CN113533950B - 一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法 - Google Patents

一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法。为了克服现有技术断路器操作电压采样频率过高，影响数据采集设备的运行速度，影响设备的使用寿命的问题；本发明包括以下步骤：S1：采集电网数据和断路器操作数据，结合历史数据训练BiLSTM模型；S2：将实时采集的电网数据输入到训练好的BiLSTM模型中，预测断路器操作电压状态；S3：断路器收到操作指令后，根据预测的断路器操作电压状态自适应调整操作电压采样频率，采集断路器操作电压。本发明根据BiLSTM模型输出的预测电压波形确定操作电压采样频率，既能避免重复数据拖慢运行速度，保证断路器的使用寿命；又能够避免错失重要数据，提高数据采集设备的使用效率。

Description

一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法
技术领域
本发明涉及一种操作电压采样领域，尤其涉及一种基于双向长短期记忆网络的高压断路器操作电压采样方法。
背景技术
操作过电压对电网安全有重大的影响，采样高压断路器的操作电压，可通过分析波形与质量来判断高压断路器的工作状态，因此操作过电压的信息采集对电网至关重要。操作过电压的采集频率对操作过电压的精确采集至关重要，采样频率过高会采集过多的重复信息，数据采集设备运行速度会变慢，设备使用寿命也会受到影响，降低操作电压的采集频率又会错失重要数据，对波形与质量的分析造成影响。
现在的断路器电压采集一般都都是实时采集，例如，一种在中国专利文献上公开的“永磁真空断路器控制装置”，其公告号CN106444457A，通过直流采样模块用于采集断路器行程、励磁电流、操作电压等直流模拟量信号；开入采集模块用于采集数字开入信号；交流采样模块用于采样保护电压、保护电流及测量电流等交流模拟量信号；处理模块用于根据交流电流信号、电压模拟信号及数字开入信号、保护电压、保护电流及测量电流发出具有指定逻辑的控制信号；驱动控制模块用于根据控制信号控制永磁真空断路器动作。该方案断路器操作电压采样频率过高，影响数据采集设备的运行速度，影响设备的使用寿命。
发明内容
本发明主要解决现有技术断路器操作电压采样频率过高，影响数据采集设备的运行速度，影响设备的使用寿命的问题；提供一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，通过电网数据确定断路器操作电压采集频率，提高数据采集设备的使用效率，保证断路器的使用寿命。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，包括以下步骤：
S1：采集电网数据和断路器操作数据，结合历史数据训练BiLSTM模型；
S2：将实时采集的电网数据输入到训练好的BiLSTM模型中，预测断路器操作电压状态；
S3：断路器收到操作指令后，根据预测的断路器操作电压状态自适应调整操作电压采样频率，采集断路器操作电压。
电网数据包括电网的电压数据、电流数据、温度数据等，根据电网数据与断路器操作数据训练出来的BiLSTM模型，将电网数据与断路器操作电压相关联，能够根据输入的电网数据预测断路器操作电压状态，包括操作电压的波形，以此来调整操作电压采集频率，提高数据采集设备的使用效率，保证断路器的使用寿命。
作为优选，所述的电网数据包括电网电压数据、电网电流数据和环境温度数据；所述的断路器操作数据包括操作电压数据、励磁电流数据、设备红外温度数据和行程数据。通过电网电压数据以及断路器操作数据，具体的将电网环境与断路器操作过程数据关联，能够根据电网环境的数据以及断路器本身的特性推断出操作电压的变化，以此来确定操作电压的采样频率，提高设备的使用效率。
作为优选，不同断路器各自对应不同的BiLSTM模型；训练好的BiLSTM模型输入电网数据，输出断路器操作电压波形。不同的断路器训练出来的BiLSTM模型均不同，根据不同断路器各自特性训练出来的BiLSTM模型针对性更强，预测的操作电压波形更加精准。
作为优选，所述的步骤S3包括以下步骤：
S31：断路器判断是否接收到操作指令，若是，则进入步骤S32：若否，循环本步骤的判断；
S32：调取步骤S2中预测的断路器操作电压状态中的操作电压波形，从时域分解操作电压波形，将操作电压波形依次分解为若干个波动阶段；
S33：根据每个波动阶段的时间长度确定该波动阶段对应的操作电压采样频率fn；
S34：各波动阶段对应的操作电压采样频率fn在预先设定的采样频率范围内，选取最大值作为的操作电压采样频率fd；
fd＝max{f1，f2，f3，...，fN}
s.t.fm≤fd≤fM
其中，fm为预设的采样频率范围最小值；
fM为预设的采样频率范围最大值；
fn为第n个波动阶段对应的操作电压采样频率；
N为波动阶段个数；
S35：依照操作电压采样频率fd进行断路器操作电压的采集。
根据BiLSTM模型输出的预测电压波形确定操作电压采样频率，既能避免重复数据拖慢运行速度，保证断路器的使用寿命；又能够避免错失重要数据，提高数据采集设备的使用效率。
作为优选，所述的分解操作电压波形包括以下步骤：
S321：依次以操作电压波形上的点作为中心，设置阈值矩形框，遍历所有操作电压点后，进入步骤S324；
阈值矩形框的上限为Vi+ΔV；阈值矩形框的下限为Vi-ΔV；阈值矩形框的左边框为ti-Δtk；阈值矩形框的右边框为ti+Δtk；
其中，Vi为选取的第i个操作电压的电压值；ΔV为电压阈值；ti为选取的第i个操作电压的时间点；Δtk为第k种时间阈值；
S322：判断时间阈值范围内的各点电压值是否在电压阈值范围内；若是，则返回步骤S321，对下一个操作电压点设置阈值矩形框；若否，则将改点标记为边界点，并进入步骤S323；
S323：变换时间阈值，使得时间阈值内的各点电压值均在电压阈值范围内，并返回步骤S321；
S324：选取斜率为0的操作电压点，作为边界点；
S325：以各相邻边界点之间的区域作为一个波动阶段。
使用上述方式分解出波动阶段，符合电压波形，避免出现改变采样频率后的错失重要数据。
作为优选，，所述的S325还包括：
判断相邻的采用同一种时间阈值的边界点之间的电压差值△Vb是否大于分解阈值VB，若是，则保留，若否，则合并以该边界点分解的波动阶段。
去除电压抖动带来的干扰。
作为优选，断路器执行操作命令后的tL时间段内，以操作电压采集频率fd继续采集断路器电压，tL为延时时间段。
设置延时时间段进行断路器电压采集，避免操作完成后的断路器重燃。
作为优选，还包括以下步骤：
S4：根据断路器操作过程中采集到的断路器操作电压，评估断路器的使用寿命，结合断路器的使用时间优化BiLSTM模型。
通过本方案进行断路器使用寿命的估计，进行断路器的健康管理。
作为优选，所述的步骤S4包括以下步骤：
S41：将本次采集到的断路器操作电压与上次采集到的断路器操作电压对比，提取断路器性能变化；
S42：将本次采集到的断路器操作电压以及断路器性能变化与历史数据库中的数据比较，评估断路器使用寿命；
S43：将断路器的使用时间作为训练因素，进行BiLSTM模型的训练，优化模型。
优化后的模型考虑了断路器的使用时间因素，使得预估的操作电压波形更加准确。
本发明的有益效果是：
1.根据BiLSTM模型输出的预测电压波形确定操作电压采样频率，既能避免重复数据拖慢运行速度，保证断路器的使用寿命；又能够避免错失重要数据，提高数据采集设备的使用效率。
2.不同的断路器训练出来的BiLSTM模型均不同，根据不同断路器各自特性训练出来的BiLSTM模型针对性更强，预测的操作电压波形更加精准。
3.采用阈值矩形框分解出波动阶段，符合电压波形，避免出现改变采样频率后的错失重要数据。
4.在断路器执行操作后，设置延时时间段进行断路器电压采集，避免操作完成后的断路器重燃。
附图说明
图1是本发明的一种高压断路器操作电压采样方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，如图1所示，包括以下步骤：S1：采集电网数据和断路器操作数据，结合历史数据训练BiLSTM模型。
电网数据包括电网电压数据、电网电流数据和环境温度数据。
断路器操作数据包括操作电压数据、励磁电流数据、设备红外温度数据和行程数据。
该数据作为BiLSTM模型的训练数据，经过输入门、遗忘门和输出门；训练模型，将电网数据与断路器操作数据项关联。
通过电网电压数据以及断路器操作数据，具体的将电网环境数据与断路器操作过程数据关联，能够根据电网环境的数据以及断路器本身的特性推断出操作电压的变化，依次来确定操作电压的采样频率，提高设备的使用效率。
S2：将实时采集的电网数据输入到训练好的BiLSTM模型中，预测断路器操作电压状态。断路器操作电压状态包括断路器操作电压波形。
不同断路器有不同的特性，所以断路器各自对应不同的BiLSTM模型；训练好的BiLSTM模型输入电网数据，输出断路器操作电压波形。
不同的断路器训练出来的BiLSTM模型均不同，根据不同断路器各自特性训练出来的BiLSTM模型针对性更强，预测的操作电压波形更加精准。
S3：断路器收到操作指令后，根据预测的断路器操作电压状态自适应调整操作电压采样频率，采集断路器操作电压。
S31：断路器判断是否接收到操作指令，若是，则进入步骤S32：若否，循环本步骤的判断。
S32：调取步骤S2中预测的断路器操作电压状态中的操作电压波形，从时域分解操作电压波形，将操作电压波形依次分解为若干个波动阶段。
S321：依次以操作电压波形上的点作为中心，设置阈值矩形框，遍历所有操作电压点后，进入步骤S324。
阈值矩形框的上限为Vi+ΔV；阈值矩形框的下限为Vi-ΔV；阈值矩形框的左边框为ti-Δtk；阈值矩形框的右边框为ti+Δtk。
其中，Vi为选取的第i个操作电压的电压值；ΔV为电压阈值；ti为选取的第i个操作电压的时间点；Δtk为第k种时间阈值。
S322：判断时间阈值范围内的各点电压值是否在电压阈值范围内；若是，则返回步骤S321，对下一个操作电压点设置阈值矩形框；若否，则将改点标记为边界点，并进入步骤S323。
S323：变换时间阈值，使得时间阈值内的各点电压值均在电压阈值范围内，并返回步骤S321。
S324：选取斜率为0的操作电压点，作为边界点。
S325：以各相邻边界点之间的区域作为一个波动阶段。
判断相邻的采用同一种时间阈值的边界点之间的电压差值ΔVb是否大于分解阈值VB，若是，则保留，若否，则合并以该边界点分解的波动阶段。去除电压抖动带来的干扰。
使用上述方式分解出波动阶段，符合电压波形，避免出现改变采样频率后的错失重要数据。
S33：根据每个波动阶段的时间长度确定该波动阶段对应的操作电压采样频率fn。采样频率为时间的倒数。
S34：各波动阶段对应的操作电压采样频率fn在预先设定的采样频率范围内，选取最大值作为的操作电压采样频率fd；
fd＝max{f1，f2，f3，...，fN}
s.t.fm≤fd≤fM
其中，fm为预设的采样频率范围最小值；
fM为预设的采样频率范围最大值；
fn为第n个波动阶段对应的操作电压采样频率；
N为波动阶段个数。
S35：依照操作电压采样频率fd进行断路器操作电压的采集。
根据BiLSTM模型输出的预测电压波形确定操作电压采样频率，既能避免重复数据拖慢运行速度，保证断路器的使用寿命；又能够避免错失重要数据，提高数据采集设备的使用效率。
断路器执行操作命令后的tL时间段内，以操作电压采集频率fd继续采集断路器电压，tL为延时时间段。设置延时时间段进行断路器电压采集，避免操作完成后的断路器重燃。
S4：根据断路器操作过程中采集到的断路器操作电压，评估断路器的使用寿命，结合断路器的使用时间优化BiLSTM模型。
S4l：将本次采集到的断路器操作电压与上次采集到的断路器操作电压对比，提取断路器性能变化；
S42：将本次采集到的断路器操作电压以及断路器性能变化与历史数据库中的数据比较，评估断路器使用寿命；
S43：将断路器的使用时间作为训练因素，进行BiLSTM模型的训练，优化模型。
优化后的模型考虑了断路器的使用时间因素，使得预估的操作电压波形更加准确。
本方案根据BiLSTM模型输出的预测电压波形确定操作电压采样频率，既能避免重复数据拖慢运行速度，保证断路器的使用寿命；又能够避免错失重要数据，提高数据采集设备的使用效率。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集电网数据和断路器操作数据，结合历史数据训练BiLSTM模型；
S2：将实时采集的电网数据输入到训练好的BiLSTM模型中，预测断路器操作电压状态；
S3：断路器收到操作指令后，根据预测的断路器操作电压状态自适应调整操作电压采样频率，采集断路器操作电压；
所述的步骤S3包括以下步骤：
S31：断路器判断是否接收到操作指令，若是，则进入步骤S32：若否，循环本步骤的判断；
S32：调取步骤S2中预测的断路器操作电压状态中的操作电压波形，从时域分解操作电压波形，将操作电压波形依次分解为若干个波动阶段；
所述的分解操作电压波形包括以下步骤：
S321：依次以操作电压波形上的点作为中心，设置阈值矩形框，遍历所有操作电压点后，进入步骤S324；
阈值矩形框的上限为Vi+ΔV；阈值矩形框的下限为Vi-ΔV；阈值矩形框的左边框为ti-Δtk；阈值矩形框的右边框为ti+Δtk；
其中，Vi为选取的第i个操作电压的电压值；ΔV为电压阈值；ti为选取的第i个操作电压的时间点；Δtk为第k种时间阈值；
S322：判断时间阈值范围内的各点电压值是否在电压阈值范围内；若是，则返回步骤S321，对下一个操作电压点设置阈值矩形框；若否，则将改点标记为边界点，并进入步骤S323；
S323：变换时间阈值，使得时间阈值内的各点电压值均在电压阈值范围内，并返回步骤S321；
S324：选取斜率为0的操作电压点，作为边界点；
S325：以各相邻边界点之间的区域作为一个波动阶段；
S33：根据每个波动阶段的时间长度确定该波动阶段对应的操作电压采样频率fn；
S34：各波动阶段对应的操作电压采样频率fn在预先设定的采样频率范围内，选取最大值作为的操作电压采样频率fd；
fd＝max{f1，f2，f3,....，fN}
s.t.fm≤fd≤fM
其中，fm为预设的采样频率范围最小值；
fM为预设的采样频率范围最大值；
fn为第n个波动阶段对应的操作电压采样频率；
N为波动阶段个数；
S35：依照操作电压采样频率fd进行断路器操作电压的采集。
2.根据权利要求1所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，所述的电网数据包括电网电压数据、电网电流数据和环境温度数据；所述的断路器操作数据包括操作电压数据、励磁电流数据、设备红外温度数据和行程数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，不同断路器各自对应不同的BiLSTM模型；训练好的BiLSTM模型输入电网数据，输出断路器操作电压波形。
4.根据权利要求1所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，所述的S325还包括：
判断相邻的采用同一种时间阈值的边界点之间的电压差值ΔVb是否大于分解阈值VB，若是，则保留，若否，则合并以该边界点分解的波动阶段。
5.根据权利要求1所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，断路器执行操作命令后的tL时间段内，以操作电压采集频率fd继续采集断路器电压，tL为延时时间段。
6.根据权利要求1所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S4：根据断路器操作过程中采集到的断路器操作电压，评估断路器的使用寿命，结合断路器的使用时间优化BiLSTM模型。
7.根据权利要求6所述的一种基于BiLSTM的高压断路器操作电压采样方法，其特征在于，所述的步骤S4包括以下步骤：
S41：将本次采集到的断路器操作电压与上次采集到的断路器操作电压对比，提取断路器性能变化；
S42：将本次采集到的断路器操作电压以及断路器性能变化与历史数据库中的数据比较，评估断路器使用寿命；
S43：将断路器的使用时间作为训练因素，进行BiLSTM模型的训练，优化模型。
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