CN116388403B - 一种智能配电在线监测预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能配电在线监测预警方法及系统，属于配电线路技术领域，包括根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式；利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值；获取当前时刻配电线的配电参数值；将所述老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值；根据所述当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警。根据本发明的方案，解决了目前配电线运行状态监测存在的准确性低、可靠性差的问题。
Description
技术领域
本发明一般地涉及配电线路技术领域。更具体地，本发明涉及一种智能配电在线监测预警方法及系统。
背景技术
配电网是电力系统的末端网络，直接连接用户并向用户供应和分配电能，配电网的可靠性是整个电力系统结构和运行特性的集中反映，直接影响对用户的供电质量。由于配电网的配电线传输距离较远，沿途地势复杂，环境和气候条件较为恶劣，易造成短路、断路或接地等线路故障，一旦发生故障停电，会给用户带来不便，同时扰乱企业的正常生产。因此，对配电线进行故障状态分析，对配电线路开展故障预防和检修工作具有重要意义。
目前的配电线的监测预警方式主要是通过监测配线线路中的线路、变压器、母线以及负荷的实时状态信息实现。通过实况监测获取线路运行过程中的数据信息，然后通过与设定的阈值参数进行比较以判断设备或线路的风险等级，从而进行相应风险等级的预防措施。例如授权公告号为CN113191687B、发明名称为一种弹性配电网全景信息可视化方法及系统的中国发明专利中，就公开了实时监测系统数据信息，计算展示配电网动态弹性指标，根据指标阈值对系统进行精细化预警，并对风险元件进行标注；离线模拟极端灾害天气，计算展示配电网的综合弹性得分，对配电网元件进行重要度排序，将重要度最高的配电网元件进行标注，从而反映配电网的变化情况。
该专利中是通过监测运行数据，并通过将运行数据与设定好的阈值等级进行比较来进行故障判定的，其用于对监测数据进行对比的标准参数是固定不变的。然而，随着线路运行的时间正常，配电线中可能会出现老化的情况，原有的参数标准将无法准确反映当前的运行状况，从而导致现有的配电线故障监测并不准确。
基于此，如何提升配电线运行状态监测的准确性和可靠性，是目前亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过配电线老化函数实时更新老化程度标准值，从而将配电线路的老化程度用于配电线监测预警，同时通过动态更新老化程度，能够有效提升预警的准确性和可靠性。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。
在第一方面中，本发明提供了一种智能配电在线监测预警方法，包括：根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式；利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值；获取当前时刻配电线的配电参数值；将所述老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值；根据所述当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警。
在一个实施例中，所述根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式包括：获取历史数据库中配电线正常工作时的配电参数；根据所述配电参数确定配电线的老化程度与所述配电参数之间的函数关系式。
在一个实施例中，所述配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式包括：
式中，W表示配电线的老化程度；R表示电阻值；表示介质损耗角正切值；T表示环境温度；/>表示垂直荷载下的最大弯曲应变。
在一个实施例中，其中配电线的老化函数的构建过程包括：利用最大似然估计拟合配电线老化函数中的衰减常数；根据所述衰减常数构建配电线的老化函数。
在一个实施例中，所述配电线的老化函数包括：
式中，表示在t时刻的配电线老化程度；/>表示配电线开始运行时的老化程度；/>表示拟合的衰减常数；k表示根据历史数据计算得到的衰减常数。
在一个实施例中，所述利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值包括：将当前时刻的时间数据和初始老化值输入所述配电线的老化函数，以计算得到当前时刻对应的老化程度值；利用所述当前时刻对应的老化程度值更新老化程度标准值。
在一个实施例中，其中当前时刻配电线的配电参数值包括介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变，所述将所述老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值包括：将当前时刻配电线的介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变和老化程度标准值代入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值。
在一个实施例中，所述根据所述当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警包括：根据配电线路中的电压值和配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率；判断所述配电线的电流和/或功率是否满足对应的额定值；响应于所述配电线的电流和/或功率不满足对应的额定值，进行告警。
在一个实施例中，所述垂直荷载下的弯曲应变采用最大弯曲应变。
在第二方面中，本发明还提供了一种智能配电在线监测预警系统，包括：处理器；以及存储器，其存储有用于智能配电在线监测预警的计算机指令，当所述计算机指令由所述处理器运行时，使得设备执行根据前文一个或多个实施例所述的智能配电在线监测预警方法。
根据本发明的方案，可以通过配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值，通过动态的老化程度标准值和实时数据计算得到对应的配电线路的电阻值，从而实现了对配电线动态特性的准确监测，有效提升配电线运行状态监测的可靠性和准确性。
进一步，通过配电参数历史数据构建老化程度与配电参数的函数关系式，可以准确确定老化程度与配电参数之间的关系，从而实现对配电线的电阻的准确计算。
进一步，还可以通过最大似然估计拟合老化函数中的衰减常数，实现对老化函数的准确拟合，从而有效提升老化程度预测的准确性。
进一步，还通过实时更新的老化程度标准值和实时测量的配电参数值进行电阻值的计算，实现了对配电线的电阻的动态计算，能够准确反映配电线的动态特性，实现对配电线的运行性能的可靠监测。
更进一步，还可以利用实时动态计算得到的电阻值进行电流或功率的计算，以实现准确告警。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示意性示出根据本发明的实施例的智能配电在线监测预警方法的流程图；
图2是示意性示出根据本发明的实施例的配电线老化程度的函数关系式的确定方法的流程图；
图3是示意性示出根据本发明的实施例的配电线的老化函数的构建方法的流程图；
图4是示意性示出根据本发明的实施例的更新老化程度标准值的方法的流程图；
图5是示意性示出根据本发明的实施例的根据配电线的电阻值进行监测告警的方法的流程图；
图6是示意性示出根据本发明的实施例的智能配电在线监测预警系统的示意图。
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，本领域技术人员在没有做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。
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
目前配电监测系统中，对于判定配电网运行情况的标准参数是在配电线第一次正常使用状态下检测或模拟的数值。当前对于配电系统的监测与预警主要是将线路的实时数据对比标准数据从而做出判断。但是标准数据是一成不变为原始数据，随着线路的长时间工作将会出现线路老化的情况，如果此时仍然采用原有的标准参数进行运行状态判定，将可能出现无故障报警或者故障不报警的情况，对于现在电力系统的安全运行和供电可靠性有所影响。基于此，本发明中通过引入对配电线老化程度的判定，并根据系统的老化程度实时更新老化程度标准值，从而利用该动态参数进行配电在线监测和告警，有效提升了配电线运行状态监测预警的可靠性和准确性。
图1是示意性示出根据本发明的实施例的智能配电在线监测预警方法100的流程图。
如图1所示，在步骤S101处，根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式。在一些实施例中，影响配电线的老化程度的配电参数可以包括电气性能指标、力学性能指标和环境因素等相关指标。例如电气性能指标中的配电线对应的电阻、介质损耗角等，环境因素中的环境温度、湿度等，以及力学性能指标中的弯曲应变等。基于此，可以通过这些影响配电线的老化程度的因素，构建其老化程度的相关函数关系式。
在步骤S102处，利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值。在一些实施例中，可以通过建立配电线对应的老化程度曲线，从而动态确定不同时期配电线的老化程度变化。基于该曲线对应的老化函数，可以预测配电线实时的老化程度，从而及时对老化程度标准值进行更新。
在步骤S103处，获取当前时刻配电线的配电参数值。在一些实施例中，当前时刻配电线的配电参数值包括介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变。作为优选的方式，其中垂直荷载下的弯曲应变可以采用最大弯曲应变。
在步骤S104处，将老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值。在一些实施例中，可以通过更新的老化程度标准值和当前时刻的配电参数，结合老化程度与相应配电参数之间的关系，得到配电线当前时刻对应的电阻值，从而实现对配电线的动态监测。
在步骤S105处，根据当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警。在一些实施例中，配电线的动态的电阻值可以确定当前时刻配电线的运行状态，从而实现准确的运行状态监测。根据该电阻值计算得到的电流值或功率可以有效反映当前配电线的状态，从而实现异常情况下的准确告警。
图2是示意性示出根据本发明的实施例的配电线老化程度的函数关系式的确定方法200的流程图。需要说明的是，该方法200可以理解为是图1中步骤S101的一种可能的示例性实现方式。因此，前文结合图1中的相关描述同样也适用于下文。
如图2所示，在步骤S201处，获取历史数据库中配电线正常工作时的配电参数。在一些实施例中，可以通过测试配电线的电气性能指标、力学性能指标和环境因素等相关因素，构建配电线的老化函数。具体地，可以采集历史数据库中配电线每次配电工作时的电阻R、介质损耗角正切值、环境温度T、垂直荷载下的最大弯曲应变/>的历史数据。
在步骤S202处，根据配电参数确定配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式。在一些实施例中，可以根据配电参数与配电线老化程度所存在的正相关关系等确定配电线的老化程度。
在一些实施例中，上述配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式包括：
式中，W表示配电线的老化程度；R表示电阻值；表示介质损耗角正切值；T表示环境温度；/>表示垂直荷载下的最大弯曲应变。电阻与介质损耗角正切值均为配电线的电学参数，介质损耗角正切值反映了介质在交变电场下的能量损耗情况，它与电阻共同作用，数值反应越大意味着配电线绝缘性差，可能存在老化问题。环境温度和垂直荷载下的最大弯曲应变是导致配电线老化的两个主要因素之一，这两个因素共同作用可能会加速配电线老化，在高温、高弯曲应变的环境下，绝缘材料易发生热老化和机械疲劳，导致降解甚至失效。此外，高弯曲应变还会增加绝缘材料内部的电场强度，进一步加速老化。
进一步，为了提升该老化程度的函数关系式的精度和稳定性，一方面，可以将数据进行初步筛选，只选用配电线在正常工作状态下的参数。另一方面，可以将所有参数归一化缩放到[0,1]的范围内。这样可以消除不同变量之间由于量纲带来的影响，提高后续所构建老化函数的精度和稳定性。接着，可以基于归一化后的配电参数，构建配电线的老化程度W。
在一些实施例中，为了提升数据的准确性，还可以将所研究的目标配电线划为多个研究段，具体段数可以由实验人员确定。采集的各个配电参数等数据均可以用该段中数据的最大值作为此配电线的数据特征，这样能够避免由于某一段线路由于更换为全新的配电线，各方面数据较为优秀而拉低老化较为严重的部分的评分标准。
图3是示意性示出根据本发明的实施例的配电线的老化函数的构建方法300的流程图。需要说明的是，该方法300可以理解为是图1中步骤S102中配电线的老化函数的一种可能的示例性构建方式。因此，前文结合图1中的相关描述同样也适用于下文。
如图3所示，在步骤S301处，利用最大似然估计拟合配电线老化函数中的衰减常数。在一些实施例中，可以构建配电线对应的老化曲线，以反映不同时期配电线的状态，其中该曲线对应的衰减常数可以通过最大似然估计进行拟合。作为其他实施例，本领域技术人员还可以采用其他的方式进行拟合。
在步骤S302处，根据衰减常数构建配电线的老化函数。在一些实施例中，配电线的老化函数包括：
式中，表示在t时刻的配电线老化程度；/>表示配电线开始运行时的老化程度；/>表示拟合的衰减常数；k表示根据历史数据计算得到的衰减常数。
通过这种方式可以得到配电线的老化程度与时间的对应关系，从而获取配电线在不同时段的老化程度，基于此更新老化程度标准值，可以实现准确的监测过程。
图4是示意性示出根据本发明的实施例的更新老化程度标准值的方法400的流程图。需要说明的是，该方法400可以理解为是图1中步骤S102的一种可能的示例性实现方式。因此，前文结合图1中的相关描述同样也适用于下文。
如图4所示，在步骤S401处，将当前时刻的时间数据和初始老化值输入配电线的老化函数，以计算得到当前时刻对应的老化程度值。
在步骤S402处，利用当前时刻对应的老化程度值更新老化程度标准值。
通过上述方式，可以实时获取配电线对应的老化程度标准值。将当前时刻配电线的介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变代入上述函数关系式，可以得到老化程度与电阻值之间的关系。然后通过上述实时计算的老化程度标准值，可以计算得到当前时刻配电线的电阻值，从而实现对配电线的电阻值的动态测量。
图5是示意性示出根据本发明的实施例的根据配电线的电阻值进行监测告警的方法500的流程图。需要说明的是，该方法500可以理解为是图1中步骤S105的一种可能的示例性实现方式。因此，前文结合图1中的相关描述同样也适用于下文。
如图5所示，在步骤S501处，根据配电线路中的电压值和配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率。在一些实施例中，可以通过测量该配电线路中的电压值计算得到对应的电流或功率情况，也可以根据负载消耗的能量进行计算。本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的方式进行计算处理。
在步骤S502处，判断配电线的电流和/或功率是否满足对应的额定值。
在步骤S503处，响应于配电线的电流和/或功率不满足对应的额定值，进行告警。通过动态计算配电线的电阻值，可以有效反映当前配电线的运行状态，从而根据运行状态有效监控和输出告警。
图6是示意性示出根据本发明的实施例的智能配电在线监测预警系统的示意图。
在本发明的另一方面中，还提供了一种智能配电在线监测预警系统，包括：处理器；以及存储器，其存储有用于智能配电在线监测预警的计算机指令，当所述计算机指令由所述处理器运行时，使得设备执行根据前文一个或多个实施例所述的智能配电在线监测预警方法。
如图6中所示，设备601可以包括CPU6011，其可以是通用CPU、专用CPU或者其他信息处理以及程序运行的执行单元。进一步，设备601还可以包括大容量存储器6012和只读存储器ROM 6013，其中大容量存储器6012可以配置用于存储各类数据以及多媒体网络所需的各种程序，ROM 6013可以配置成存储对于设备601的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统所需的数据。
进一步，设备601还包括其他的硬件平台或组件，例如示出的TPU（TensorProcessing Unit，张量处理单元）6014、GPU（Graphic Processing Unit，图形处理器）6015、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）6016和MLU（MemoryLogic Unit)，存储器逻辑单元）6017。可以理解的是，尽管在设备601中示出了多种硬件平台或组件，但这里仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据实际需要增加或移除相应的硬件。例如，设备601可以仅包括CPU作为公知硬件平台和另一硬件平台作为本发明的测试硬件平台。
本发明的设备601还包括通信接口6018，从而可以通过该通信接口6018连接到局域网/无线局域网（LAN/WLAN）605，进而可以通过LAN/WLAN连接到本地服务器606或连接到因特网（“Internet”）607。替代地或附加地，本发明的设备601还可以通过通信接口6018基于无线通信技术直接连接到因特网或蜂窝网络，例如基于第三代（“3G”）、第四代（“4G”）或第5代（“5G”）的无线通信技术。在一些应用场景中，本发明的设备601还可以根据需要访问外部网络的服务器608以及可能的数据库609。
设备601的外围设备可以包括显示装置602、输入装置603以及数据传输接口604。在一个实施例中，显示装置602可以例如包括一个或多个扬声器和/或一个或多个视觉显示器。输入装置603可以包括例如键盘、鼠标、麦克风、姿势捕捉相机，或其他输入按钮或控件，其配置用于接收数据的输入或用户指令。数据传输接口604可以包括例如串行接口、并行接口或通用串行总线接口（“USB”）、小型计算机系统接口（“SCSI”）、串行ATA、火线（“FireWire”）、PCI Express和高清多媒体接口（“HDMI”）等，其配置用于与其他设备或系统的数据传输和交互。
本发明的设备601的上述CPU 6011、大容量存储器6012、只读存储器ROM 6013、TPU6014、GPU 6015、FPGA 6016、MLU 6017和通信接口6018可以通过总线6019相互连接，并且通过该总线与外围设备实现数据交互。在一个实施例中，通过该总线6019，CPU 6011可以控制设备601中的其他硬件组件及其外围设备。
在工作中，本发明的设备601的处理器CPU 6011可以通过输入装置603或数据传输接口604获取媒体数据包，并调取存储于存储器6012中的计算机程序指令或代码对配电线进行在线监测和预警。
从上面关于本发明模块化设计的描述可以看出，本发明的系统可以根据应用场景或需求进行灵活地布置而不限于附图所示出的架构。进一步，还应当理解，本发明示例的执行操作的任何模块、单元、组件、服务器、计算机或设备可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备（可移除的）和/或不可移动的）例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。
基于此，本发明也公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有用于智能配电在线监测预警的计算机可读指令，该计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，实现如前文中一个或多个实施例所述的智能配电在线监测预警方法。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (5)
1.一种智能配电在线监测预警方法，其特征在于，包括：
根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式；
利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值；
获取当前时刻配电线的配电参数值；
将所述老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值；
根据所述当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警；
所述根据配电参数历史数据构建配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式包括：
获取历史数据库中配电线正常工作时的配电参数；
根据所述配电参数确定配电线的老化程度与所述配电参数之间的函数关系式；
所述配电线的老化程度与配电参数之间的函数关系式包括：
式中，W表示配电线的老化程度；R表示电阻值；表示介质损耗角正切值；T表示环境温度；/>表示垂直荷载下的最大弯曲应变；
其中配电线的老化函数的构建过程包括：
利用最大似然估计拟合配电线老化函数中的衰减常数；
根据所述衰减常数构建配电线的老化函数；
所述配电线的老化函数包括：
式中，表示在t时刻的配电线老化程度；/>表示配电线开始运行时的老化程度；/>表示拟合的衰减常数；k表示根据历史数据计算得到的衰减常数；
所述利用配电线的老化函数预测当前时刻配电线的老化程度，以更新老化程度标准值包括：
将当前时刻的时间数据和初始老化值输入所述配电线的老化函数，以计算得到当前时刻对应的老化程度值；
利用所述当前时刻对应的老化程度值更新老化程度标准值。
2.根据权利要求1所述的智能配电在线监测预警方法，其特征在于，其中当前时刻配电线的配电参数值包括介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变，所述将所述老化程度标准值和当前时刻配电线的配电参数值输入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值包括：
将当前时刻配电线的介质损耗角正切值、环境温度与垂直荷载下的弯曲应变和老化程度标准值代入所述函数关系式，以计算得到当前时刻配电线的电阻值。
3. 根据权利要求1 所述的智能配电在线监测预警方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率，以对配电线进行监测预警包括：
根据配电线路中的电压值和配电线的电阻值计算配电线的电流和/或功率；
判断所述配电线的电流和/或功率是否满足对应的额定值；
响应于所述配电线的电流和/或功率不满足对应的额定值，进行告警。
4.根据权利要求2所述的智能配电在线监测预警方法，其特征在于，所述垂直荷载下的弯曲应变采用最大弯曲应变。
5. 一种智能配电在线监测预警系统，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其存储有用于智能配电在线监测预警的计算机指令，当所述计算机指令由所述处理器运行时，使得设备执行根据权利要求1-4 的任意一项所述的智能配电在线监测预警方法。
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