CN110390151A - 基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，涉及直流输电技术领域，包括：获取阀厅内的历史环境参数，其中，所述的环境参数包括但不限于：温度、湿度、PM2.5和盐密；构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型；根据所述历史环境参数对所述预测模型进行训练；采集当前阀厅内的环境参数，送入所述预测模型获取下一时刻的环境参数；根据所获下一时刻的环境参数进行预警；在换流阀阀厅采用多种传感器采集阀厅温湿度、颗粒物、电路板板卡表面的污秽度，在线监测阀厅环境的基础上，进行监测数据的分析，采用时间序列算法预测阀厅环境，同时比对多个位置的阀厅环境参数，可进一步发现隐藏在监测数据平稳增长的隐患。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法。
背景技术
直流输电技术近年来在我国得到了快速发展，其在长距离输电、跨区域联网及调度灵活等方面的优势日趋显现。换流阀是换流站重要的核心电气设备，其功能是实现整流和逆变。
换流阀作为将交流电转换为直流电的核心元件，对于运行环境的要求非常严格，不仅对于运行的环境温度、湿度有严格说明，换流从运行经验上看，整个阀厅的洁净度对于换流阀及其附属控制单元影响也十分巨大。
换流阀阀厅包括设备：阀组件、水冷却系统、空调、新风系统、阀避雷器等辅助部件。阀组件包括：晶闸管，阻尼回路，均压回路，晶闸管电子电路(TE板)，晶闸管电压检测板(TVM板)，阳极电抗器。其中，TE板和TVM板板卡直接暴露在阀厅环境中，无外壳防护，易积污，导致板卡的误导通，进而引发事故。阀厅运行环境要求：温度10～50℃，湿度不大于60％。需对阀厅运行环境进行严格监控，保障阀厅运行环境符合要求。
运维人员的进入阀厅会带来少量灰尘，灰尘受气流和电磁场的影响分布在阀厅内各个位置，而目前还缺少有效的阀厅环境监测及预警方法。
发明内容
本发明针对背景技术的问题提供一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，在换流阀阀厅采用多种传感器采集阀厅温湿度、颗粒物、电路板板卡表面的污秽度，在线监测阀厅环境的基础上，进行监测数据的分析，采用时间序列算法预测阀厅环境，同时比对多个位置的阀厅环境参数，可进一步发现隐藏在监测数据平稳增长的隐患。
为了实现上述目的，本发明提出一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，包括：
获取阀厅内的历史环境参数，其中，所述的环境参数包括但不限于：温度、湿度、PM2.5和盐密；
构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型；
根据所述历史环境参数对所述预测模型进行训练；
采集当前阀厅内的环境参数，送入所述预测模型获取下一时刻的环境参数；
根据所获下一时刻的环境参数进行预警。
优选地，所述构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型，具体为：
根据阀厅内的历史环境参数确定环境参数的时间序列的周期；
通过差分去除时间序列中的趋势项，获得平稳序列；
根据平稳序列构建预测模型。
优选地，所述预测模型，具体如下：
预测模型为ARIMA(p，d，q)模型，公式如下：
其中，Xt为温度、湿度、PM2.5和盐密的平稳序列，t为时刻，为自回归系数，p为为自回归数，q为滑动平均阶数，ε为白噪声序列，θ为滑动平均系数。
优选地，所述根据所获下一时刻的环境参数进行预警，具体为：
根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率；
判断所述变化率是否大于设定阈值；
响应于变化率大于设定阈值，则预警提示。
优选地，所述根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率步骤之前，还包括：
判断所获下一时刻的环境参数是否大于各自对应设定阈值。
优选地，所述判断所获下一时刻的环境参数是否大于各自对应设定阈值；
响应于所获下一时刻的任一环境参数大于对应设定阈值，则预警提示。
优选地，所述根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率步骤之后，还包括：
根据所述变化率确定对应环境参数的变化趋势。
本发明提出一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，在换流阀阀厅采用多种传感器采集阀厅温湿度、颗粒物、电路板板卡表面的污秽度，在线监测阀厅环境的基础上，进行监测数据的分析，采用时间序列算法预测阀厅环境，同时比对多个位置的阀厅环境参数，可进一步发现隐藏在监测数据平稳增长的隐患，精准预测阀厅环境的变化，保障了阀厅的安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例中基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法流程图；
图2为本发明一种实施例中步骤S20具体流程图；
图3为本发明一种实施例中步骤S50具体流程图；
图4为本发明一种实施例中基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警装置芯片结构示意图；
图5本发明一种实施例中数据传输示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法；
本发明第一优选实施例中，如图1所示，包括：
S10、获取阀厅内的历史环境参数，其中，所述的环境参数包括但不限于：温度、湿度、PM2.5和盐密；
本发明实施例中，通过在阀厅布置多点温度、湿度、PM2.5和盐密传感器，在线采集阀厅的环境参数，通过无线传输将数据汇总至阀厅集中单元，集中单元将数据通过移动无线网络传输至系统后台；
S20、构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型；
如图2所示，具体为：
S201、根据阀厅内的历史环境参数确定环境参数的时间序列的周期；
本发明实施例中，分析温度、湿度、PM2.5和盐密历史监测数据可知该时间序列具有周期性；
S202、通过差分去除时间序列中的趋势项，获得平稳序列；
S203、根据平稳序列构建预测模型；
本发明实施例中，构建ARIMA(p，d，q)模型，通过均方误差评估模型，利用有效的模型对温度、湿度、PM2.5和盐密序列进行预测；
预测模型为ARIMA(p，d，q)模型，公式如下：
其中，Xt为温度、湿度、PM2.5和盐密的平稳序列，t为时刻，为自回归系数，p为为自回归数，q为滑动平均阶数，ε为白噪声序列，θ为滑动平均系数；
S30、根据所述历史环境参数对所述预测模型进行训练；
本发明实施例中，将近几年的人工巡视记录的波历史数据输入模型，训练得到温度、湿度、PM2.5和盐密模型参数；
S40、采集当前阀厅内的环境参数，送入所述预测模型获取下一时刻的环境参数；
S50、根据所获下一时刻的环境参数进行预警；
如图3所示，具体为：
S501、判断所获下一时刻的环境参数是否大于各自对应设定阈值；若是，则预警提示；否则执行步骤S502；
所述设定阈值，通过在在不同位置设置监测装置，通过趋势分析和横向对比，进行环境预警，阈值设置如下：
温度：10～50℃(运行经验)；
湿度阈值：60％(运行经验)；
PM2.5：50ug/cm3(现场污秽度对照表)；
盐密：mg/cm2。
所述横向比对不同位置的环境监测数据进行对比，当某位置的数据异常时，则进行预警；
S502、根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率；具体如下：
其中，Tt％为温度变化率，RHt％为湿度变化率变化率，PMt％为PM2.5颗粒物变化率，Dt％为盐密变化率，Tt为温度实时监测值，Tt初始为温度初始值，RHt为湿度实时监测值，RHt初始为湿度初始值，PMt为PM2.5实时监测值，PMt初始为PM2.5初始值，Dt为盐密实时监测值，Dt初始为盐密初始值；
S503、判断所述变化率是否大于设定阈值30％；若是，则预警提示，即提醒运维人员阀厅环境状态异常，提前采取措施；否则执行步骤S504；
S504、根据所述变化率确定对应环境参数的变化趋势；
本发明实施例中，上述基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法基于硬件芯片装置实现，如图4所示，具体为：装置包括主控单元、温湿度传感器、颗粒物传感器、光导表面污秽度传感器(光传感盐密传感器)、电场强度传感器和无线通信汇集单元(无线模块)。
本发明实施例中，所述主控单元，采用STM32F103系列芯片，主要用于与各传感器的通信和数据转发；所述温湿度传感器，采集运行环境温度，通过RS485与主控单元通信；所述颗粒物传感器，采集环境中颗粒物PM2.5和PM10.0，采用USART串口与主控单元通信；所述光传感污秽传感器(光传感盐密传感器)，采集设备所处环境道盐密和灰密，采用USART串口与主控单元通信；所述电场强度传感器，采集设备所处空间电场强度，主控单元通过AD采集数值；传感器受电场作用，会在传感器中的弹簧上产生形变，测得形变量转换对应采集测点位置的电场强度；
本发明实施例中，如图5所示，该硬件芯片装置还包括WIFI模块，连接阀厅内的WIFI热点，接入互联网，将监测数据传输至后台web端或手机APP，运维人员可随时登陆主站查看阀厅内运行环境。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器，只读存储器，可擦除可编辑只读存储器，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器。另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，包括：
获取阀厅内的历史环境参数，其中，所述的环境参数包括但不限于：温度、湿度、PM2.5和盐密；
构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型；
根据所述历史环境参数对所述预测模型进行训练；
采集当前阀厅内的环境参数，送入所述预测模型获取下一时刻的环境参数；
根据所获下一时刻的环境参数进行预警。
2.根据权利要求1所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述构建基于阀厅环境参数时间序列的预测模型，具体为：
根据阀厅内的历史环境参数确定环境参数的时间序列的周期；
通过差分去除时间序列中的趋势项，获得平稳序列；
根据平稳序列构建预测模型。
3.根据权利要求2所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述预测模型，具体如下：
预测模型为ARIMA(p,d,q)模型，公式如下：
其中，Xt为温度、湿度、PM2.5和盐密的平稳序列，t为时刻，为自回归系数，p为为自回归数，q为滑动平均阶数，ε为白噪声序列，θ为滑动平均系数。
4.根据权利要求1所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述根据所获下一时刻的环境参数进行预警，具体为：
根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率；
判断所述变化率是否大于设定阈值；
响应于变化率大于设定阈值，则预警提示。
5.根据权利要求4所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率步骤之前，还包括：
判断所获下一时刻的环境参数是否大于各自对应设定阈值。
6.根据权利要求5所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述判断所获下一时刻的环境参数是否大于各自对应设定阈值；
响应于所获下一时刻的任一环境参数大于对应设定阈值，则预警提示。
7.根据权利要求4所述的基于时间序列和横向比对的换流站阀厅运行环境预警方法，其特征在于，所述根据所获下一时刻的环境参数确定环境参数的变化率步骤之后，还包括：
根据所述变化率确定对应环境参数的变化趋势。
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