CN113255147B - Cvt电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质 - Google Patents

Cvt电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质 Download PDF

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CN113255147B CN202110622494.7A CN202110622494A CN113255147B CN 113255147 B CN113255147 B CN 113255147B CN 202110622494 A CN202110622494 A CN 202110622494A CN 113255147 B CN113255147 B CN 113255147B
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Abstract

本发明公开了一种CVT电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质，该方法包括利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系；CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；利用
Figure 156908DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量计算出转移概率矩阵；利用
Figure 586752DEST_PATH_IMAGE002
时刻的观测状态量及CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出对应概率矩阵；根据转移概率矩阵与对应概率矩阵，计算得到
Figure 297219DEST_PATH_IMAGE002
时刻的隐藏状态量。本发明无需额外增加测量设备，实现了CVT电容量的在线监测，方便且可行性强，同时大大提高了测量结果的准确度。

Description

CVT电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力在线检测技术领域，具体涉及一种CVT电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质。
背景技术
电容式电压互感器（CVT）是一种用来测量高电压的电力系统设备，因其具有体积小、重量轻、结构简单与价格低的特点，在电力系统的高电压测量中得到了广泛应用。电容式电压互感器主要采用电容分压原理，其中的分压电容器由高压电容与中压电容串联而成。随着使用时间的增加，分压电容器容易发生绝缘老化与电容量降低的现象，严重的甚至会出现电容单元被击穿。因此对电容量的有效测量十分关键
目前，针对CVT电容量测量方法主要有以下几种：第一种是西林电桥法，即利用介损仪准确测量出CVT的电容量，但此方法属于离线测量方法，不仅会影响电网正常运行，也无法实现对CVT电容分压器电容量的实时监测；第二种是获取母线PT电压与CVT对地电流，在假设母线PT电压值为真实电压值的情况下实现对CVT电容量的计算，但由于母线PT通常也是采用CVT，因此无法保证测量电压值的准确性；同时该方法需要在CVT内部加装电流互感器以获取电流，在安全性、可靠性上无法保证；第三种是根据CVT二次电压变化反过来预测电容量的变化，但该方法在应用时无法有效排除电网电压波动的干扰，且由于分压电容老化为缓慢过程，使用该方法也无法有效检测电容量的变化过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CVT电容量在线监测方法、装置、终端设备及存储介质，以解决现有技术中CVT电容量监测存在的无法实时监测、测量结果不准确，安全性、稳定性低的技术问题。
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种CVT电容量在线监测方法，包括：
利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；所述CVT为电容式电压互感器；
获取
Figure DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 722910DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵，包括：
利用
Figure 125073DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量
Figure 657202DEST_PATH_IMAGE002
，建立对应的密度函数：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
当
Figure 384987DEST_PATH_IMAGE004
分别等于
Figure 467212DEST_PATH_IMAGE002
的额定容值时，计算转移概率矩阵：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
式中，
Figure 938645DEST_PATH_IMAGE006
为状态转移概率矩阵HT的元素；
获取
Figure DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；其中，CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系的表达式为：
Figure 9500DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 298399DEST_PATH_IMAGE010
为二维矩阵HO的索引；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示电容为
Figure 586030DEST_PATH_IMAGE012
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示电容为
Figure 595574DEST_PATH_IMAGE014
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示CVT二次谐波电压的实际变化量；
根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure 35783DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量，包括：
计算
Figure 636529DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 709658DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（16）
式中，
Figure 585210DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 348767DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为隐藏状态
Figure 169349DEST_PATH_IMAGE020
时刻转换到
Figure 588829DEST_PATH_IMAGE007
时刻的转移概率；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为
Figure 330389DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure 886135DEST_PATH_IMAGE022
表示循环计算取最大值；
根据所述
Figure 94262DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 876405DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 500284DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量。
进一步地，所述利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，包括：
获取CVT等效电路；
利用星角变换对所述CVT等效电路进行处理，得到CVT简化电路；
根据所述CVT简化电路，获取CVT的网络传递函数；
改变所述网络传递函数中的电容量，得到不同电容量下的CVT二次侧谐波电压。
进一步地，所述电容量的变化规律满足正态分布。
本发明还提供了一种CVT电容量在线监测装置，包括：
建模单元，用于利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；所述CVT为电容式电压互感器；
转移概率矩阵计算单元，获取
Figure 566329DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 945358DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵，包括：
利用
Figure 339430DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量
Figure 140902DEST_PATH_IMAGE002
，建立对应的密度函数：
Figure 671240DEST_PATH_IMAGE003
；
当
Figure 221170DEST_PATH_IMAGE004
分别等于
Figure 227172DEST_PATH_IMAGE002
的额定容值时，计算转移概率矩阵：
Figure 458433DEST_PATH_IMAGE005
；
式中，
Figure 984224DEST_PATH_IMAGE006
为状态转移概率矩阵HT的元素；
对应概率矩阵计算单元，用于获取
Figure 439476DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；其中，CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系的表达式为：
Figure 542561DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure 702147DEST_PATH_IMAGE009
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 269395DEST_PATH_IMAGE010
为二维矩阵HO的索引；
Figure 98810DEST_PATH_IMAGE011
表示电容为
Figure 60163DEST_PATH_IMAGE012
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 898806DEST_PATH_IMAGE013
表示电容为
Figure 54981DEST_PATH_IMAGE014
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 445511DEST_PATH_IMAGE015
表示CVT二次谐波电压的实际变化量；
隐藏状态量计算单元，用于根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure DEST_PATH_IMAGE023
时刻的隐藏状态量，包括：
计算
Figure 601817DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 40889DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率：
Figure 254832DEST_PATH_IMAGE024
（16）
式中，
Figure 816264DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
隐藏状态对应的概率；
Figure 646817DEST_PATH_IMAGE019
为隐藏状态
Figure 935584DEST_PATH_IMAGE020
时刻转换到
Figure 269614DEST_PATH_IMAGE007
时刻的转移概率；
Figure 674050DEST_PATH_IMAGE026
为
Figure 850954DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
表示循环计算取最大值；
根据所述
Figure 648139DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 898992DEST_PATH_IMAGE025
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 677592DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量。
进一步地，所述建模单元，还用于：
获取CVT等效电路；
利用星角变换对所述CVT等效电路进行处理，得到CVT简化电路；
根据所述CVT简化电路，获取CVT的网络传递函数；
改变所述网络传递函数中的电容量，得到不同电容量下的CVT二次侧谐波电压。
进一步地，所述电容量的变化规律满足正态分布。
本发明还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的CVT电容量在线监测方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的CVT电容量在线监测方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明利用隐马尔可夫模型建立了CVT分压电容容值与二次侧谐波电压的关系，并且认为电容容值与CVT二次侧谐波电压的对应关系以及电容量自身变化规律满足正态分布规律，根据此模型实现CVT电容分压器电容量的在线监测。本发明克服了电网电压波动对预测算法的影响，引入谐波电压的监测变量也大大提高了预测算法的准确度，同时本发明提供的方法不用改变CVT内部结构和额外增加测量设备，具有较高的可行性与便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的CVT电容量在线监测方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的隐马尔可夫模型的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的CVT等效电路模型的结构示意图；
图4是本发明某一实施例提供的星角变换后的CVT简化电路模型的结构示意图；
图5是本发明某一实施例提供的在MATLAB中计算得到的CVT二次侧基波电压；
图6是本发明某一实施例提供的在MATLAB中计算得到的CVT三次谐波电压；
图7是本发明某一实施例提供的在MATLAB中计算得到的CVT五次谐波电压；
图8是本发明某一实施例提供的在MATLAB中计算得到的CVT七次谐波电压；
图9是本发明又一实施例提供的CVT电容量在线监测方法的流程示意图；
图10是本发明某一实施例提供的在MATLAB中计算得到转移概率矩阵；
图11是本发明某一实施例提供的时刻为1计算的CVT二次侧谐波电压；
图12是本发明某一实施例提供的时刻为5计算的CVT二次侧谐波电压；
图13是本发明某一实施例提供的时刻为10计算的CVT二次侧谐波电压；
图14是本发明某一实施例提供的时刻为15计算的CVT二次侧谐波电压；
图15是本发明某一实施例提供的时刻为20计算的CVT二次侧谐波电压；
图16是本发明某一实施例提供的时刻为25计算的CVT二次侧谐波电压；
图17是本发明某一实施例提供的时刻为30计算的CVT二次侧谐波电压；
图18是本发明某一实施例提供的时刻为35计算的CVT二次侧谐波电压；
图19是本发明某一实施例提供的时刻为40计算的CVT二次侧谐波电压；
图20是本发明某一实施例提供的时刻为45计算的CVT二次侧谐波电压；
图21是本发明某一实施例提供的时刻为47计算的CVT二次侧谐波电压；
图22是本发明某一实施例提供的时刻为50计算的CVT二次侧谐波电压；
图23是本发明某一实施例提供的CVT电容量在线监测装置的结构示意图。
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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一方面：
请参阅图1，在本发明某一实施例中，提供了一种CVT电容量在线监测方法，包括：
S10、利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；所述CVT为电容式电压互感器；
在步骤S10中，首先利用隐马尔可夫模型实现对分压电容的电容量与CVT二次侧谐波电压的建模，根据隐马尔可夫模型所需要的五个要素，分别把CVT二次侧谐波电压作为观测状态量O；把电容量作为隐藏状态量H；把CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率作为对应概率矩阵HO；把电容量自身变化的概率作为转移概率矩阵HT；把电容量的容值初始值估计作为初始化概率集SP，在本方法中，由于电容量的初始值是可以具体确定的，因此可以忽略初始化概率集SP。如图2所示，其中
Figure 76213DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
分别表示
Figure 864040DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量、观测状态量。
进一步地，在本实施例中，首先需要获得分压电容器电容量与CVT二次侧谐波电压关系，利用电工原理，CVT的工作电路可以用如图3所示的电路模型进行等效，在图3中，
Figure 549493DEST_PATH_IMAGE030
表示原方一次侧被测电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
表示在CVT二次侧测得的二次侧输出电压；
Figure 498994DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure DEST_PATH_IMAGE033
分别表示高压和中压电容；
Figure 588173DEST_PATH_IMAGE034
为补偿电抗器电感；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为补偿电抗器等效电阻；
Figure 55058DEST_PATH_IMAGE036
表示补偿电抗器等效杂散电容；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
分别表示中压变压器T的励磁电阻、励磁电感；
Figure 546082DEST_PATH_IMAGE038
分别表示中压变压器一次侧的绕组电阻和绕组漏感；
Figure DEST_PATH_IMAGE039
分别表示中压变压器二次侧的绕组电阻和绕组漏感；
Figure 932064DEST_PATH_IMAGE040
表示一次侧绕组对地杂散电容；
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示二次侧绕组对地杂散电容；
Figure 23385DEST_PATH_IMAGE042
表示一次侧与二次侧绕组间耦合电容；
Figure DEST_PATH_IMAGE043
分别为阻尼器等效电感和电阻；
Figure 277649DEST_PATH_IMAGE044
分别为折算至一次侧的负载电感和电阻。
在某一个实施例中，利用星角（Y-Δ变换）对图3的电路进行等效，获得简化电路，如图4所示，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
（1）
Figure 373912DEST_PATH_IMAGE046
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE047
（3）
Figure 196375DEST_PATH_IMAGE048
（4）
Figure DEST_PATH_IMAGE049
（5）
Figure 260146DEST_PATH_IMAGE050
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE051
（7）
Figure 564438DEST_PATH_IMAGE052
（8）
Figure DEST_PATH_IMAGE053
（9）
Figure 764476DEST_PATH_IMAGE054
（10）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为一次侧电压经电容分压后的电压值，
Figure 492260DEST_PATH_IMAGE056
为等效参数，由公式（1-10）可得，CVT的网络传递函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
（11）
获得以上传递参数之后，通过改变分压电容C1、C2的值得到不同电容参数下的CVT二次侧谐波电压。
需要说明的是，主电容C1和C2是CVT的主绝缘部分，负责隔离高压和传递低压，输出工频和通信的信号。虽然随着电容器用绝缘介质技术的发展，高压并联电容器生产已广泛使用全薄膜介质，但对于CVT用分压器，考虑到温度变化会使得电容器的电容值发生不利于CVT运行的变化，因此，在CVT的设计中应用的是纸介质和薄膜介质复合的纸膜复合介质绝缘结构（一般为二膜三纸或二膜一纸），原因是纸介质具有正的温度系数，而薄膜介质具有负的温度系数，这样，通过采用两种温度系数互补的方法，可以使得分压电容器的电容值较为稳定，不会因在运行温度范围内出现过大的变化而影响其高频特性，降低高频通信的传输质量。合成的纸膜复合结构介质的温度系数
Figure DEST_PATH_IMAGE059
小于-5Í10-4/K，即温度在±50℃范围内变化时，C1和C2的变化值在±2.5%以内。按照电容式电压互感器GB/T 4703-2001的标准，电容分压器应符合耦合电容器及电容分压器标准JB/T 8169-1999的要求。在电容分压器分压电容单元的选择时，任何一个串联电容器单元的实测值与标称值（额定值）之差应不超过标称值的-5%~+10%。在分别设置CVT一次侧基波电压为额定电压，谐波电压为1%基波额定电压之后，得出分压电容（C1,C2）在各自额定值的90%-110%之间变化所对应的CVT二次侧谐波电压。此过程在MATLAB中实现，计算结果如图5-8所示：即方法采用的观测状态分别为CVT二次电压基波，三次谐波，五次谐波，以及七次谐波。
S20、获取
Figure 325218DEST_PATH_IMAGE060
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 655705DEST_PATH_IMAGE060
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵；
需要说明的是，隐藏状态量也即是分压电容的电容量。在n=1时，我们可以通过现场测量得到电容数值，当n>1时，
Figure 382353DEST_PATH_IMAGE060
时刻的隐藏状态量可以通过本方法迭代计算得到，如图9所示，构成迭代计算。
进一步地，在本实施例中，影响分压电容器容值的因素有介质温度、受潮程度以及绝缘老化，这些因素对分压电容器容值的影响是个缓慢的过程，当变化积累到一定程度之后才会导致电容单元击穿。因此，容值的变化规律可以视为满足正态分布规律，其中期望值
Figure 654940DEST_PATH_IMAGE062
为当前电容容值。其物理意义在于电容容值维持不变的概率最高，且变化概率随着变化程度的增加而降低。其概率密度函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE063
（12）
进一步地，由于
Figure 365407DEST_PATH_IMAGE064
时刻分压电容器具有
Figure DEST_PATH_IMAGE065
两个独立影响因子，因此可以将公式（12）变形为：
Figure 702847DEST_PATH_IMAGE066
（13）
当
Figure DEST_PATH_IMAGE067
分别等于
Figure 956105DEST_PATH_IMAGE065
的额定容值时，可计算出二维转移概率矩阵，如图10所示，因此可以得到：
Figure 494534DEST_PATH_IMAGE068
（14）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
为状态转移概率矩阵HT的元素。
S30、获取
Figure 82510DEST_PATH_IMAGE070
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；
在本实施例中，观测状态为CVT二次电压谐波。在分压电容容量的在线监测中，CVT一次电压波动是造成监测误差的主要因素。电力系统运行时，电压会受到负荷、发电机出力等因素的影响，产生围绕额定值的随机波动。如采用单一的基波电压观测状态量，则无法区分CVT二次电压的变化是由一次电压波动引起还是分压电容数值改变引起。由于电网中的基波以及谐波电压波动属于随机波动不可能同时符合因电容量改变导致的CVT二次变化规律。因此，为了提高精度，需要引入谐波电压观测状态量。理论上，所引入的观测状态越多，模型应该更加准确，但考虑到现实中高次谐波的含量较少，且以目前的采样技术，谐波次数越高，测量精度越难保证。综合以上考虑，本方法采用的观测状态分别为CVT二次电压基波，三次谐波，五次谐波，以及七次谐波。
进一步地，根据步骤S10所计算的电容量变化与CVT二次侧谐波电压的对应关系，以及步骤S40所获取的CVT二次侧谐波电压，理论上可以就计算得到最有可能的电容参数。然而，如果电网长期或在一段时间内，因负荷变化导致电压有规律的处于偏高或偏低状态，如按照步骤S10所得到的对应关系，得出的电容参数将会出现较大误差。因此，本方法的对应概率计算方法采用了电压增量对应电容增量的方式，且电容量与谐波电压的对应也满足正态分布规律，则有：
Figure 630166DEST_PATH_IMAGE071
（15）
其中，
Figure 708237DEST_PATH_IMAGE072
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 683146DEST_PATH_IMAGE073
为二维矩阵HO的索引；
Figure 164943DEST_PATH_IMAGE074
表示电容为
Figure 640924DEST_PATH_IMAGE075
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 196670DEST_PATH_IMAGE076
表示电容为
Figure 483426DEST_PATH_IMAGE077
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 186940DEST_PATH_IMAGE078
代表了CVT二次谐波电压的实际变化量；因此，
Figure 810819DEST_PATH_IMAGE079
代表了实际谐波电压变化量与计算得到的谐波电压变化量的偏移程度。
S40、根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure 876864DEST_PATH_IMAGE070
时刻的隐藏状态量，具体地：
根据公式（13-15），可分别求得转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，然后代入公式（16），计算
Figure 193576DEST_PATH_IMAGE070
时刻
Figure 384386DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率：
Figure 185858DEST_PATH_IMAGE081
（16）
式中，
Figure 981775DEST_PATH_IMAGE082
为
Figure 531705DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率；
Figure 537708DEST_PATH_IMAGE083
为隐藏状态
Figure 503390DEST_PATH_IMAGE064
时刻转换到
Figure 29180DEST_PATH_IMAGE070
时刻的转移概率；
Figure 750011DEST_PATH_IMAGE084
为
Figure 118676DEST_PATH_IMAGE070
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure 12682DEST_PATH_IMAGE085
表示循环计算取最大值；
最后，根据所述
Figure 314351DEST_PATH_IMAGE070
时刻
Figure 409346DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 636278DEST_PATH_IMAGE070
时刻的隐藏状态量。
本发明实施例利用隐马尔可夫模型建立了CVT分压电容容值与二次侧谐波电压的关系，并且认为电容容值与CVT二次侧谐波电压的对应关系以及电容量自身变化规律满足正态分布规律，根据此模型实现CVT电容分压器电容量的在线监测。本发明实施例通过引入谐波电压的监测变量，大大提高了测量结果的准确度，且在应用时无需改变CVT内部结构和额外增加测量设备，具有较高的可行性与便利性。
在某一实施例中，为了说明本发明的所能实现的效果，根据图3所示CVT等效电路模型，设置五组不同的分压电容容值组合，得出对应的CVT二次谐波输出值。利用随机数产生一组模拟随机电压波动。产生一组模拟CVT二次侧谐波电压的序列，如下表1所示。把表1的谐波电压序列作为可观测状态，根据式子（16）计算每个隐藏状态的最大概率，得出计算结果如图11-22所示，从结果可以看出，仿真结果与表1的预设结果一致，因此证明了本方法的可行性。
表1 各个时刻的谐波电压预设值
时刻 1 2-9 10 11-19 20 21-29
谐波电压 U(C1,C2) 随机波动 U(C1*99%,C2*97.5%) 随机波动 U(C1*103.5%,C2*100.5%) 随机波动
时刻 30 31-39 40 41-44 45 46-50
谐波电压 U(C1*96.5%,C2*101.5%) 随机波动 U(C1*97.5%,C2*103.5%) 随机波动 U(C1*100.5%,C2*106%) 随机波动
如图11-22所示，假设时刻1的CVT谐波电压值为额定电容C1、C2下对应的谐波电压值；时刻 2-9的随机波动指的是在时刻1的谐波电压基础上附加上一个随机数，模拟谐波电压在无规律的波动；时刻10表示，当电容C1、C2较时刻1分别变化了99%与97.5%时对应的谐波电压值。以此类推，表1模拟了CVT二次侧谐波电压的测量序列。把表1的谐波电压序列作为可观测状态，根据式（16）计算每个隐藏状态的最大概率，得出计算结果。由图11、图12可见，概率最高点对应的C1、C2的值分别为C1*100%与C2*100%，说明计算结果表明C1、C2的值最大概率为额定值，这与表1的预设结果一致。同时也表明算法能够克服时刻5电压随机波动带来的干扰。由图13、图14可见概率最高点对应的C1、C2的值分别为C1*99%与C2*97.5%，也符合表1所设时刻10、时刻15的结果。以此类推，图15、图16及图17-22分别印证了表1所设时刻20、时刻25、时刻30、时刻35、时刻40、时刻45、时刻47及时刻50的结果，因此证明了本方法的可行性。
第二方面：
本发明某一实施例还提供了一种CVT电容量在线监测装置，如图23所示，所述装置包括：
建模单元01，用于利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；
转移概率矩阵计算单元02，获取
Figure 943763DEST_PATH_IMAGE064
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 365517DEST_PATH_IMAGE064
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵，包括：
利用
Figure 756047DEST_PATH_IMAGE064
时刻的隐藏状态量
Figure 568145DEST_PATH_IMAGE065
，建立对应的密度函数：
Figure 85845DEST_PATH_IMAGE086
；
当
Figure 362106DEST_PATH_IMAGE067
分别等于
Figure 798903DEST_PATH_IMAGE065
的额定容值时，计算转移概率矩阵：
Figure 222931DEST_PATH_IMAGE005
；
式中，
Figure 137798DEST_PATH_IMAGE069
为状态转移概率矩阵HT的元素；
对应概率矩阵计算单元03，用于获取
Figure 534144DEST_PATH_IMAGE070
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；其中，CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系的表达式为：
Figure 515744DEST_PATH_IMAGE071
；
其中，
Figure 302435DEST_PATH_IMAGE072
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 817729DEST_PATH_IMAGE073
为二维矩阵HO的索引；
Figure 396478DEST_PATH_IMAGE074
表示电容为
Figure 175079DEST_PATH_IMAGE087
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 324431DEST_PATH_IMAGE088
表示电容为
Figure 643417DEST_PATH_IMAGE077
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 952039DEST_PATH_IMAGE078
表示CVT二次谐波电压的实际变化量；
隐藏状态量计算单元04，用于根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure 760595DEST_PATH_IMAGE070
时刻的隐藏状态量，包括：
计算
Figure 521877DEST_PATH_IMAGE070
时刻
Figure 644554DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率：
Figure 184513DEST_PATH_IMAGE089
；
式中，
Figure 39337DEST_PATH_IMAGE090
为
Figure 678129DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率；
Figure 338917DEST_PATH_IMAGE091
为隐藏状态
Figure 356552DEST_PATH_IMAGE060
时刻转换到
Figure 523222DEST_PATH_IMAGE070
时刻的转移概率；
Figure 55834DEST_PATH_IMAGE084
为
Figure 457997DEST_PATH_IMAGE070
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure 720351DEST_PATH_IMAGE085
表示循环计算取最大值；
根据所述
Figure 182556DEST_PATH_IMAGE070
时刻
Figure 936886DEST_PATH_IMAGE080
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 782220DEST_PATH_IMAGE070
时刻的隐藏状态量。
本发明实施例提供的装置在执行对应的方法时，利用隐马尔可夫模型建立了CVT分压电容容值与二次侧谐波电压的关系，并且认为电容容值与CVT二次侧谐波电压的对应关系以及电容量自身变化规律满足正态分布规律，根据此模型实现CVT电容分压器电容量的在线监测。本发明实施例通过引入谐波电压的监测变量，大大提高了测量结果的准确度，且在应用时无需改变CVT内部结构和额外增加测量设备，具有较高的可行性与便利性。
在某一个实施例中，建模单元01，还用于：
获取CVT等效电路；
利用星角变换对所述CVT等效电路进行处理，得到CVT简化电路；
根据所述CVT简化电路，获取CVT的网络传递函数；
改变所述网络传递函数中的电容量，得到不同电容量下的CVT二次侧谐波电压。
在某一个实施例中，所述电容量的变化规律满足正态分布。
第三方面：
本发明某一实施例还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的CVT电容量在线监测方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的CVT电容量在线监测方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C) 、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP) 、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device ,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD) 、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array ，简称FPGA) 、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的CVT电容量在线监测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的CVT电容量在线监测方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的CVT电容量在线监测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种CVT电容量在线监测方法，其特征在于，包括：
利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；所述CVT为电容式电压互感器；
获取
Figure 24112DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 49837DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵，包括：
利用
Figure 910346DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量
Figure 374825DEST_PATH_IMAGE002
，建立对应的密度函数：
Figure 512545DEST_PATH_IMAGE003
；
当
Figure 584538DEST_PATH_IMAGE004
分别等于
Figure 807709DEST_PATH_IMAGE002
的额定容值时，计算转移概率矩阵：
Figure 75879DEST_PATH_IMAGE005
；
式中，
Figure 192739DEST_PATH_IMAGE006
为状态转移概率矩阵HT的元素；
获取
Figure 560267DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；其中，CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系的表达式为：
Figure 644635DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure 450917DEST_PATH_IMAGE009
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 297651DEST_PATH_IMAGE010
为二维矩阵HO的索引；
Figure 226292DEST_PATH_IMAGE011
表示电容为
Figure 158476DEST_PATH_IMAGE012
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 768449DEST_PATH_IMAGE013
表示电容为
Figure 345055DEST_PATH_IMAGE014
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 319964DEST_PATH_IMAGE015
表示CVT二次谐波电压的实际变化量；
根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure 864078DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量，包括：
计算
Figure 12163DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 833488DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率：
Figure 621709DEST_PATH_IMAGE017
（16）
式中，
Figure 262906DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 214681DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率；
Figure 15147DEST_PATH_IMAGE019
为隐藏状态
Figure 331859DEST_PATH_IMAGE001
时刻转换到
Figure 601297DEST_PATH_IMAGE007
时刻的转移概率；
Figure 91185DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 887102DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure 233770DEST_PATH_IMAGE021
表示循环计算取最大值；
根据所述
Figure 115138DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 408716DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 433042DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量。
2.根据权利要求1所述的CVT电容量在线监测方法，其特征在于，所述利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，包括：
获取CVT等效电路；
利用星角变换对所述CVT等效电路进行处理，得到CVT简化电路；
根据所述CVT简化电路，获取CVT的网络传递函数；
改变所述网络传递函数中的电容量，得到不同电容量下的CVT二次侧谐波电压。
3.根据权利要求1-2任一项所述的CVT电容量在线监测方法，其特征在于，所述电容量的变化规律满足正态分布。
4.一种CVT电容量在线监测装置，其特征在于，包括：
建模单元，用于利用隐马尔可夫模型建模，得到CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，其中，CVT二次侧谐波电压、电容量、CVT二次侧谐波电压与电容量的对应概率及电容量变化概率分别用观测状态量、隐藏状态量、对应概率矩阵及转移概率矩阵表示；所述CVT为电容式电压互感器；
转移概率矩阵计算单元，获取
Figure 91556DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量，并利用所述
Figure 991379DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量计算出所述转移概率矩阵，包括：
利用
Figure 150965DEST_PATH_IMAGE001
时刻的隐藏状态量
Figure 655896DEST_PATH_IMAGE002
，建立对应的密度函数：
Figure 626257DEST_PATH_IMAGE022
；
当
Figure 13376DEST_PATH_IMAGE004
分别等于
Figure 852019DEST_PATH_IMAGE023
的额定容值时，计算转移概率矩阵：
Figure 336090DEST_PATH_IMAGE024
；
式中，
Figure 601986DEST_PATH_IMAGE006
为状态转移概率矩阵HT的元素；
对应概率矩阵计算单元，用于获取
Figure 476401DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量，并结合所述CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系，计算出所述对应概率矩阵；其中，CVT二次侧谐波电压与电容量变化的对应关系的表达式为：
Figure 224128DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure 438071DEST_PATH_IMAGE009
为对应概率矩阵HO的元素，
Figure 999503DEST_PATH_IMAGE010
为二维矩阵HO的索引；
Figure 361214DEST_PATH_IMAGE011
表示电容为
Figure 276080DEST_PATH_IMAGE012
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 485476DEST_PATH_IMAGE013
表示电容为
Figure 889912DEST_PATH_IMAGE014
时候的CVT二次侧谐波电压；
Figure 942182DEST_PATH_IMAGE015
表示CVT二次谐波电压的实际变化量；
隐藏状态量计算单元，用于根据所述转移概率矩阵与所述对应概率矩阵，计算得到
Figure 785373DEST_PATH_IMAGE025
时刻的隐藏状态量，包括：
计算
Figure 973909DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 549247DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率：
Figure 462714DEST_PATH_IMAGE017
（16）
式中，
Figure 719383DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 824742DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率；
Figure 898878DEST_PATH_IMAGE019
为隐藏状态
Figure 660160DEST_PATH_IMAGE001
时刻转换到
Figure 595886DEST_PATH_IMAGE007
时刻的转移概率；
Figure 555752DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 941734DEST_PATH_IMAGE007
时刻的观测状态量与隐藏状态量的对应概率；
Figure 49367DEST_PATH_IMAGE021
表示循环计算取最大值；
根据所述
Figure 913418DEST_PATH_IMAGE007
时刻
Figure 993370DEST_PATH_IMAGE016
隐藏状态对应的概率，映射得到
Figure 661505DEST_PATH_IMAGE007
时刻的隐藏状态量。
5.根据权利要求4所述的CVT电容量在线监测装置，其特征在于，所述建模单元，还用于：
获取CVT等效电路；
利用星角变换对所述CVT等效电路进行处理，得到CVT简化电路；
根据所述CVT简化电路，获取CVT的网络传递函数；
改变所述网络传递函数中的电容量，得到不同电容量下的CVT二次侧谐波电压。
6.根据权利要求4-5任一项所述的CVT电容量在线监测装置，其特征在于，所述电容量的变化规律满足正态分布。
7.一种终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至3任一项所述的CVT电容量在线监测方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至3任一项所述的CVT电容量在线监测方法。
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