量异常状态的检测和异常状态定位的指标，将互感器的计量状态映射为信息物理关系约束下的Q统计量的状态，其中，设置的电容式电压互感器的高压电容值发生渐变性的异常均可以灵敏检测出来，对比差变化量的检测优于0.01％，对角差变化量的检测优于0.1′，且能够对异常互感器进行精确定位，故基于PCA互感器计量异常状态检测方法可以对在线运行的互感器进行计量状态的实时检测，并准确识别计量异常的互感器。与现有计量异常状态检测方法相比，本方法具有简单方便、检测精度高的优点，有效提高了状态评价的准确率。

图4为根据本发明优选实施方式的在线检测互感器计量异常状态的结构示意图。如图4所示，本优选实施方式所述的在线检测互感器计量异常状态的系统400包括：

数据采集单元401，其用于实时采集高压输电线路节点三相互感器检定数据；

数据预处理单元402，对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰，以及对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值；

主元分析单元403，其用于基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值；

第一判断单元404，其用于基于确定的主元个数，在所述残差子空间中计算根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常；

第二判断单元405，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

优选地，所述数据预处理单元402包括：

第一预处理单元421，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值；

第二预处理单元422，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

优选地，所述主元分析单元403包括：

数据矩阵单元431，其用于令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差；

主元分解单元432，其用于对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

载荷矩阵单元433，其用于对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

主元个数单元434，其用于基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

控制阈值单元435，其用于基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

优选地，所述第一判断单404包括：

统计量单元441，其用于根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，其计算公式为：

互感器异常确定单元442，其用于当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

优选地，所述第二判断单元405包括：

贡献率单元451，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

相异常确定单元452，其用于根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。

本发明所述的在线检测互感器计量异常状态的系统对运行过程中的高压输电线路节点的三相互感器进行异常状态检测的步骤与本发明所述的在线检测互感器计量异常状态的方法所述的步骤相同，达到的技术效果也相同，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种在线检测互感器计量异常状态的方法，其特征在于，所述方法包括：

对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰；

基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值；

对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量的结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常；

对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值是指根据高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值包括：

令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差；

对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值，并基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常包括：

根据实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值，或者根据实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值；

基于确定的主元个数在所述残差子空间中计算每组测量数据的Q统计量，其计算公式为：

当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相包括：

对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。

6.一种在线检测互感器计量异常状态的系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集单元，其用于实时采集高压输电线路节点三相互感器检定数据；

数据预处理单元，对高压输电线路节点三相互感器历史检定结果的数据进行处理，确定二次电压或电流的有效值，作为样本集X⁰，以及对实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据进行处理，确定其二次电压或者电流的有效值；

主元分析单元，其用于基于预先设置的置信度和CPV期待值，对二次电压或电流有效值样本集X⁰进行主元分析，确定所述高压输电线路节点三相互感器二次电压或电流的主元子空间、残差子空间、主元个数和Q统计量控制阈值；

第一判断单元，其用于基于确定的主元个数，在所述残差子空间中计算根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述三相互感器计量异常；

第二判断单元，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，并根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据预处理单元包括：

第一预处理单元，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电压互感器的一次电压、比差和角差确定二次电压有效值；

第二预处理单元，其用于根据历史的，或者实时采集的高压输电线路节点三相电流互感器的一次电压、比差和角差确定二次电流有效值。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主元分析单元包括：

数据矩阵单元，其用于令样本集X⁰∈Φ^n×m，其中n为样本的个数，m为过程变量的个数，对所述样本集X⁰的样本数据进行归一化处理，得到归一化后的矩阵X：

X＝(X⁰-1_nb^T)Σ^-1

式中，1_n＝[1,1,...,1]^T∈Φ^n×1，b＝(X⁰)^T1_n/n为样本数据的均值，所述为m个过程变量分别对应的总体方差；

主元分解单元，其用于对矩阵X进行主元分解，其计算公式为：

式中，为矩阵X在主元子空间上的投影，为矩阵X在残差子空间上的投影,T为主元得分矩阵，P为载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

载荷矩阵单元，其用于对X的协方差矩阵R进行特征值分解，得到载荷矩阵P和P_e，[PP_e]如下式所示：

R＝X^TX/(n-1)＝[PP_e]∧[PP_e]^T

式中，∧＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_m)，λ₁,λ₂,...,λ_m为协方差矩阵R的m个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_m，[PP_e]为对应的特征向量的载荷向量；

主元个数单元，其用于基于预先设置的CPV期望值，计算表征数据矩阵X的信息的主元个数p，其计算公式为：

式中，λ_j为协方差矩阵R的特征值；

控制阈值单元，其用于基于预先设置的置信度，计算在所述置信度下的Q统计量控制阈值，其计算公式为：

式中，Q_c是在预先设置的置信度时的Q统计量控制阈值，C_a为在预先设置的置信度下正态分布的临界值，所述为协方差矩阵R的特征值λ_j的i次方。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一判断单元包括：

统计量单元，其用于根据实时采集的若干组高压输电线路节点三相互感器检定数据而确定的二次电压或者电流的有效值的Q统计量，其计算公式为：

互感器异常确定单元，其用于当存在两组以上连续的测量数据的Q统计量计算结果大于Q统计量控制阈值时，确定所述高压输电线路节点的三相互感器计量异常。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二判断单元包括：

贡献率单元，其用于对于确定计量状态异常的三相互感器，在主元子空间中计算三相互感器中每一相输出的二次电压或电流的有效值对Q统计量的贡献率，其计算公式为：

式中，Q_i是第i相输出的二次电压或电流的有效值的贡献率，X_i是数据矩阵X中每一列的向量，是主元子空间中数据矩阵X中每一列的向量，1≤i≤m；

相异常确定单元，其用于根据所述贡献率的大小确定所述互感器计量状态异常的相是指当三相互感器中，贡献率的值最大的一相即为互感器计量状态异常的相。