CN116577718A - 一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法及系统。其中，该方法包括：包括：获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

Description

一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法及系统

技术领域

本发明涉及电网运维技术领域，并且更具体地，涉及一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法及系统。

背景技术

随着电网中非线性负荷、新型冲击性负荷的不断增多，电网中大范围使用一些大功率电力设备，使得在传统电网中电能质量的问题越发严重。为保障电网的经济安全运行，需要对电能质量进行监测和计量，进而对电力系统的正常运行进行控制和保护，特别是在一次关口计量点安装的电力互感器，关系到发电集团和供电企业大额电费计量交易是否公平公正。在实际运行工况下，电容式电压互感器的计量误差是不可避免的，研究一种对电容式电压互感器计量状态进行长期在线监测与评估的方法有利于电力系统的经济、安全和稳定运行。如今电力系统电压等级和输送容量不断提高，在高压领域电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)的优势越发明显，主要用于稳态时测量稳态电压、计算电能，发生暂态故障时测量电压故障向量用于电网的继电保护，目前对CVT的研究主要是暂态过程分析和稳态时对电网电压的测量精度等方面。CVT测量的准确性对继电保护和电能计量工作具有极其重要的意义，但由于其运行环境、自身结构参数误差的影响，其测量结果会不可避的产生误差，现有的离线校验不能对CVT的运行状态进行实时评估，当CVT的测量误差超差时也不能及时校正。因此，需要在原有研究的基础上，研究一种基于云服务技术的数字化CVT在线监测方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法及系统，以解决由于运行环境、自身结构参数误差的影响，其测量结果会不可避的产生误差，现有的离线校验不能对CVT的运行状态进行实时评估，当CVT的测量误差超差时也不能及时校正的技术问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法，包括：

获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；

根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；

采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；

计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

可选地，获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据，包括：

获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

可选地，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，包括：

将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。可选地，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，还包括:

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种对电容式电压互感器进行在线监测的系统，包括：

获取二次模拟电压数据模块，用于获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；

确定计量状态评估判据模块，用于根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；

采集二次电压数据模块，用于采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；

在线监测电容式电压互感器模块，用于计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

可选地，获取二次模拟电压数据模块，包括：

获取二次模拟训练数据子模块，用于获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

生成二次模拟电压数据子模块，用于根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

可选地，确定计量状态评估判据模块，包括：

构建计量状态评估模型子模块，用于将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。

可选地，确定计量状态评估判据模块，包括：

确定计量状态评估判据子模块，，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

计算SPE统计量子模块，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

比较统计量和评估判据子模块，用于将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

故障相识别子模块，用于对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

检验检修子模块，用于确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

从而，通过站端模拟平台获取用于计量状态评估系统确定评估判据的CVT二次模拟电压数据，云端服务器不仅可以计算CVT计量状态评估判据，将不同准确级的评估判据用于挂网运行的CVT，还可以实现对历史运行数据的储存和评估模型的更新。该基于私有云服务的数字化CVT在线监测方法可对不同准确级的CVT进行计量状态评估，具有很高的适用性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本实施方式所述的一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法的流程示意图；

图2为本实施方式所述的一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法具体流程示意图；

图3为本实施方式所述一种构建电容式电压互感器计量状态评估判据流程示意图；

图4A、图4B、图4C、图4D以及图4E为本实施方式所述的电容式电压互感器的云端算法误差监测示意图；

图5为本实施方式所述一种对电容式电压互感器进行在线监测的系统的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

根据本发明的第一个方面，提供了一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法100，参考图1和图2所示，该方法100包括：

S1:获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据。在本步骤中，主要是利用操控台获取电容式电压互感器二次模拟训练数据为云端计量状态评估系统构建计量状态评估模型提供底层数据支撑。

在一个实施例中，所述步骤S1获取模拟电容式电压互感器的二次模拟训练数据的过程包括：

S101数据采集系统通过输入控制装置切换至操控台获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据。

S102根据所要监测的电容式电压互感器的测量准确级，在操控台中输入相应的测量准确级，操控台可随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器二次电压数据。

将电容式电压互感器的二次模拟电压数据上传至云端服务器中计量状态评估系统的数据库，通过存储器完成数据存储备份。

S2:根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据。

本步骤主要是通过模拟的电容式电压互感器二次电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

在一个实施例中，所述步骤S2构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据包括如下步骤：

S201将采集到的模拟电容式电压互感器二次电压数据保存在数据库中并在计量状态评估系统中以一定的时钟周期对数据库进行更新，实现对计量状态评估模型的更新。

S202计量状态评估系统中采用主成分分析法构建计量状态评估模型，可以实现对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。CVT的主要作用是对电网一次电压进行监测与计量，但是由于其运行环境、设备本身的结构等多种因素均会不可避免地导致其产生各种误差，采用主成分分析法的原因主要有两点：(1)主成分分析可以将电网一次侧波动信息与互感器计量误差分离开来；(2)CVT二次输出的三相电压之间的不平衡度具有短时不变性，即

S203建立计量状态评估模型，将采集的电容式电压互感器二次电压模拟数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G。

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁,λ₂,λ₃)，λ₁,λ₂,λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵。

S204采用累计方差贡献率百分比(Cumulative Percent Variance，CPV)确定主元个数。CPV方法通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列。

S205选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，可以根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

S3:采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据。

本步骤主要是通过信号传感器将实际运行的电容式电压互感器的二次电压数据输送到数据采集装置并将实测数据上传至计量状态评估系统的数据库。记录挂网运行的电容式电压互感器二次电压数据。

S4:计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

本步骤主要是计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，通过比较该统计量是否超过通过模拟数据计算的统计量阈值SPE_α，若该统计量超过统计量阈值，则判定此时电容式电压互感器工作异常，进一步通过贡献图法进行故障相识别。

在一个实施例中，所述步骤S4对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测包括如下步骤：

S401将采集的电容式电压互感器二次电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X。将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵。

负荷矩阵P、P_e可通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到。

式中，L＝diag(λ₁,λ₂,λ₃)，λ₁,λ₂,λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵。

S402同样采用累计方差贡献率百分比(Cumulative Percent Variance，CPV)确定主元个数。CPV方法通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数。

S403计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

S404将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过该计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

S405对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别。对于三相CVT的测量数据而言，可以计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，以此实现对电容式电压互感器的故障相识别。每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量。

S406图形绘制，电容式电压互感器的云端算法误差监测示意图如图3所示，图4A为通过模拟0.2准确级CVT的二次电压数据计算出的统计量阈值，图中每一个采样点都代表一组模拟CVT三相电压数据，蓝色横线代表通过训练数据计算得到的SPE统计量阈值。

图4B为C相1501个采样点到1800个采样点出现突变性测量误差时的SPE统计量监测图，图4C为此时A、B、C三相对SPE统计量的贡献率分析图。

图4D为C相自1501个采样点出现递增性测量误差时的SPE统计量监测图，图4E为此时A、B、C三相对SPE统计量的贡献率分析图。

S407确定故障相后可通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

可选地，获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据，包括：

获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

可选地，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，包括：

将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。

可选地，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，包括:

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

可选地，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

从而，能够及时发现电容式电压互感器工作异常且可对不同等级的CVT进行监测，例如：用0.05级的模拟训练数据构建计量状态评估模型并计算计量状态评估判据，那么当CVT误差变化0.1％时就可以发现。本发明对电容式电压互感器在线监测及计量状态评估具有重要意义，对变电站内其他类型的传感器测量误差状态评估也具有参考意义。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种对电容式电压互感器进行在线监测的系统500，参考图5所示，该系统500包括：

获取二次模拟电压数据模块510，用于获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；

确定计量状态评估判据模块520，用于根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；

采集二次电压数据模块530，用于采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；

在线监测电容式电压互感器模块540，用于计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

可选地，获取二次模拟电压数据模块，包括：

获取二次模拟训练数据子模块，用于获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

生成二次模拟电压数据子模块，用于根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

可选地，确定计量状态评估判据模块，包括：

构建计量状态评估模型子模块，用于将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。

可选地，确定计量状态评估判据模块，包括：

确定计量状态评估判据子模块，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L(P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

计算SPE统计量子模块，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)。

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

比较统计量和评估判据子模块，用于将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

可选地，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

故障相识别子模块，用于对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

检验检修子模块，用于确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

本发明的实施例的一种对电容式电压互感器进行在线监测的系统500与本发明的另一个实施例的一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法100相对应，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种对电容式电压互感器进行在线监测的方法，其特征在于，包括：

获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；

采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；

计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据，包括：

获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，包括：

将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，包括:

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算二次电压数据的SPE统计量，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测，包括：

对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。

8.一种对电容式电压互感器进行在线监测的系统，其特征在于，包括：

获取二次模拟电压数据模块，用于获取电容式电压互感器的二次模拟电压数据；

确定计量状态评估判据模块，用于根据所述二次模拟电压数据构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据；

采集二次电压数据模块，用于采集挂网运行式电压互感器的二次电压数据；

在线监测电容式电压互感器模块，用于计算二次电压数据的SPE统计量，基于所述计量状态评估判据，对挂网运行的电容式电压互感器进行在线监测。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，获取二次模拟电压数据模块，包括：

获取二次模拟训练数据子模块，用于获取电容式电压互感器的二次模拟训练数据；

生成二次模拟电压数据子模块，用于根据所述二次模拟训练数据随机生成一组模拟不同测量准确级的电容式电压互感器的二次模拟电压数据。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，确定计量状态评估判据模块，包括：

构建计量状态评估模型子模块，用于将所述二次模拟电压数据保存在数据库，并以一定的时钟周期对所述数据库进行更新，构建计量状态评估模型。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，确定计量状态评估判据模块，包括：

确定计量状态评估判据子模块，，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵G；

通过矩阵G得到其协方差矩阵G′，其计算公式为：

将协方差矩阵G′阵进行奇异值分解得到其特征值、特征向量，公式如下：

G′＝[P P_e]L[P P_e]^T (2)

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵G′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数，其计算公式为：

式中，CPV表示累计方差贡献率；λ为协方差矩阵的特征值，其特征值从大到小依次排列；

选取合适的主元个数后，在计量状态评估系统中构建计量状态评估模型，确定计量状态评估判据，根据模拟电容式电压互感器二次电压数据计算SPE统计量阈值作为计量状态评估判据，其计算公式如下：

式中，C_α是显著水平为α的条件下得到的标准正态分布临界值，α一般取99％。

12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

计算SPE统计量子模块，用于将所述二次模拟电压数据标准化处理得到均值为零、方差为一的矩阵X，将标准化后的采集数据进行如下分解：

式中，是矩阵G的主元空间模型，T为主元空间上的得分矩阵，P为主元空间上的负荷矩阵；E＝T_eP_e ^T是矩阵G的残差空间模型，T_e为残差空间上的得分矩阵，P_e ^T为残差空间上的负荷矩阵；

负荷矩阵P、P_e通过测量数据矩阵X的协方差矩阵X′阵进行奇异值分解得到：

式中，L＝diag(λ₁，λ₂，λ₃)，λ₁，λ₂，λ₃为协方差矩阵X′的特征值且λ₁≥λ₂≥λ₃；[P P_e]为对应的特征向量组成的负荷矩阵；

采用累计方差贡献率百分比确定主元个数，通过计算m个主成分中前n个主成分的累积方差贡献率即协方差矩阵的特征值占比来确定主成分个数；

计算采集到的实际电容式电压互感器二次电压数据的SPE统计量，其计算公式如下：

SPE＝(GP_eP_e ^T)(GP_eP_e ^T)^T＝GP_eP_e ^TG^T (7)

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

比较统计量和评估判据子模块，用于将计算的SPE统计量与计量状态评估判据SPE_α比较，若SPE统计量超过计量状态评估判据，则判定此时CVT工作异常，若SPE统计量未超过计量状态评估判据，则此时CVT工作正常，继续对CVT进行在线监测。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，在线监测电容式电压互感器模块，包括：

故障相识别子模块，用于对工作异常的CVT采用贡献图法进行故障识别，对于三相CVT的测量数据，计算每相数据对超过阈值的SPE统计量的贡献程度即贡献率，贡献率最大的相序即为故障相，对电容式电压互感器的故障相识别，每相测量数据对SPE统计量的贡献率计算公式如下：

式中Gi为测试数据矩阵对应的列向量，为主元子空间数据矩阵对应的列向量；

检验检修子模块，用于确定故障相后通过报警平台通知后台工作人员进行校验与检修工作。