CN113050018B - 基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法及系统,本发明方法包括输入n个电压互感器样本的偏差统计量dev,确定偏差统计量dev的统计分布规律;根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值渐变/突变误差的评估策略,并将电压互感器误差估计值渐变/突变误差的评估策略应用到被检测的电压互感器得到被检测的电压互感器对应总的误差状态。本发明具有评估成本低,通过少量停电便可实时跟踪并准确评估电压互感器整个运行周期内的误差状态,避免现场测试时只能评估某种工况下和某个时间段内的误差状态。
Description
技术领域
本发明涉及输配电设备状态评估与故障诊断领域,具体涉及一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法及系统。
背景技术
电压互感器是电力系统中的重要测量设备,为保护、测量以及计量设备提供信号。尤其是在计量方面,电压互感器是发电公司、电网公司、售电公司及电力用户之间进行准确计量、精准贸易结算、公平公正交易及电力系统内部经济技术指标考核的重要工具,其运行的准确性和稳定性直接关系到贸易双方的经济利益。
实际运行经验表明,电压互感器运行若干年后存在一定比例的超差概率。超差互感器的继续运行将导致二次侧保护装置、测量仪表以及计量设备所采集信号的准确性,严重时可能导致系统误动作,影响电力系统的稳定运行。因此为了保证计量的准确性,需要及时更换超差的电压互感器。及时更换超差电压互感器的前提是对超差互感器进行准确的状态评估与定位,传统的方法是根据电压互感器的检定规程,利用物理标准器按照一定的时间对电压互感器进行离线检测,由于电力系统中停电计划难以协调,离线检定的方法只能保证对部分重要电压互感器的及时检测,但难以覆盖并实现全网电压互感器的误差评估,致使大量在运电压互感器超期未检、误差未知。
而在不停电条件下,仅能通过基于数据驱动原理获得电压互感器的误差估计值,并通过该误差估计值对电压互感器的状态进行评估,然而误差估计值是一个概率意义上的结果,与停电采用实物标准器检测获得的误差值具备不同的特点,这导致基于数据驱动原理所评估出的电压互感器误差估计值与真实误差值存在一定的偏差,不能像采用标准器停电检测获得的误差值一样直接根据误差值和电压互感器精度等级规定的误差限值之间的数值关系确定互感器的误差状态。因此需要进一步分析基于数据驱动原理所评估出的误差估计值和真实误差值之间的数理统计关系,由于不能直接根据误差估计值来确定电压互感器的误差状态且JJG1021-2007《电力互感器检定规程》中对电压互感器误差真值的变化趋势做出了明确的规定,即当电压互感器误差值的变化量超过规定的范围时,则可能存在超差的风险。故结合标准JJG1021-2007《电力互感器检定规程》的规定以及数据驱动原理所评估出的误差估计值和真实误差值之间的数理统计关系,以得到准确的电压互感器误差状态。这一复杂评估问题具有较高的工程应用价值,极大提高了在线评估方法的准确性和适应性,更适应当前变电站的运行特点。
发明内容
本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法及系统,本发明仅根据误差估计值与误差真值的统计分布规律和电力互感器检定规程实现异常电压互感器的状态评估,减少了评估的成本,有利于提高电压互感器的运维水平。本发明在获得电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律后,通过少量停电(n个电压互感器样本即可)运行便可实时跟踪并准确评估电压互感器整个运行周期内的误差状态,避免现场测试时只能评估某种工况下和某个时间段内的误差状态。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,包括:
2)确定偏差统计量dev的统计分布规律;
3)根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的变化量、渐变误差状态之间的映射关系;根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值突变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的连续变化量、突变误差状态之间的映射关系;
4)针对被检测的任意电压互感器,根据误差估计值的变化量确定对应的渐变误差状态,根据误差估计值的连续变化量确定对应的突变误差状态,并根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成,得到该电压互感器总的误差状态。
可选地,步骤1)之前还包括生成n个电压互感器样本的偏差统计量dev的步骤:S1)针对n个电压互感器样本中的每一个电压互感器i,分别通过标准器停电检测获得电压互感器样本的误差真值基于数据驱动原理获得的误差估计值xi,并根据/>计算误差估计值xi和误差真值/>之间的偏差devi;S2)将得到n个电压互感器样本的偏差devi构成的偏差统计量dev,偏差统计量dev的函数表达式为dev=[dev1,dev2…devn],其中dev1~devn分别为第1~n个电压互感器样本的误差估计值和误差真值之间的偏差。
可选地,步骤2)包括:
2.1)根据偏差统计量dev的数据特点选择已知的概率分布函数F0(dev);
2.2)计算出偏差统计量dev的累计频率函数Fn(dev);
2.3)计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D;
2.4)判断概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D小于D(n,α)是否成立,其中D(n,α)表示在显著性水平为α且电压互感器样本的数量为n时最大值D的临界值,若不成立,则根据偏差统计量dev的数据特点选择另一种已知的分布函数F0(dev),跳转执行步骤2.2);否则,判定偏差统计量dev总体服从假设的概率分布,从而确定偏差统计量dev的统计分布规律。
可选地,步骤2.2)中累计频率函数Fn(dev)的计算函数表达式为:Fn(dev)=i/n,其中i=1,2,…,n,n为电压互感器样本的数量。
可选地,步骤2.3)中计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D的计算函数表达式为D=max|Fn(x)-F0(x)|,其中F0(dev)为概率分布函数、Fn(dev)为累计频率函数。
可选地,步骤3)中得到电压互感器渐变误差的评估策略的步骤包括:
3.1A)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV2,BV2];
3.2A)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV2,BV2]的概率Pt作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的变化量/>的超差概率,为当前时段内误差估计值xi的平均值,/>为对比时段内误差估计值xi的平均值,/>为当前时段内电压互感器误差真值/>的平均值,/>为对比时段内电压互感器误差真值/>的平均值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
3.3A)针对电压互感器的多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量定义α和β为不同状态时误差真值的变化量超出区间[-BV2,BV2]的临界概率,调控α和β并根据α和β确定误差估计值渐变误差的两个评估边界的临界值/>和/>得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略:当误差估计值的变化量/>落入区间对应电压互感器发生超差的超差概率/>将不高于α,判定电压互感器的渐变误差状态为“正常”;当误差估计值的变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于α而不高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“告警”;当误差估计值的变化量/>落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“异常”;且在得到多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量/>对应的渐变误差状态后,若超过半数为“异常”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;若刚好半数为“警告”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;否则,判定电压互感器最终的渐变误差状态为“正常”。
可选地,步骤3)中得到电压互感器突变误差的评估策略的步骤包括:
3.1B)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV3,BV3];
3.2B)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV3,BV3]的概率Po作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的连续变化量/>的超差概率, 为当前时刻的误差真值,x0为当前时刻的误差估计值;/>为前一时刻的误差真值,x-1为前一次的误差估计值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
3.3B)针对电压互感器的连续两次误差估计值的连续变化量定义δ和θ为不同状态时误差真值连续变化量超出区间[-BV3,BV3]的临界概率,调控δ和θ,确定被检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为/>和/>得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略:当误差估计值的连续变化量/>落入区间对应电压互感器发生超差的概率将不高于δ,判定电压互感器的突变误差状态为“正常”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于δ而不高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“告警”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“异常”。
可选地,步骤4)中根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成是指:当渐变误差状态或突变误差状态为“异常”时,电压互感器总的误差状态为“异常”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“正常”。
此外,本发明还提供一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器被编程或配置以执行所述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的步骤。
此外,本发明还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的计算机程序。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果主要包括:
1、本发明仅根据误差估计值与误差真值的统计分布规律和电力互感器检定规程实现异常电压互感器的状态评估,减少了评估的成本,有利于提高电压互感器的运维水平。
2、本发明在获得电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律后,通过少量停电运行(n个电压互感器样本)便可实时跟踪并准确评估电压互感器整个运行周期内的误差状态,避免现场测试时只能评估某种工况下和某个时间段内的误差状态。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
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,相同的模块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。本实施例方法旨在基于电压互感器误差估计值相对误差真值的偏差统计分布规律和电力互感器检定规程得到基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器评估策略,而后根据所确定的电压互感器评估策略实时分析电网中大规模运行的电压互感器的误差状态,解决基于数据驱动原理获得的评估结果不能满足实际应用要求的问题,得到电网中电压互感器的实时误差状态。
如图1所示,本实施例基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法包括:
2)确定偏差统计量dev的统计分布规律;
3)根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的变化量、渐变误差状态之间的映射关系;根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值突变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的连续变化量、突变误差状态之间的映射关系;
4)针对被检测的任意电压互感器,根据误差估计值的变化量确定对应的渐变误差状态,根据误差估计值的连续变化量确定对应的突变误差状态,并根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成,得到该电压互感器总的误差状态。
参见图1,步骤1)之前还包括生成n个电压互感器样本的偏差统计量dev的步骤:
S1)针对n个电压互感器样本中的每一个电压互感器i,分别通过标准器停电检测获得电压互感器样本的误差真值基于数据驱动原理获得的误差估计值xi,并根据式(1)计算误差估计值xi和误差真值/>之间的偏差devi;需要说明的是,基于数据驱动原理获得的误差估计值xi为现有技术,其具体实现不在本实施例方法的讨论范围之内,本领域技术人员可根据需要采用现有的数据驱动原理以获得的误差估计值xi,包括各类机器学习算法根据大量测量数据来建立了测量数据、误差估计值xi之间的映射关系,或者也可以根据需要采用其他方法来基于大量测试数据获得的误差估计值xi。作为一种可选的实施方式,本实施例采用的是公布号为CN109444791B的中国专利文献公开的电容式电压互感器误差状态评估方法来获得对应的误差估计值xi。
S2)将得到n个电压互感器样本的偏差devi构成的偏差统计量dev,偏差统计量dev的函数表达式为:
dev=[dev1,dev2…devn] (2)
其中dev1~devn分别为第1~n个电压互感器样本的误差估计值和误差真值之间的偏差。
上式中,devi为第i个电压互感器的误差估计值和误差真值之间的偏差。以某变电站互感器为例,在误差允许的情况下,以停电检测获得的电压互感器误差数值视为电压互感器的误差真值并将利用数据驱动原理评估出的电压互感器的误差数值视为电压互感器的误差估计值x0,基于式(1)~(4)可计算出该变电站互感器统计量的均值/>与方差S2为:
S=0.075% (6)
本实施例中,步骤2)具体为基于K-S(Kolmogorov–Smirnov)检验误差估计值相对误差真值的偏差统计量dev所服从的概率分布,即电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律,根据估计值相对真值的偏差统计量dev的数据特点,假设误差估计值相对误差真值的偏差统计量dev服从某种已知的分布,并基于K-S法检验统计量dev是否服从假设的分布。具体地,步骤2)包括:
2.1)根据偏差统计量dev的数据特点选择已知的概率分布函数F0(dev);
2.2)计算出偏差统计量dev的累计频率函数Fn(dev);
2.3)计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D;
2.4)判断概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D小于D(n,α)是否成立,其中D(n,α)表示在显著性水平为α且电压互感器样本的数量为n时最大值D的临界值,若不成立,则根据偏差统计量dev的数据特点选择另一种已知的分布函数F0(dev),跳转执行步骤2.2);否则,判定偏差统计量dev总体服从假设的概率分布,从而确定偏差统计量dev的统计分布规律。
本实施例中,步骤2.2)中累计频率函数Fn(dev)的计算函数表达式为:
Fn(dev)=i/n (7)
其中,i=1,2,…,n,n为电压互感器样本的数量。
本实施例中,步骤2.3)中计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D的计算函数表达式为:
D=max|Fn(x)-F0(x)| (8)
其中F0(dev)为概率分布函数、Fn(dev)为累计频率函数。当D<D(n,α)时,则表明统计量dev来自的总体服从假设的分布。
以前文中的变电站互感器为例,其误差估计值相对真值的偏差统计量dev与正态分布最为接近,故假设:
当样本数量为10时,Fn(dev)为:
Fn(dev)=i/10 (10)
利用公式(8)-(10)计算Fn(dev)与F0(dev)差距的最大值D,计算得到D=0.245,查表可得在显著性水平为95%且样本容量为10时D(20,95%)为0.409,故该变电站的电压互感器的误差估计值相对真值的偏差统计量dev服从正态分布,即:
本实施例中,步骤3)基于电压互感器误差估计值相对误差真值的偏差统计分布规律和JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略,并上报电压互感器的渐变误差状态,误差状态的类别包括正常、警告、异常。
基于电压互感器误差估计值相对真值的偏差统计分布规律和JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》分析基于数据驱动原理获得的误差估计值渐变误差超出JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》规定区间的概率Pt,定义α和β为渐变误差不同状态时的临界概率,根据α和β确定误差估计值变化趋势的两个评估边界的临界值:CV1和CV2,并以误差估计值渐变误差为评估指标,对待检测的电压互感器进行状态评估划分,分为正常、警告、异常等三种状态,实现不停电条件下大规模电压互感器基于误差估计值渐变误差趋势的准确评估。
本实施例中,步骤3)中得到电压互感器渐变误差的评估策略的步骤包括:
3.1A)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV2,BV2];
本实施例中,根据标准JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》中的规定,在环境温度-25°~55°,电压互感器误差数据真值的变化不得大于基本误差限的1/4,频率变化在±0.5Hz内时,电压互感器误差数据真值的变化不得大于基本误差限的1/6,则在允许的频率及温度变化范围内,电压互感器误差数据真值的变化不得大于区间[-BV2,BV2]。
本实施例中,区间的边界值BV2满足:
上式中,BV1为电压互感器的基本误差限。
从式(13)可知当前时段内电压互感器误差数据真值的平均值与当前时段内误差估计值的平均值/>的偏差也服从类似分布,对比时间段内电压互感器误差数据真值的平均值/>与对比时间段内误差估计值的平均值/>的偏差也服从类似分布,即:
3.2A)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV2,BV2]的概率Pt作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的变化量/>的超差概率,/> 为当前时段内误差估计值xi的平均值,/>为对比时段内误差估计值xi的平均值,/>为当前时段内电压互感器误差真值/>的平均值,/>为对比时段内电压互感器误差真值/>的平均值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
根据式(16)~(17)计算出互感器误差真值的变化量超出区间[-BV2,BV2]的概率为Pt。
3.3A)针对电压互感器的多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量定义α和β为不同状态时误差真值的变化量超出区间[-BV2,BV2]的临界概率,调控α和β并根据α和β确定误差估计值渐变误差的两个评估边界的临界值:
故可通过合理设置判定阈值,调控α和β,确定待检测的电压互感器误差估计值渐变误差变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两个方向上的取值,形成基于电压互感器误差估计值变化量的电压互感器计量性能的评估策略。本实施例中,得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略为:当误差估计值的变化量/>落入区间/>对应电压互感器发生超差的超差概率/>将不高于α,判定电压互感器的渐变误差状态为“正常”;当误差估计值的变化量/>落入区间/> 时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于α而不高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“告警”;当误差估计值的变化量/>落入区间/> 时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“异常”;且在得到多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量/>对应的渐变误差状态后,若超过半数为“异常”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;若刚好半数为“警告”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;否则,判定电压互感器最终的渐变误差状态为“正常”。
本实施例中,渐变误差具体细分为本周与上一周渐变误差、本月与上一月的渐变误差、本季度与上一季度的渐变误差、本年季度与上一年本季度的渐变误差等四种情况。且中电压互感器的准确度等级为0.2级,即BV1=0.2%,故区间[-BV2,BV2]=[-0.06%,0.06%]。
其一:在本周与上一周渐变误差方面,令电压互感器误差真值的变化量超出区间[-0.06%,0.06%]的超差概率Pt1为:
则本周与上一周的超差概率Pt1为:
当超差概率的临界值为α1和β1,可确定待检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两类取值,可形成电压互感器计量性能的评估策略,如下:1)当误差估计值差值θ1落入区间/>对应电压互感器发生超差的概率将不高于α1,给予“正常”信息。2)当误差估计值差值θ1落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于α1而不高于β1,给予“告警”信息。3)当误差估计值差值θ1落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于β1,给予“异常”信息。需要说明的时,评估边界值/>和/>在实际应用中可根据需求灵活调整。
其二:在本月与上一月的渐变误差方面,令电压互感器误差真值的变化量超出区间[-0.06%,0.06%]的超差概率Pt2为:
则超差概率Pt2为:
当超差概率的临界值为α2和β2,可确定待检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两类取值,可形成电压互感器计量性能的评估策略,如下:1)当误差估计值差值θ2落入区间/>对应电压互感器发生超差的概率将不高于α2,给予“正常”信息。2)当误差估计值差值θ2落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于α2而不高于β2,给予“告警”信息。3)当误差估计值差值θ2落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于β2,给予“异常”信息。需要说明的时,评估边界值/>和/>在实际应用中可根据需求灵活调整。
其三:在本季度与上一季度的渐变误差方面,令互感器误差真值的变化量超出区间[-0.06%,0.06%]的超差概率Pt3为:
则超差概率Pt3为:
当超差概率的临界值为α3和β3,可确定待检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两类取值,可形成电压互感器计量性能的评估策略,如下:1)当误差估计值差值θ3落入区间/>对应电压互感器发生超差的概率将不高于α3,给予“正常”信息。2)当误差估计值差值θ3落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于α3而不高于β3,给予“告警”信息。3)当误差估计值差值θ3落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于β3,给予“异常”信息。需要说明的时,评估边界值/>和/>在实际应用中可根据需求灵活调整。
其四:在本年季度与上一年本季度的渐变误差方面,令互感器误差真值的变化量超出区间[-0.06%,0.06%]的超差概率Pt4为:
则超差概率Pt4为:
当超差概率的临界值为α4和β4,可确定待检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两类取值,可形成电压互感器计量性能的评估策略,如下:1)当误差估计值差值θ4落入区间/>对应电压互感器发生超差的概率将不高于α4,给予“正常”信息。2)当误差估计值差值θ4落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的概率将高于α4而不高于β4,给予“告警”信息。3)当误差估计值差值θ4落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于β4,给予“异常”信息。需要说明的时,评估边界值/>和/>在实际应用中可根据需求灵活调整。
当α1、α2、α3、α4等于40%时,β1、β2、β3、β4等于70%时,本实施例中结合公式(20)~(31)和相应的评估策略可得到某电压互感器的渐变误差如下表1所示。
表1:某变电站互感器的渐变误差状态。
针对被检测的n个电压互感器中的每一个电压互感器的多种当前时段和对比时段的误差真值对应的渐变误差状态,若超过半数为“异常”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;若刚好半数为“警告”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;否则,判定电压互感器最终的渐变误差状态为“正常”。作为一种可选的实施方式,本实施例中的渐变误差具体分为本周与上一周渐变误差、本月与上一月的渐变误差、本季度与上一季度的渐变误差、本年季度与上一年本季度的渐变误差等四种情况。本实施例的多种当前时段和对比时段包括本周与上一周、本月与上一月、本季度与上一季度、本年季度与上一年本季度。当上述四种渐变误差指标中有3或4种为异常状态时,对于待检测电压互感器给予“异常”信息;当上述四种渐变误差指标中有2种为异常状态时,对于待检测电压互感器给予“警告”信息;否则对于待检测电压互感器给予“正常”信息。若由于评估积累时间短,部分数据暂缺,则该项以“正常”赋状态,后续根据数据积累情况补充。后续当数据积累时间较长时,还可以进一步加大误差变化趋势的分析时间长度和种类。
基于电压互感器误差估计值相对误差真值的偏差统计分布规律和JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》得到电压互感器误差估计值突变误差的评估策略,并上报电压互感器的突变误差状态,所述的状态类别包括正常、警告、异常。基于电压互感器误差估计值相对误差真值的偏差统计分布规律和JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》分析基于数据驱动原理获得的误差估计值突变误差超出JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》规定区间的概率Po,定义δ和θ为突变误差不同状态时的临界概率,根据δ和θ确定误差估计值突变的两个评估边界的临界值:CV3和CV4,并以误差估计值突变误差为评估指标,对待检测的电压互感器进行状态评估划分,分为正常、警告、异常等三种状态,实现不停电条件下大规模电压互感器基于误差估计值突变误差的准确评估。本实施例中,步骤3)中得到电压互感器突变误差的评估策略的步骤包括:
3.1B)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV3,BV3];
本实施例中具体根据标准JJG 1021-2007《电力互感器检定规程》中的规定,电压互感器在连续的两次检定中,其误差真值的变化不得大于基本误差限的2/3,即误差数据真值的连续变化不得大于区间[-BV3,BV3],其中区间的边界值为:
BV3=BV1×2/3 (32)
上式中,BV1为电压互感器的基本误差限。
由式(33)可知,误差真值将服从如下分布:
3.2B)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV3,BV3]的概率Po作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的连续变化量/>的超差概率, 为当前时刻的误差真值,x0为当前时刻的误差估计值;/>为前一时刻的误差真值,x-1为前一次的误差估计值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
根据公式(36)~(37)计算出互感器误差真值的连续变化量超出区间[-BV3,BV3]的概率为Po。
3.3B)针对电压互感器的连续两次误差估计值的连续变化量定义δ和θ为不同状态时误差真值连续变化量超出区间[-BV3,BV3]的临界概率,调控δ和θ,确定被检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为:
故可通过合理设置判定阈值,调控δ和θ,确定待检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为和/>综合考虑正、负两个方向上的取值,形成基于电压互感器误差估计值变化量的电压互感器计量性能的评估策略。本实施例中,具体得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略为:当误差估计值的连续变化量落入区间/>对应电压互感器发生超差的概率将不高于δ,判定电压互感器的突变误差状态为“正常”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于δ而不高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“告警”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“异常”。
以前文的电压互感器为例,其电压互感器的准确度等级为0.2级,即BV1=0.2%。
在突变误差方面,对于准确度等级为0.2级的电压互感器,区间[-BV3,BV3]=[-0.1333%,0.1333%],则超差概率Po为:
当δ=40%,θ=70%时,可获取θ5的两个评估边界值分别为0.1029%和0.1886%。根据公式(40)和上述的评估策略,可得某电压互感器突变误差的状态如下表2所示:
表2:某电压互感器突变误差状态。
本实施例步骤5)基于渐变误差状态和突变误差状态得到电压互感器基于数据驱动原理评估结果变化趋势的误差状态,以应用于分析大规模的待检测电压互感器的状态,所述的状态类别包括正常、警告、异常,同时上报状态信息。步骤5)中根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成是指:当渐变误差状态或突变误差状态为“异常”时,电压互感器总的误差状态为“异常”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“正常”,具体如表3所示。
表3:电压互感器误差状态合成表。
本实施例中,某电压互感器的渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“正常”,因此最终该电压互感器总的误差状态为“正常”,具体如表4所示。
表4:某电压互感器的误差状态合成实例表。
总的误差状态 | 渐变误差状态 | 突变误差状态 |
正常 | 正常 | 正常 |
此外,本实施例还提供一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估系统,包括:
变化趋势评估模块,用于确定偏差统计量dev的统计分布规律;
策略生成模块,用于根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的变化量、渐变误差状态之间的映射关系;根据检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,得到电压互感器误差估计值突变误差的评估策略,以建立电压互感器的误差估计值的连续变化量、突变误差状态之间的映射关系;
误差生成模块,用于针对被检测的任意电压互感器,根据误差估计值的变化量确定对应的渐变误差状态,根据误差估计值的连续变化量确定对应的突变误差状态,并根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成,得到该电压互感器总的误差状态。
此外,本实施例还提供一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器被编程或配置以执行前述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的步骤。
此外,本实施例还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,其特征在于包括:
2)确定偏差统计量dev的统计分布规律;
3)根据电压互感器检定规程以及偏差统计量dev的统计分布规律,分别得到电压互感器渐变误差的评估策略、以建立电压互感器的误差估计值的变化量、渐变误差状态之间的映射关系,得到电压互感器突变误差的评估策略、以建立电压互感器的误差估计值的连续变化量、突变误差状态之间的映射关系;
4)针对被检测的任意电压互感器,应用电压互感器渐变误差的评估策略获得该电压互感器的误差估计值的变化量对应的渐变误差状态,应用电压互感器突变误差的评估策略获得该电压互感器的误差估计值的连续变化量对应的突变误差状态;并根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成,得到该电压互感器总的误差状态;
步骤3)中得到电压互感器渐变误差的评估策略的步骤包括:
3.1A)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV2,BV2];
3.2A)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV2,BV2]的概率Pt作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的变化量/>的超差概率,/> 为当前时段内误差估计值xi的平均值,/>为对比时段内误差估计值xi的平均值,/>为当前时段内电压互感器误差真值/>的平均值,/>为对比时段内电压互感器误差真值/>的平均值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
3.3A)针对电压互感器的多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量定义α和β为不同状态时误差真值的变化量超出区间[-BV2,BV2]的临界概率,调控α和β并根据α和β确定误差估计值渐变误差的两个评估边界的临界值/>和/>得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略:当误差估计值的变化量/>落入区间对应电压互感器发生超差的超差概率/>将不高于α,判定电压互感器的渐变误差状态为“正常”;当误差估计值的变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于α而不高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“告警”;当误差估计值的变化量/>落入区间/>时,对应电压互感器发生超差的超差概率/>将高于β,判定电压互感器的渐变误差状态为“异常”;且在得到多种当前时段及其对比时段的误差估计值的变化量/>对应的渐变误差状态后,若超过半数为“异常”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;若刚好半数为“警告”,则判定电压互感器最终的渐变误差状态为“异常”;否则,判定电压互感器最终的渐变误差状态为“正常”;
步骤3)中得到电压互感器突变误差的评估策略的步骤包括:
3.1B)根据电力互感器检定规程电压互感器误差数据真值的变化区间[-BV3,BV3];
3.2B)定义电压互感器误差数据真值的变化量超出变化区间[-BV3,BV3]的概率Po作为超差概率,得到超差概率的函数表达式为:
上式中,表示误差估计值的连续变化量/>的超差概率, 为当前时刻的误差真值,x0为当前时刻的误差估计值;/>为前一时刻的误差真值,x-1为前一次的误差估计值,且其中/>和/>均满足偏差统计量dev的统计分布规律;
3.3B)针对电压互感器的连续两次误差估计值的连续变化量定义δ和θ为不同状态时误差真值连续变化量超出区间[-BV3,BV3]的临界概率,调控δ和θ,确定被检测的电压互感器误差估计值变化量的两个评估边界值为/>和/>得到电压互感器误差估计值渐变误差的评估策略:当误差估计值的连续变化量/>落入区间对应电压互感器发生超差的概率将不高于δ,判定电压互感器的突变误差状态为“正常”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于δ而不高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“告警”;当误差估计值的连续变化量/>落入区间时,对应电压互感器发生超差的概率将高于θ,判定电压互感器的突变误差状态为“异常”。
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,其特征在于,步骤2)包括:
2.1)根据偏差统计量dev的数据特点选择已知的概率分布函数F0(dev);
2.2)计算出偏差统计量dev的累计频率函数Fn(dev);
2.3)计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D;
2.4)判断概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D小于D(n,α)是否成立,其中D(n,α)表示在显著性水平为α且电压互感器样本的数量为n时最大值D的临界值,若不成立,则根据偏差统计量dev的数据特点选择另一种已知的分布函数F0(dev),跳转执行步骤2.2);否则,判定偏差统计量dev总体服从假设的概率分布,从而确定偏差统计量dev的统计分布规律。
4.根据权利要求3所述的基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,其特征在于,步骤2.2)中累计频率函数Fn(dev)的计算函数表达式为:Fn(dev)=i/n,其中i=1,2,…,n,n为电压互感器样本的数量。
5.根据权利要求3所述的基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,其特征在于,步骤2.3)中计算概率分布函数F0(dev)、累计频率函数Fn(dev)之间差距的最大值D的计算函数表达式为D=max|Fn(x)-F0(x)|,其中F0(dev)为概率分布函数、Fn(dev)为累计频率函数。
6.根据权利要求1所述的基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法,其特征在于,步骤4)中根据渐变误差状态、突变误差状态进行电压互感器误差状态合成是指:当渐变误差状态或突变误差状态为“异常”时,电压互感器总的误差状态为“异常”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“告警”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“告警”时,电压互感器总的误差状态为“告警”;当渐变误差状态为“正常”、突变误差状态为“正常”时,电压互感器总的误差状态为“正常”。
7.一种基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估系统,包括相互连接的微处理器和存储器,其特征在于,所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1~6中任意一项所述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1~6中任意一项所述基于数据驱动评估结果变化趋势的电压互感器状态评估方法的计算机程序。
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