CN116643228A - 一种电压互感器初始误差估算方法 - Google Patents

一种电压互感器初始误差估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压互感器初始误差估算方法，包括以下步骤：采集三相电压互感器二次侧数据，建立待评估数据集；根据所述待评估数据集，构建与待评估数据集同维度的标准数据集；根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数；根据所述约束函数优化所述标准数据集；根据所述约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值；根据优化后的标准数据集中各采样数据的真值以及待评估数据集，计算三相电压互感器各通道的初始误差值。本发明解决了如何准确且快速的估算电压互感器初始误差并输出结果的技术问题。

Description

一种电压互感器初始误差估算方法
技术领域
本发明涉及互感器技术领域，尤其涉及一种电压互感器初始误差估算方法。
背景技术
电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer, 以下简称CVT）由于其具有良好的绝缘特性，被广泛地应用于高电压等级应用场景。相对于传统的电磁式电压互感器，电容式电压互感器结构更复杂，在运行过程中，更容易出现超差现象，从而影响电能结算贸易公平。目前常采用断电离线检定，对待检定互感器和高精度标准器同时施加相同的电压信号，待检互感器的输出值与标准器的输出值之间的即为互感器的静态误差，该方式无法实时反映互感器在实际工况下的误差动态变化过程，且高压输变电线停电检修比较困难。
目前，现阶段的电压互感器误差在线评估主要为：通过检测仪挂网运行时，采集互感器二次侧数据，并以此为训练数据，建立误差评估模型，在误差评估阶段，计算的误差值为以训练数据为基准的误差变化量。因此，断电检定监测仪挂网运行时训练数据对应的初始误差是必不可少的环节，但现阶段断电检定实现困难，通常会以最近的离线检定数据代替，对于没有离线检定数据的应用场景，甚至会随机给一个初始误差，从而导致最终的互感器误差评定结果差异较大。因此，亟待提出一种电压互感器初始误差估算方法，解决如何准确且快速的估算电压互感器初始误差并输出结果的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电压互感器初始误差估算方法，旨在解决如何准确且快速的估算电压互感器初始误差并输出结果的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种电压互感器初始误差估算方法，其中，所述电压互感器初始误差估算方法包括以下步骤：
S1、采集三相电压互感器二次侧数据，建立待评估数据集；
S2、根据所述待评估数据集，构建与待评估数据集同维度的标准数据集；
S3、根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数；具体为：
基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数；
根据电压互感器的三相电压不平衡度，构建第二约束函数；
根据电压互感器离线检定误差数据的正态分布，构建第三约束函数；
基于所述第二约束函数和第三约束函数，构建第四约束函数；
S4、根据所述第一约束函数优化所述标准数据集；
S5、根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值；
S6、根据优化后的标准数据集中各采样数据的真值以及待评估数据集，计算三相电压互感器各通道的初始误差值。
优选方案之一，所述待评估数据集为：
其中，为待评估数据集，n为三相电压互感器的组数，t为采样时刻，依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的二次侧采样值。
优选方案之一，所述标准数据集为：
其中，为与待评估数据集同维度的标准数据集，n为三相电压互感器的组数，t为 采样时刻，依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的标准值。
优选方案之一，所述步骤S3根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数包括：
基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数，所述第一约束函数为：
其中，为第一约束函数，依次表示第k组三相电压互感器 在i时刻A、B、C三相的标准值。
优选方案之一，所述步骤S4根据所述第一约束函数优化所述标准数据集，具体为：
当同相同电压等级互感器集群的二次侧数据相等时，所述第一约束函数最小，根 据所述第一约束函数优化所述标准数据集，得到优化标准集；
所述优化标准集为：
其中，为优化标准集，依次表示三相电压互感器在t时刻A、B、C三 相的标准值。
优选方案之一，所述步骤S3根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数还包括：
根据电压互感器的三相电压不平衡度，构建第二约束函数；
根据电压互感器离线检定误差数据的正态分布，构建第三约束函数；
基于所述第二约束函数和第三约束函数，构建第四约束函数。
优选方案之一，所述第二约束函数为：
所述第三约束函数为：
其中，为第二约束函数，为的均值，为第三约束 函数，依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的二次侧采 样值，为电压互感器离线检定误差数据正态分布的期望值。
优选方案之一，所述第四约束函数为：
其中，为第四约束函数。
优选方案之一，所述步骤S5根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值，具体为：
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的取值范围；
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的均值；
根据所述优化标准集中A、B、C三相标准值的均值和取值范围，迭代求解所述优 化标准集中各采样数据的真值。
优选方案之一，所述步骤S6计算三相电压互感器各通道的初始误差值，具体为：
计算所述优化标准集中各采样数据真值的均值；
根据所述优化标准集中各采样数据真值的均值，计算待评估数据集中三相电 压互感器各通道的初始误差值。
本发明的上述技术方案中，该电压互感器初始误差估算方法包括以下步骤：采集三相电压互感器二次侧数据，建立待评估数据集；根据所述待评估数据集，构建与待评估数据集同维度的标准数据集；根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数；根据所述第一约束函数优化所述标准数据集；根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值；根据优化后的标准数据集中各采样数据的真值以及待评估数据集，计算三相电压互感器各通道的初始误差值。本发明解决了如何准确且快速的估算电压互感器初始误差并输出结果的技术问题。
在本发明中，利用多通道电压互感器二次侧数据之间的约束关系，确定与待评估数据集同维度的标准数据集，并计算所述标准数据集中各采样数据的真值，从而实现对电压互感器各通道初始误差的估算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种电压互感器初始误差估算方法的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1，根据本发明的一方面，本发明提供一种电压互感器初始误差估算方法，其中，所述电压互感器初始误差估算方法包括以下步骤：
S1、采集三相电压互感器二次侧数据，建立待评估数据集；
S2、根据所述待评估数据集，构建与待评估数据集同维度的标准数据集；
S3、根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数；具体为：
基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数；
根据电压互感器的三相电压不平衡度，构建第二约束函数；
根据电压互感器离线检定误差数据的正态分布，构建第三约束函数；
基于所述第二约束函数和第三约束函数，构建第四约束函数；
S4、根据所述第一约束函数优化所述标准数据集；
S5、根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值；
S6、根据优化后的标准数据集中各采样数据的真值以及待评估数据集，计算三相电压互感器各通道的初始误差值。
具体地，在本实施例中，采集n组三相电压互感器二次侧数据，构建待评估数据集X，所述待评估数据集为：
其中，为待评估数据集，n为三相电压互感器的组数，t为采样时刻，依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的二次侧采样值。
具体地，在本实施例中，根据所述待评估数据集，构建与所述待评估数据集同维度的标准数据集Y，所述标准数据集Y为所述待评估数据集对应的误差数据，为待求量，当标准数据集Y已知，则待评估数据集X对应的误差也已知；所述标准数据集为：
其中，为与待评估数据集同维度的标准数据集，n为三相电压互感器的组数，t为 采样时刻，依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的标准值。
具体地，在本实施例中，所述步骤S3根据各电压互感器之间的拓扑关系，所述拓扑关系可通过离线统计的大量电压互感器误差分布等获得，本发明不进行具体限定，具体采用常规技术手段获得即可，构建电压互感器初始误差评估约束函数包括：
基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数，在变电站内，同相同电压等级的互感器集群连接在同一根母线上，即信号同源，则同相同电压等级的多组互感器二次侧采样数据接近相等，由此基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数；例如，变电站设有四组三相互感器，第一组和第二组接入的是220V，第三组和第四组接入的是110V，则认为第一组和第二组互感器的A相为同相同电压等级；所述第一约束函数为：
其中，为第一约束函数，依次表示第k组三相电压互感器 在i时刻A、B、C三相的标准值；表示同相同电压等级多通道标准值之间的距离，以同 相同电压等级两通道为例进行说明，当其标准值相距越大，越大，当两通道的标准值 完全相等时，为0.
具体地，在本实施例中，所述步骤S4根据所述第一约束函数优化所述标准数据集，具体为：当同相同电压等级互感器集群的二次侧数据相等时，所述第一约束函数最小，即：
其中，;
根据所述第一约束函数优化所述标准数据集，得到优化标准集；所述优化标准 集为：
其中，为优化标准集，依次表示三相电压互感器在t时刻A、B、C三 相的标准值。
具体地，在本实施例中，所述步骤S3根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数还包括：
根据电压互感器的三相电压不平衡度，构建第二约束函数；在正常情况下，电网的三相电压不平衡度在一定时间内的波动很小，此时，电压互感器二次侧数据对应的三相电压不平衡度波动也很小，以此构建第二约束函数，即三相电压互感器的标准值对应的不平衡度最小；所述第二约束函数为：
其中，为第二约束函数，为的均值；
根据电压互感器离线检定误差数据的正态分布，构建第三约束函数；根据互感器 的检定规程，电压互感器离线检定周期为4年，通过统计大量的电压互感器的离线检定误差 数据，其误差统计服从正态分布，为正态分布的期望，待评估电压互感器的误差值应与 接近离线统计的误差期望值，构造第三约束函数；所述第三约束函数为：
其中，为第三约束函数，依次表示第j组三相电压互感 器在i时刻A、B、C三相的二次侧采样值，为电压互感器离线检定误差数据正态分布的期 望值；
基于所述第二约束函数和第三约束函数，构建第四约束函数；所述第四约束函数为：
其中，为第四约束函数；所述第四约束函数即为最终的约束函数，所述第四 约束函数通过集合第二约束函数和第三约束函数，计算各采样数据的真值，所述第四约束 函数的函数值为三相电压互感器的标准值对应的不平衡度最小、待评估电压互感器的误差 值与离线统计的误差期望值最接近时的函数值，所述第四约束函数同时满足上述两种 情形，通过所述第四约束函数计算各采样数据的真值使得电压互感器各采样数据的真值无 限接近标准数据，进一步提高了对待评估数据集中三相电压互感器各通道初始误差值计算 的精确度和准确度。
具体地，在本实施例中，所述步骤S5根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值，具体为：
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的取值范围；以电压互感器A相为例进行 说明，优化标准集中的最大值和最小值依次为：；
则A相标准值的取值范围上下限依次为；
其中，分别为取值范围对应的下限阈值和上限阈值，在本发明中，所述下限阈值为-0.2，上限阈值为0.2，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；同理，可得到/>，所述优化标准集/>中A、B、C三相标准值的取值范围依次为/>；
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的均值；优化标准集中为 A、B、C三相标准值的时间序列，可用其均值替代；
根据所述优化标准集中A、B、C三相标准值的均值和取值范围，迭代求解所述优 化标准集中各采样数据的真值；
遍历求解均值，、、，分别按照设 定的分辨率进行遍历，计算所述优化标准集中各数据对应的第四约束函数 的值；
即有1003种组合，对应1003个第四约束函数的值，取前100 个作为预选标准值，其对应100个组合，按A、B、C三相从小到大排序 有、、；
迭代求解所述优化标准集中各采样数据的真值，取、、，重复上述遍历求解的过程，直至迭代次数达到预 设迭代阈值，在本发明中，所述迭代阈值为100，本发明不进行具体限定，具体可 根据需要进行设定；或迭代前后的均值变化小于设定阈值，在本发明中，所述 设定阈值为0.0001，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；即迭代停止， 得到所述优化标准集中各采样数据的真值、、。
具体地，在本实施例中，所述步骤S6计算三相电压互感器各通道的初始误差值，具体为：
计算所述优化标准集中各采样数据真值的均值；
根据所述优化标准集中各采样数据真值的均值，计算待评估数据集中三相电压互感器各通道的初始误差值；第j组三相电压互感器A、B、C三相的误差/>；所述第j组三相电压互感器A、B、C三相的误差/>为：
。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集三相电压互感器二次侧数据，建立待评估数据集；
S2、根据所述待评估数据集，构建与待评估数据集同维度的标准数据集；
S3、根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数；具体为：
基于同相同电压等级信号同源构建第一约束函数；
根据电压互感器的三相电压不平衡度，构建第二约束函数；
根据电压互感器离线检定误差数据的正态分布，构建第三约束函数；
基于所述第二约束函数和第三约束函数，构建第四约束函数；
S4、根据所述第一约束函数优化所述标准数据集；
S5、根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值；
S6、根据优化后的标准数据集中各采样数据的真值以及待评估数据集，计算三相电压互感器各通道的初始误差值。
2.根据权利要求1所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述待评估数据集为：
；
其中，为待评估数据集，n为三相电压互感器的组数，t为采样时刻，/>依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的二次侧采样值。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述标准数据集为：
；
其中，为与待评估数据集同维度的标准数据集，n为三相电压互感器的组数，t为采样时刻，/>依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的标准值。
4.根据权利要求3所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述步骤S3根据各电压互感器之间的拓扑关系，构建电压互感器初始误差评估约束函数包括：
所述第一约束函数为：
；
其中，为第一约束函数，/>依次表示第k组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的标准值。
5.根据权利要求4所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述步骤S4根据所述第一约束函数优化所述标准数据集，具体为：
当同相同电压等级互感器集群的二次侧数据相等时，所述第一约束函数最小，根据所述第一约束函数优化所述标准数据集，得到优化标准集；
所述优化标准集为：
；
其中，为优化标准集，/>依次表示三相电压互感器在t时刻A、B、C三相的标准值。
6.根据权利要求5所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述第二约束函数为：
；
所述第三约束函数为：
；
其中，为第二约束函数，/>为/>的均值，/>为第三约束函数，/>依次表示第j组三相电压互感器在i时刻A、B、C三相的二次侧采样值，/>为电压互感器离线检定误差数据正态分布的期望值。
7.根据权利要求6所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述第四约束函数为：
；
其中，为第四约束函数。
8.根据权利要求7所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述步骤S5根据所述第四约束函数计算优化后的标准数据集中各采样数据的真值，具体为：
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的取值范围；
计算优化标准集中A、B、C三相标准值的均值；
根据所述优化标准集中A、B、C三相标准值的均值和取值范围，迭代求解所述优化标准集/>中各采样数据的真值。
9.根据权利要求8所述的一种电压互感器初始误差估算方法，其特征在于，所述步骤S6计算三相电压互感器各通道的初始误差值，具体为：
计算所述优化标准集中各采样数据真值的均值；
根据所述优化标准集中各采样数据真值的均值，计算待评估数据集中三相电压互感器各通道的初始误差值。
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