发明内容
本发明的目的就是要提供一种变电站直流偏磁与轨道交通直流波动源关联性判断方法及系统,本发明能快速准确地判断变电站直流偏磁是否由轨道交通直流波动源引起。
为实现此目的,本发明所设计的一种变电站直流偏磁与轨道交通直流波动源关联性判断方法,它包括如下步骤:
步骤1:采集被检测变电站的接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据,接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据由接地主变压器直流偏磁电流按采集时刻时间序列排序形成;
步骤2:根据变压器直流偏磁异常电流非随机性扰动的特点对接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据进行异常数据检测,获取变压器直流偏磁异常电流信息表;
步骤3:对变压器直流偏磁异常电流信息表利用异常电流平均值法进行数据平滑处理,得到变压器直流偏磁异常电流特征值表,并根据变压器直流偏磁异常电流特征值表绘制出直流偏磁异常电流特征值变化趋势图;
步骤4:根据直流偏磁异常电流特征值变化趋势图,结合被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息,判断被检测变电站直流偏磁是否由轨道交通直流波动源引起。
本发明的有益效果为:
(1)本发明以变压器直流偏磁异常电流检测为基础,在大量的在线监测数据中,检测出异常电流并平滑处理提取直流偏磁特征值,并将其图像可视化,绘制出直流偏磁异常电流特征值变化趋势图,通过将直流偏磁异常电流特征值变化规律与轨道交通运行工况关联分析,有效识别变电站直流偏磁是否由轨道交通直流波动源引起;
(2)异常检测响应速度快,识别灵敏性高。本发明在变压器直流偏磁异常电流检测算法中,每个检测窗口无需取每个数据一一进行判断,而是仅取最大值判断,减少冗余计算量,提升灵敏性;同时,在对异常数据进行平滑处理及特征值提取时,选取数据固定时长平滑处理存一个点,大大降低绘图数据量,提升响应速度;
(3)工程应用价值高。相比于其他大数据异常检测算法,本发明流程简洁、高效,且无需成本高参数配置高的硬件后台支撑,配套硬件成本低,为识别出轨道交通引发的电网变电站直流偏磁提供了快速有效的检测手段,具备较高的工程应用价值。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
如图1~3所示的一种变电站直流偏磁与轨道交通直流波动源关联性判断方法,它包括如下步骤:
步骤1:以变压器直流偏磁电流为识别直流波动源类型的特征参量,采集被检测变电站的接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据,接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据由接地主变压器直流偏磁电流按采集时刻时间序列排序形成;
步骤2:根据变压器直流偏磁异常电流非随机性扰动的特点对接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据进行异常数据检测,获取变压器直流偏磁异常电流信息表;
步骤3:对变压器直流偏磁异常电流信息表利用异常电流平均值法进行数据平滑处理,得到变压器直流偏磁异常电流特征值表,并根据变压器直流偏磁异常电流特征值表绘制出直流偏磁异常电流特征值变化趋势图;
步骤4:根据直流偏磁异常电流特征值变化趋势图,结合被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息,判断被检测变电站直流偏磁是否由轨道交通直流波动源引起。
上述技术方案的步骤1中,数据采集间隔为1~10s,连续采集时间不低于24小时,连续采集时间包含列车停运时段与列车运行时段。
轨道交通通过直流牵引方式散布到大地中的杂散电流,其部分经过接地主变压器中性点流入到变压器绕组,造成变压器偏磁影响,因此,在变压器中性点接地处监测的直流偏磁电流参量,在一定程度上能表征轨道交通直流波动源特征,因此,可选取变压器直流偏磁电流为识别直流波动源类型的特征参量。
目前电网变电站直流偏磁电流获取的方法是在变电站接地变压器中性点回路安装直流偏磁监测装置,进行中性点直流偏磁电流的长时间连续在线监测;连续采集时间不低于24小时,连续采集时间包含列车停运时段与列车运行时段;采集间隔设置为定值,实现等精度测量,此处,为了捕捉直流偏磁电流随轨道交通列车运行的启停、突变加速及减速等复杂工况的快速响应变化,直流偏磁监测装置采集间隔不宜设置过大,采集间隔范围为1s~10s,可设置为程序可调,根据变电站实际测试需求来选取具体的采集间隔时间。通过以上方式,采集到的被检测变电站的接地主变压器直流偏磁数据基于时间序列排序,彼此独立。
上述技术方案的步骤2中进行接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据异常检测的方法为:
步骤2.1:输入被检测时间段n个被检测接地主变压器直流偏磁电流数据I1,I2,...,In,取I1,I2,...,Im,m<<n,连续m个数据为检测窗口;
步骤2.2:得到检测窗口内直流偏磁电流的最大值Imax、平均值标准差σ;
步骤2.3:判断是否成立,若/>成立,则判定检测窗口内Imax为异常数据,将Imax及其对应的采集时刻存储于变压器直流偏磁异常电流信息表里,且去掉Imax;若/>不成立,则判定检测窗口内无异常数据,去掉末尾时刻的接地主变压器直流偏磁电流值,至此,第一轮异常检测完毕;
步骤2.4:按照时间序列,新增下一个时刻的被检测接地主变压器直流偏磁电流数据Im+1到检测窗口,构成新的检测窗口;
步骤2.5:进入下一轮检测,回到步骤2.2,依次执行步骤2.2和2.3,完成检测窗口的异常检测,循环往复,直至被检测时间段内最后一个时刻的被检测接地主变压器直流偏磁电流数据In检测完成;
步骤2.6:输出变压器直流偏磁异常电流信息表,变压器直流偏磁异常电流信息表里包含直流偏磁异常电流值及其对应采集时刻。
上述技术方案的步骤2.2中,检测窗口内直流偏磁电平均值标准差σ由以下公式计算得到:
式中,Ik为检测窗口m个数据中的任意一个数,1≤k≤m。
上述技术方案的步骤3具体包括如下步骤:
步骤3.1:对变压器直流偏磁异常电流信息表数据,每Δt时段内(数据固定时长Δt要求既不湮没轨道交通早、中、晚高峰期运行特点,又不过于加大数据处理计算冗余量;数据固定时长Δt范围为10min~20min)进行一次平滑处理得到对应的异常电流特征值,所有异常电流特征值构成变压器直流偏磁异常电流特征值表;
步骤3.2:基于变压器直流偏磁异常电流特征值表,横坐标为时间,纵坐标为变压器直流偏磁异常电流特征值,绘制出直流偏磁异常电流特征值变化趋势图;
上述技术方案的步骤3.1中,每Δt时段内进行一次平滑处理得到对应的异常电流特征值的具体方法为:对于t0时刻,[t0,t0+Δt]时段范围包含It0、It1、...It、...It0+Δt共s个直流偏磁异常电流数据,则[t0,t0+Δt]时段范围变压器直流偏磁异常电流平滑处理获得的异常电流特征值为:
式中,进行平滑处理的数据固定时长Δt固定,但每个Δt时段内进行平滑处理的异常电流数据数量s不固定,具体由变压器直流偏磁异常电流对应采集时刻落入Δt时段内的实际数量确定。
上述技术方案的步骤4具体包含如下步骤:
步骤4.1:根据直流偏磁异常电流特征值变化趋势图获取直流偏磁异常电流特征值变化趋势及规律,所述直流偏磁异常电流特征值变化趋势及规律包括异常电流发生起始时刻与终止时刻、异常电流绝对值最大值幅值、异常电流绝对值最大值发生时段、异常电流正值与负值交替变化频率;
步骤4.2:获取被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息,被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息包括被检测变电站预设距离范围内的轨道交通当天首班列车的出发时刻、末班列车的结束时刻、列车运行早、中、晚高峰期时段;
步骤4.3:将直流偏磁异常电流特征值变化趋势及规律与被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息进行关联分析,若两者同时满足如下关联关系,则被检测变电站直流偏磁由轨道交通直流波动源引起:
1、变压器直流偏磁电流异常发生及终止时刻与轨道交通当天首班列车的出发时刻、末班列车的结束时刻一致;
2、变压器直流偏磁异常电流绝对值最大值发生时段处于列车运行早、中、晚高峰期时段;
3、变压器直流偏磁电流异常发生随着列车的运行工况在时间维度上呈现高峰低谷的周期性及波动性规律。
一种变电站直流偏磁与轨道交通直流波动源关联性判断系统,如图4所示,它包括数据采集模块1、异常数据检测模块2、直流偏磁异常电流特征值变化趋势图获取模块3和变电站直流偏磁判断模块4;
所述数据采集模块1用于以变压器直流偏磁电流为识别直流波动源类型的特征参量,采集被检测变电站的接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据,接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据由接地主变压器直流偏磁电流按采集时刻时间序列排序形成;
所述异常数据检测模块2用于根据变压器直流偏磁异常电流非随机性扰动的特点对接地主变压器直流偏磁电流时间序列数据进行异常数据检测,获取变压器直流偏磁异常电流信息表;
直流偏磁异常电流特征值变化趋势图获取模块3用于对变压器直流偏磁异常电流信息表利用异常电流平均值法进行数据平滑处理,得到变压器直流偏磁异常电流特征值表,并根据变压器直流偏磁异常电流特征值表绘制出直流偏磁异常电流特征值变化趋势图;
所述变电站直流偏磁判断模块4用于根据直流偏磁异常电流特征值变化趋势图,结合被检测变电站预设距离范围内的轨道交通运行信息,判断被检测变电站直流偏磁是否由轨道交通直流波动源引起。
此处,周期性指变压器直流偏磁电流由于轨道交通直流波动源影响,在时间维度上按一定时间间隔依次重复出现,反复循环有规律变化的动态特性,如早晨列车启动时,直流偏磁异常电流数据发生;夜晚列车停运,直流偏磁异常电流数据消失,列车运行的规律性使得轨道交通杂散电流引起的变压器直流偏磁电流呈现有规律的重复。波动性指变压器直流偏磁电流随轨道列车运行的启停、行走随着时间交替出现起伏不定、高峰与低谷交替出现的不稳定特性。
周期性与波动性是轨道交通直流波动源区别于其它类型波动源最主要的特征。直流单极大地返回运行是直流输电系统的一种运行方式,直流单极大地返回运行方式期间,直流入地电流保持不变,引起的直流偏磁电流呈稳定性和静态特性;太阳磁暴发生期间,主相阶段对直流偏磁影响最为剧烈,且呈随机性变化。
利用本发明提供的方法,对某变电站2021年8月1日至8月3日的变压器直流偏磁电流进行异常检测,变压器直流偏磁电流等精度采集间隔为10s,检测窗口直流偏磁电流数据量m=200,检测窗口时间为2000s,以每天0:00时刻开始,连续取200个数作为初始检测窗口数据,特征值获取时平滑处理的数据固定时长Δt=15min,得到某变电站2021年8月1日至8月3日的变压器直流偏磁异常电流信息表,见表1。某变电站2021年8月1日变压器直流偏磁异常电流特征值变化趋势图如图3所示。
表1某变电站2021年8月1~3日变压器直流偏磁异常电流特征值表
由表1及图3可见,2021年8月1日至8月3日每日凌晨5:30左右,检测到直流偏磁异常电流,晚上23:15以后至次日凌晨5:30左右,无直流偏磁异常电流。直流偏磁异常电流出现的时间与列车运行起始时刻及停运时间一致,且直流偏磁异常电流特征值最大值出现在早高峰和晚高峰时段,且连续三日呈现周期性;同时,直流偏磁异常电流呈现正负交替波动性。由此可推断,该变电站2021年8月1日至8月3日的变压器直流偏磁由轨道交通直流波动源引起。以上实施案例验证了本发明提供的基于变压器直流偏磁电流异常的轨道交通直流波动源识别方法具有有效性和可靠性。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。