CN114113774B - 一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，对配电变压器设备的参数进行监测，收集零线电流和零线温度T；计算电流的2‑15次电流谐波和谐波电流畸变率THDi；通过灰度预测算法将2‑15次电流谐波的畸变率THDi与对应的零线温度T计算出预测值；设定多个零序电流不平衡度的设定值，计算出的多个零序电流不平衡度的电流谐波的畸变率和与之对应的零线温度的预测值；将两个预测值进行对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。利用灰度预测计算方法，有效解决了现有配电变压器巡检不准确及问题发现不及时的问题。提高了配电变压器设备的巡检可靠性，间接减少了设备故障的发生概率。

Description

一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法。

背景技术

在配电变压器中，存在零线过流现象。当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。上述称为趋肤效应，因为此效应的存在，当谐波含量较高时，使得零线边缘极其脆弱，会导致导体发生爆炸和火灾等风险，为减少此类风险，配电变压器一般都需要进行特定时间的维护及检修。现阶段，维护工作大多采用人为方式进行，即人为进行测量及检查工作。受制于运维人员的能力及责任心，巡检工作未能起到发现隐患的作用。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，利用灰度预测计算方法，有效解决了现有配电变压器巡检不准确及问题发现不及时的问题。提高了配电变压器设备的巡检可靠性，间接减少了设备故障的发生概率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，包括如下：

步骤1：对配电变压器设备的参数进行监测，收集零线电流和零线温度T；

步骤2：利用傅里叶变换将电流数据分解成多个周期正弦函数，计算电流的2-15次电流谐波和谐波电流畸变率THDi；

步骤3：通过灰度预测算法将2-15次电流谐波的畸变率THDi与对应的零线温度T计算出预测值；

步骤4：设定多个零序电流不平衡度的设定值，同样利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的电流谐波的畸变率和与之对应的零线温度的预测值；

步骤5：将步骤3得到的预测值与步骤4的利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的预测值作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。

进一步地，所述的步骤3具体包括如下：

1)数据的检验与处理

为了保证GM(1，1)建模方法的可行性，需要对已知数据做必要的检验处理；

谐波电流畸变率THDi数据列为x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)，与其对应的零线温度数据列为x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)，m为采样次数；

将两个数据列的原始数据列分别计算数列的级比，如果所有的级比都落在可容覆盖区间内，则数列可以建立GM(1，1)模型且可以进行灰色预测。否则，对数据做适当的变换处理，使得数据列的级比都落在可容覆盖内；

2)建立GM(1，1)模型

将步骤1)中经过处理后的数据列x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)建立GM(1，1)模型，从而相应地得到预测值a1；

将步骤1)中经过处理后的数据列x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)建立GM(1，1)，从而相应地得到预测值b1。

进一步地，所述的步骤4具体包括如下：

以零序电流不平衡度为20％，40％，60％，80％，100％作为设定值，分别计算出谐波电流畸变率的值，形成电流畸变率数据列并为其匹配温度数据列，用步骤3同样灰度预测算法得到预测值A1、A2、A3、A4、A5，与其匹配的温度数据列的预测值B1、B2、B3、B4、B5；

将步骤3得到的预测值与利用灰度预测算法计算出的零序电流不平衡度为20％，40％，60％，80％，100％的预测值作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用灰度预测算法，发明了一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法。摒弃了原有的配电变压器状态分析方案，将谐波电流利用灰度预测方法与正常谐波电流进行对比。实现配电变压器设备的全面智能评估。较其他分析方法及装置增加了可靠性及可实现性。有效解决了现有配电变压器巡检不准确及问题发现不及时的问题。提高了配电变压器设备的安全可靠性，间接减少了设备故障的发生概率。

附图说明

图1为本发明的一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，包括如下：

步骤1：对配电变压器设备的参数进行监测，收集零线电流I和零线温度T；

步骤2：利用傅里叶变换将电流数据分解成多个周期正弦函数，计算电流的2-15次电流谐波和谐波电流畸变率THDi；

步骤3：通过灰度预测算法将2-15次电流谐波的畸变率THDi与对应的零线温度T计算出预测值；

步骤4：设定多个零序电流不平衡度的设定值，同样利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的电流谐波的畸变率和与之对应的零线温度的预测值；

步骤5：将步骤3得到的预测值与步骤4的利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的预测值作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。

所述的步骤2具体包括如下：

配电变压器零线电流I的傅里叶级数公式为：

式中是周期信号的角频率，也成基波频率，nω称为n次谐波频率；a₀为信号的直流分量，a_n和b_n分别是余弦分量和正弦分量幅度。

若将式子中同频率的正弦项和余弦项合并，得到另一种形式的周期信号的傅里叶级数，即：

其中，A₀为信号的直流分量；I1＝A₁cos(ωt+φ₁)为信号的基频分量，简称基波；Ancos(nωt+φn)为信号的n次谐波。

将收集到的电流数据代入上述式子中，计算出n次谐波电流In(n为2-15)，整理为I1,I2,I3......I15。

计算谐波电流畸变率式中In--第n次谐波电流有效值，I1--基波电流有效值。

所述的步骤3具体包括如下：

1)数据的检验与处理

为了保证GM(1，1)建模方法的可行性，需要对已知数据做必要的检验处理；

谐波电流畸变率THDi数据列为x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)，与其对应的零线温度数据列为x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)，m为采样次数；

将两个数据列的原始数据列分别计算数列的级比，如果所有的级比都落在可容覆盖区间内，则数列可以建立GM(1，1)模型且可以进行灰色预测。否则，对数据做适当的变换处理，使得数据列的级比都落在可容覆盖内；

以谐波电流畸变率THDi数据列x⁽⁰⁾为例(零线温度数据列为x1⁽⁰⁾与之相同相同)，设谐波电流畸变率THDi数据列的原始数据列为x⁽⁰⁾＝(x⁰(1),x⁰(2),…x⁰(n))，计算数列的级比：

如果所有的级比都落在可容覆盖区间内，则数列x⁽⁰⁾可以建立GM(1，1)模型且可以进行灰色预测。否则，对数据做适当的变换处理，如平移变换：

y⁽⁰⁾(k)＝x⁽⁰⁾(k)+c,k＝1,2,...,n

取c使得数据列的级比都落在可容覆盖内。

上述公式中未标出的变量均为GM(1，1)模型的常规变量。

2)建立GM(1，1)模型

将步骤1)中经过处理后的数据列x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)建立GM(1，1)模型，从而相应地得到预测值a1；

将步骤1)中经过处理后的数据列x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)建立GM(1，1)，从而相应地得到预测值b1。

以谐波电流畸变率THDi数据列x⁽⁰⁾为例(零线温度数据列为x1⁽⁰⁾与之相同相同)，建立GM(1，1)模型具体为：

设x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)＝(x⁰(1),x⁰(2),…,x⁰(n))，n＝m满足上面的要求，以它为数据列建立GM(1，1)模型：

用回归分析求得a，b的估计值，于是相应的白化模型为：

解为：

于是得到预测值：

从而相应地得到预测值：

上述公式中未标出的变量均为GM(1，1)模型的常规变量。

所述的步骤4具体包括如下：

以零序电流不平衡度为20％，40％，60％，80％，100％作为设定值，分别计算出谐波电流畸变率的值，形成电流畸变率数据列并为其匹配温度数据列，用步骤3同样灰度预测算法得到预测值A1、A2、A3、A4、A5，与其匹配的温度数据列的预测值B1、B2、B3、B4、B5；

不平衡度	谐波电流畸变率THDi	温度T
			20％	A1	B1
40％	A2	B2
			60％	A3	B3
80％	A4	B4
			100％	A5	B5

将步骤3得到的预测值a1和b1与上表作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而根据标准判断配电变压器的零线是否处于正常状态。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (3)

1.一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，其特征在于，包括如下：

步骤1：对配电变压器设备的参数进行监测，收集零线电流和零线温度T；

步骤2：利用傅里叶变换将电流数据分解成多个周期正弦函数，计算电流的2-15次电流谐波和谐波电流畸变率THDi；

步骤3：通过灰度预测算法将2-15次电流谐波的畸变率THDi与对应的零线温度T计算出预测值；

步骤4：设定多个零序电流不平衡度的设定值，同样利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的电流谐波的畸变率和与之对应的零线温度的预测值；

步骤5：将步骤3得到的预测值与步骤4的利用灰度预测算法计算出的多个零序电流不平衡度的预测值作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括如下：

1)数据的检验与处理

为了保证GM(1，1)建模方法的可行性，需要对已知数据做必要的检验处理；

谐波电流畸变率THDi数据列为x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)，与其对应的零线温度数据列为x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)，m为采样次数；

将两个数据列的原始数据列分别计算数列的级比，如果所有的级比都落在可容覆盖区间内，则数列可以建立GM(1，1)模型且可以进行灰色预测，否则，对数据做适当的变换处理，使得数据列的级比都落在可容覆盖内；

2)建立GM(1，1)模型

将步骤1)中经过处理后的数据列x⁽⁰⁾＝(THDi1,THDi2,THDi3…THDim)建立GM(1，1)模型，从而相应地得到预测值a1；

将步骤1)中经过处理后的数据列x1⁽⁰⁾＝(T1,T2,T3…Tm)建立GM(1，1)，从而相应地得到预测值b1。

3.根据权利要求1所述的一种基于零线电流数据的配电变压器的状态分析方法，其特征在于，所述的步骤4具体包括如下：

以零序电流不平衡度为20％，40％，60％，80％，100％作为设定值，分别计算出谐波电流畸变率的值，形成电流畸变率数据列并为其匹配温度数据列，用步骤3同样灰度预测算法得到预测值A1、A2、A3、A4、A5，与其匹配的温度数据列的预测值B1、B2、B3、B4、B5；

将步骤3得到的预测值与利用灰度预测算法计算出的零序电流不平衡度为20％，40％，60％，80％，100％的预测值作对比，得到此时电流的不平衡度区间，从而判断配电变压器的零线是否处于正常状态。