CN111537941A - 具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统及方法，包括每个变电站内均设有计量性能异常在线监测装置，利用B码同步采集的数据，计算变电站内电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，得到电压互感器二次输出电压的误差正态分布图；后台分析系统，用于接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将位于同一个区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析。本发明能实现运行中电压互感器计量性能的在线监测，及时发现计量异常点。

Description

具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统及 方法

技术领域

本发明属于电网运维技术领域，具体涉及一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统。

背景技术

上世纪80年代，美国开始对500kV电容式电压互感器（CVT）开展现场离线误差检测。上世纪90年代，武汉高压研究所在此基础上进行技术创新，将原1000pF的标准器改进为500pF，开展了500kV CVT的现场误差离线检测，这一技术创新大大降低了现场标准器的体积，方便设备运输、现场安装，给CVT的现场误差离线检测工作带来极大便利。通过大量的现场试验发现，电磁式电压互感器（VT）的误差较为稳定，而CVT的误差在运行一段时间后，比值差会呈现往负方向偏移，相位差呈现往正方向偏移的现象。这是由于CVT的电容器部分是开放式结构，复杂的运行环境会造成CVT误差不稳定，导致计量性能的可靠性差。

随着国家电网公司“三型两网”的建设速度日益加快，对运行中的电压互感器开展计量性能在线监测的必要性逐步显露出来。这种技术一方面使得电压互感器误差检测不再依赖与停电离线，可在不停电状态时开展；另一方面，对运行中的电压互感器计量性能开展在线监测，可及时发现出现的异常点，立即采取应对措施，保证电力用户的合法利益。然而，现阶段出现的电压互感器误差在线监测相关技术及产品，在异常点划分界限方面存在不确定性，即对运行中电压互感器的计量异常判断不准确，直接影响后续的操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统及方法，提高对运行中电压互感器的计量异常判断准确性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统，其特征在于：本监测系统包括：

每个变电站内均设有计量性能异常在线监测装置，计量性能异常在线监测装置包括信号采集单元、数据处理单元和通讯单元；其中信号采集单元用于采集变电站内同一电压源下的电压互感器的二次输出电压、环境温湿度、接入B码；数据处理单元用于利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到电压互感器二次输出电压的误差正态分布图，产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；通讯单元用于将采集和得到的数据远程发送；

前置服务器，用于将多个所述的计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据进行收集汇总；

后台分析系统，用于接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将位于同一个区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间，第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。

按上述系统，所述的信号采集单元包括电压传感器，用于采集电压互感器的二次输出电压。

按上述系统，所述的信号采集单元包括温湿度传感器，设置在变电站中，用于采集变电站的环境温湿度。

按上述系统，所述的前置服务器任意安装在办公区域中，收集多个计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据。

按上述系统，所述的后台分析系统包括固定信息输入区域和实时数据分析区域；其中，固定信息输入区域用于存储所有传输来的数据；实时数据分析区域用于对传输来的数据进行分析。

利用所述的监测系统实现的监测方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、初始化；

S2、数据采集：

计量性能异常在线监测装置实时采集电压互感器二次输出电压、环境温湿度，并通过B码同步；

S3、数据处理：

计量性能异常在线监测装置利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到所述的电压互感器的二次输出电压的误差正态分布图，产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；

S4、数据传输：

各变电站的计量性能异常在线监测装置将数据和处理结果无线传输给对应的前置服务器进行汇总，然后所有的前置服务器将汇总的数据和处理结果再传送给后台分析系统；一台前置服务器对应至少2个计量性能异常在线监测装置；

S5、数据分析：

后台分析系统接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将同一区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间，第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。

按上述方法，所述的S5中，后台分析系统选取一定的特征量，对各个变电站的电压互感器误差正态分布图进行拟合修正，电压互感器误差正态分布更为集中对应的变电站内的电压互感器计量性能更好。

按上述方法，所述的S5中，当某一支电压互感器的误差数据在多个变电站的电压互感器的二次输出电压的误差正态分布图中，均为计量性能异常点，则根据比对的变电站数量，获得判断该支电压互感器计量性能异常的置信水平，比对越多，置信水平越高，当置信水平达到预设范围，则判定该支电压互感器计量异常。

本发明的有益效果为：基于广域分析技术，得到运行中电压互感器的二次输出电压的误差正态分布图，并按照不同变电站特征量进行区域分类，寻找变电站之间的关联性，并在数据采集过程中不断修正各站的正态分布中心轴偏移量，最终获得准确的不同变电站中运行的电压互感器计量性能，从而实现运行中电压互感器计量性能的在线监测，及时发现计量异常点，为解决电能量贸易纠纷给予技术支撑。

附图说明

图1 为本发明一实施例的系统结构示意图。

图2为本发明一实施例的方法流程图。

图3为本发明一实施例的电压比值差曲线图。

图4为本发明一实施例的电压相位差曲线图。

图5为本发明一实施例的正态分布图。

图6为本发明一实施例中两个正态分布图进行比对图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统，如图1所示，本监测系统包括：

每个变电站内均设有计量性能异常在线监测装置，计量性能异常在线监测装置包括信号采集单元、数据处理单元和通讯单元。其中信号采集单元用于采集变电站内同一电压源下的电压互感器的二次输出电压、环境温湿度、接入B码。所述的信号采集单元包括电压传感器，用于采集电压互感器的二次输出电压；还包括温湿度传感器，设置在变电站中，用于采集变电站的环境温湿度。数据处理单元用于利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到电压互感器二次输出电压的误差正态分布图，产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点。通讯单元用于将采集和得到的数据远程发送。

由于电压互感器的计量绕组二次输出理论上均为57.7V，因此一个变电站内运行的电压互感器二次输出应都在57.7V左右，这与一次额定运行电压有关；当一次为100%额定电压时，那么当电压互感器计量性能正常时，电压互感器二次输出为57.70V，当存在异常时就不是57.70V，但一定是大多数集中在57.7V，越在边缘的电压值出现的概率越小，这时选择的边缘的出现概率就是置信水平，例如置信水平为95%，就是规定全部采集的电压幅值中95%为正常，最大和最小组成的那5%为异常值。

前置服务器，用于将多个所述的计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据进行收集汇总。所述的前置服务器任意安装在办公区域中，收集多个计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据。

后台分析系统，用于接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，例如变电站1运行在95%的额定电压下，那么与其对接的变电站2的运行电压也为95%，那么变电站1和变电站2这两个站内的电压互感器二次输出幅值应该也相同。将位于同一个区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间。第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点。当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。由于是区域分析因此参与分析的电压互感器数量成倍增加，分析的结果准确性更高。

所述的静态固定信息为人工录入，包括变电站修建年代、运行方式、总负荷量、用户特征、被监测互感器出厂时间、型号、绕组个数、额定负荷、电压等级、安装方式等，这种固定不变且无法采集的量为人工录入量。

所述的后台分析系统包括固定信息输入区域和实时数据分析区域；其中，固定信息输入区域用于存储所有传输来的数据；实时数据分析区域用于对传输来的数据进行分析，可查看运行中变电站内电压互感器计量性能曲线、单站点误差正态分布图、多站点误差正态分布图，并可根据变电站信息进行分类查询。

例如某变电站内的本地系统由于监测电压互感器数量过少无法判断运行中电压互感器计量性能时，将数据推送到后台系统，后台系统通过比对发现其对侧变电站的一次额定运行电压与其相同，因此将对侧站内的电压互感器数据与该变电站内运行电压互感器数据进行比对分析，结果显示该站某一支电压互感器计量性能为异常，此时后台系统修正由该变电站推送过来的该站运行电压互感器计量性能无法获知的这种状态，修正为“异常”状态，同时在后台系统上给予“异常”的警告，工作人员可发现，但该信息并不会推送到该变电站的本地系统，也不会对运行中的电压互感器进行任何调整，因此修正的仅为后台系统上的电压互感器状态情况。

利用所述的监测系统实现的监测方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、初始化。

S2、数据采集：计量性能异常在线监测装置实时采集电压互感器二次输出信号、环境温湿度，并通过B码同步。

S3、数据处理：计量性能异常在线监测装置利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到所述的电压互感器误差正态分布图。产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点。

S4、数据传输：各变电站的计量性能异常在线监测装置将数据和处理结果无线传输给对应的前置服务器进行汇总，然后所有的前置服务器将汇总的数据和处理结果再传送给后台分析系统；一台前置服务器对应至少2个计量性能异常在线监测装置。

S5、数据分析：后台分析系统接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将同一区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间，第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。

后台分析系统选取一定的特征量，对各个变电站的电压互感器误差正态分布图进行拟合修正，电压互感器误差正态分布更为集中对应的变电站内的电压互感器计量性能更好。

S3和S5均能判断计量性能是否异常。但是：本地的计量性能异常在线监测装置仅能对本变电站内的电压互感器计量性能开展分析，不能分析其他变电站内的电压互感器计量性能，而后台分析系统是采集了多个变电站的数据，可以开展更广域的计量性能分析。本地计量性能异常在线监测装置分析的算法与后台分析系统内分析算法一样，区别在于系统采集的数据量更多，本地可以将本变电站分析结果传输到后台系统中，因此两者不存在矛盾。有时会出现本地计量性能异常在线监测装置由于参与监测的电压互感器数量过少而无法分析或者无法准确定位哪支电压互感器异常时，后台系统可通过大的区域内相同额定一次电压下运行的电压互感器输出数据进行变电站之间的分析，可以对无法进行计量分析或无法定位的电压互感器实现计量性能的进一步分析。

当某一支电压互感器的误差数据在多个变电站的电压互感器二次输出电压的误差正态分布图中，均为计量性能异常点，则根据比对的变电站数量，获得判断该支电压互感器计量性能异常的置信水平，比对越多，置信水平越高，当置信水平达到预设范围，则判定该支电压互感器计量异常。

该监测系统所包含的电压互感器计量性能异常在线监测装置，带电安装在变电站控制室内，获取运行中电压互感器计量绕组二次输出信号，可以是模拟量，也可以是数字量；同时，该装置通过连接的温湿度传感器，实时采集该监测变电站的温湿度；该装置连接该变电站B码装置，通过B码进行同步对时。

该监测系统所包含的电压互感器计量性能异常在线监测装置具备远程通讯功能，装置 具备ESAM安全加密芯片，具备全网通4G/NB-IOT通信功能，具备蓝牙通信功能，支持接入电力专网的采集运维闭环系统，支持和现场作业终端通信功能，支持远程升级程序。

该监测系统所包含的前置服务器是将变电站内电压互感器计量性能异常在线监测装置远程传输的关键数据，收集后发送给后台分析系统，一台前置服务器可收集多台，甚至几十台电压互感器计量性能异常在线监测装置发送的数据，前置服务器不是安装在变电站内，而是可任意安装在办公区域中。

本监测系统技术还可以用于变电站之间的信息互通比对，在保护、测控方面均可安装本系统的广域比对思想进行。

一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统实例：

假设某个省选择8个变电站开展电压互感器计量异常在线监测工作，总步骤如下：

1、选择合适的变电站，该变电站内存在2组或以上运行在同一个电压等级的电压互感器，且这些电压互感器一次电压来自于同一个源，保证了多台电压互感器一次电压相同。

2、在变电站控制室内安装电压互感器计量性能异常在线监测装置，在线装置将需要监测的电压信号、温湿度、B码采集到设备中，其中，电压信号并联获取，可带电操作；温湿度通过外置温湿度传感器获取，温湿度传感器通过有线方式安装在室外；B码通过光口或电口接入到设备中。

3、该装置启动，实时采集电压互感器二次输出信号、温湿度，并通过B码同步，将数据通过通讯单元远传，装置内的ESAM加密模块实现数据安全传输，主要数据上传到前置服务器上。

4、该装置可本地显示本站电压互感器误差曲线及正态分布，例如某变电站监测电压互感器9组，以第一通道为参考，剩下8个通道的电压信号相对于第一通道的计算误差（仅A相）分别为：0.111%、3.4ˊ；0.130%、3.0ˊ；-0.033%、1.4ˊ；0.201%、0.3ˊ；-0.163%、4.0ˊ；0.130%、3.0ˊ；0.093%、-1.8ˊ；-0.270%、28.6ˊ。本地绘制的误差曲线如图3和图4所示。

以上是一组监测数据，本装置15分钟采集一次数据，一天获得96组数据，可绘制一天中运行电压互感器误差的正态分布图，最后获得如图5所示。数据积累天数越多，绘制的正态分布图约能准确反映电压互感器真实输出。图5中阴影部分内的为电压互感器大部分的误差数据所在的区域，直线以外的为极少数电压互感器误差数据，以两条竖线为限值，限值以内为计量性能合格，限值以外为计量性能异常。

有多台电压互感器数据上传到后台分析系统后，分析系统可以根据某些特征量对站内电压互感器正态分布进行拟合修正，例如两个站的电压互感器误差正态分布如图6所示，两个站误差拟合后可以发现，一个站内的误差正态分布比另一个站更加集中，即落在合格区间内的数据更多，那么则可以认为，更加集中的变电站内运行电压互感器计量性能更好。同时，当某一支电压互感器的误差数据在多个变电站的误差正态分布拟合中，均处于异常点，则根据比对的变电站数量，可获得判断该电压互感器计量性能异常的置信水平，比对越多，该置信水平越高。当比对变电站超过3个后，则置信水平根据公式计算可达到97%，认为该台电压互感器计量异常。

数据量越多，判断越准确。

本发明通过广域分析思想，开展运行中的电压互感器计量性能异常在线监测。基于比对原理，在站控层采集运行电压互感器计量绕组信号，结合温湿度，通过同级比对获得电压互感器运行相对误差量，绘制站内运行电压互感器误差正态分布图，围绕“数学期望”、“标准差”、“置信水平”，建立站间电压互感器计量性能异常监测分析，根据变电站信号，包含变电站修建年代、运行方式、总负荷量、用户特征等，被监测电压互感器特征，包含出厂时间、型号、绕组个数、额定负荷、电压等级、安装方式等，建立站间相似点和异常点，进而对运行中数据进行拟合修正，引入“假设检验”概念，逐步逼近电压互感器运行真值，实现对运行中电压互感器计量异常的准确分析。

本发明可在电压互感器运行管理、质量评判等方面提供数据支撑。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有广域分析功能的电压互感器计量异常在线监测系统，其特征在于：本监测系统包括：

每个变电站内均设有计量性能异常在线监测装置，计量性能异常在线监测装置包括信号采集单元、数据处理单元和通讯单元；其中信号采集单元用于采集变电站内同一电压源下的电压互感器的二次输出电压、环境温湿度、接入B码；数据处理单元用于利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到电压互感器二次输出电压的误差正态分布图，产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；通讯单元用于将采集和得到的数据远程发送；

前置服务器，用于将多个所述的计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据进行收集汇总；

后台分析系统，用于接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将位于同一个区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间，第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的信号采集单元包括电压传感器，用于采集电压互感器的二次输出电压。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的信号采集单元包括温湿度传感器，设置在变电站中，用于采集变电站的环境温湿度。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的前置服务器任意安装在办公区域中，收集多个计量性能异常在线监测装置采集和得到的数据。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的后台分析系统包括固定信息输入区域和实时数据分析区域；其中，固定信息输入区域用于存储所有传输来的数据；实时数据分析区域用于对传输来的数据进行分析。

6.利用权利要求1所述的监测系统实现的监测方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、初始化；

S2、数据采集：

计量性能异常在线监测装置实时采集电压互感器二次输出电压、环境温湿度，并通过B码同步；

S3、数据处理：

计量性能异常在线监测装置利用B码同步采集的数据，计算变电站内所述的电压互感器相同时间下的二次输出电压之间的误差，根据统计比对原理，得到所述的电压互感器的二次输出电压的误差正态分布图，产生第一置信水平及第一置信区间，第一置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；

S4、数据传输：

各变电站的计量性能异常在线监测装置将数据和处理结果无线传输给对应的前置服务器进行汇总，然后所有的前置服务器将汇总的数据和处理结果再传送给后台分析系统；一台前置服务器对应至少2个计量性能异常在线监测装置；

S5、数据分析：

后台分析系统接收各个前置服务器收集汇总的数据，结合预先输入的变电站的静态固定信息，按照区域划分变电站，将同一区域内的变电站内的计量性能异常在线监测装置采集的数据集中起来做二次输出电压的误差正态分布分析，产生第二置信水平及第二置信区间，第二置信区间以内的误差数据为计量性能合格点，其它为计量性能异常点；当有电压互感器无法进行计量分析或无法定位时，采用同区域内其他电压互感器的状态进行修正。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述的S5中，后台分析系统选取一定的特征量，对各个变电站的电压互感器误差正态分布图进行拟合修正，电压互感器误差正态分布更为集中对应的变电站内的电压互感器计量性能更好。

8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述的S5中，当某一支电压互感器的误差数据在多个变电站的电压互感器的二次输出电压的误差正态分布图中，均为计量性能异常点，则根据比对的变电站数量，获得判断该支电压互感器计量性能异常的置信水平，比对越多，置信水平越高，当置信水平达到预设范围，则判定该支电压互感器计量异常。

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