CN116736212B - 一种互感器运行误差在线监测及计量方法 - Google Patents

一种互感器运行误差在线监测及计量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种互感器运行误差在线监测及计量方法，包括以下步骤：采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集；基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型；基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组；将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算。本发明解决了如何准确且快速的对互感器运行误差进行在线监测并输出结果的技术问题。

Description

一种互感器运行误差在线监测及计量方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种互感器运行误差在线监测及计量方法。
背景技术
电容式互感器（Capacitor Voltage Transformer，以下简称为CVT）由于其良好的绝缘特性，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为复杂，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。依据计量检定归程，现有的检定方式是断电离线检定，对待检定互感器和高精度标准器同时时间相同的电压信号，待检互感器的输出值与标准器器的输出值之间的差异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，且高压输变电线路停电检修较为困难，此外，标准规定的检修时间为4年，此种检修方式无法充分考虑每台互感器的健康状态，检修效率较低，且目前对互感器运行误差在线评估仅是对其误差特性进行定性判断，无法实现互感器运行误差定量分析，从而更加精准的指导互感器的运营。因此，亟待提出一种互感器运行误差在线监测及计量方法，解决如何准确且快速的对互感器运行误差进行在线监测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互感器运行误差在线监测及计量方法，旨在解决如何准确且快速的对互感器运行误差进行在线监测并输出结果的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其中，所述互感器运行误差在线监测及计量方法包括以下步骤：
S1、采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集；
S2、基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型；
S3、基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组；
S4、将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算。
优选方案之一，所述步骤S1采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集，具体为：
采集检测合格互感器各相二次侧数据，构建标准数据集/>；
采集在运期间互感器各相二次侧数据，构建检测数据集/>。
优选方案之一，所述采集在运期间互感器各相二次侧数据，构建检测数据集，具体为：
采集在运期间互感器各相二次侧数据；
对互感器各相二次侧数据进行归一化预处理，得到检测数据集/>；
具体为：
其中，为检测合格互感器各相二次侧数据/>的均值，/>为检测合格互感器各相二次侧数据/>的标准差。
优选方案之一，所述步骤S2基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型，具体为：
S21、对所述标准数据集进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；具体为：
其中，为奇异值分解函数，U、V为酉矩阵，U为/>对应的特征向量组成的矩阵，V为/>对应的特征向量组成的矩阵，/>为对角矩阵；
S22、根据所述奇异值矩阵以及贡献度阈值，确定主成分空间和误差空间，依次计算各主成分的贡献度，并基于所述贡献度确定主成分空间特性向量的个数m；
S23、取所述酉矩阵V的前m个特征向量为主成分空间P，剩余的特征向量为误差空间。
优选方案之一，所述步骤S22中计算各主成分的贡献度，具体为：
其中，为贡献度，/>为奇异值矩阵中第/>各奇异值，n为奇异值矩阵的奇异值总数。
优选方案之一，所述步骤S3基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组，具体为：
S31、计算互感器各通道在误差空间的误差统计信息；
S32、根据互感器各通道在误差空间的误差统计信息，取误差统计量最小的一组互感器作为无误差标准互感器组。
优选方案之一，所述误差统计信息为：
其中，为检测数据集/>中第/>组互感器的数据，/>，/>、/>、/>为检测数据集/>中第/>组互感器的各通道数据。
优选方案之一，所述S32中取误差统计量最小的一组互感器作为无误差标准互感器，具体为：
其中，为无误差标准互感器组。
优选方案之一，所述步骤S4，具体为：
S41、将所述检测数据集按同相信号进行分组；
S42、根据所述无误差标准互感器组，建立互感器各相位的误差约束模型；
S43、根据所述误差约束模型计算各通道互感器的误差值。
优选方案之一，所述误差约束模型为：
其中，分别为检测数据集/>中第/>组互感器A、B、C三相的误差值，分别为检测数据集/>中第/>组互感器A、B、C三相二次侧的数据，分别为无误差标准互感器组A、B、C三相二次侧的数据。
本发明的上述技术方案中，该互感器运行误差在线监测及计量方法包括以下步骤：采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集；基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型；基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组；将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算。本发明解决了如何准确且快速的对互感器运行误差进行在线监测并输出结果的技术问题。
在本发明中，根据误差空间的误差统计信息确定无误差标准互感器组，并以此位标准对比器，通过构建互感器各相位的误差约束模型实现互感器各通道误差的定量计算。
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互感器运行误差在线监测及计量方法示意图。
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。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示（诸如上、下……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
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，本发明提供一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其中，所述互感器运行误差在线监测及计量方法包括以下步骤：
S1、采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集；
S2、基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型；
S3、基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组；
S4、将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算。
具体地，在本实施例中，所述步骤S1采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集，具体为：采集检测合格互感器各相二次侧数据，构建标准数据集/>；采集在运期间互感器各相二次侧数据/>，构建检测数据集/>。
具体地，在本实施例中，采集检测合格互感器各相二次侧数据，构建标准数据集，具体为：采集检测合格互感器各相二次侧数据/>，对互感器各相二次侧数据/>进行归一化预处理，得到标准数据集/>；具体为：
其中，为检测合格互感器各相二次侧数据/>的均值，/>为检测合格互感器各相二次侧数据/>的标准差，即将互感器各相二次侧数据/>减去各通道检测合格互感器各相二次侧数据/>的均值，在除以该通道的检测合格互感器各相二次侧数据/>的标准差，归一化预处理后的数据均值为0，方差为1。
具体地，在本实施例中，所述采集在运期间互感器各相二次侧数据，构建检测数据集，具体为：采集在运期间互感器各相二次侧数据/>；对互感器各相二次侧数据/>进行归一化预处理，得到检测数据集/>；具体为：
其中，为检测合格互感器各相二次侧数据/>的均值，/>为检测合格互感器各相二次侧数据/>的标准差。
具体地，在本实施例中，所述步骤S2基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型，具体为：
S21、对所述标准数据集进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；具体为：
其中，为奇异值分解函数，U、V为酉矩阵，U为/>对应的特征向量组成的矩阵，V为/>对应的特征向量组成的矩阵，/>为对角矩阵，所述奇异值矩阵为，且满足/>；
S22、根据所述奇异值矩阵以及贡献度阈值，确定主成分空间和误差空间，依次计算各主成分的贡献度，并基于所述贡献度确定主成分空间特性向量的个数m；
计算各主成分的贡献度，具体为：
其中，为贡献度，/>为奇异值矩阵中第/>各奇异值，n为奇异值矩阵的奇异值总数；
基于所述贡献度确定主成分空间特性向量的个数m，具体为：
其中，m为主成分空间特性向量的个数，C为贡献度阈值，在本发明中，所述贡献度阈值为0.95，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；
S23、取所述酉矩阵V的前m个特征向量为主成分空间P，剩余的特征向量为误差空间；其中，互感器实时监测的数据在主成分空间的投影表征互感器一次侧电压数据，互感器实时监测的数据在误差空间的投影表征互感器的误差值，在本发明中，所述互感器为电容式电压互感器，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定。
具体地，在本实施例中，所述步骤S3基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组，具体为：
S31、计算互感器各通道在误差空间的误差统计信息；以任意一组三相互感器的三个通道的数据为分析单元，计算互感器各通道在误差空间的误差统计信息/>，所述误差统计信息/>为：
其中，为检测数据集/>中第/>组互感器的数据，/>，/>、/>、/>为检测数据集/>中第/>组互感器的各通道数据；
S32、根据互感器各通道在误差空间的误差统计信息，比较互感器在误差空间的误差统计信息/>，取误差统计量最小的一组互感器作为无误差标准互感器组，具体为：
其中，为无误差标准互感器组，n为互感器的组数。
具体地，在本实施例中，所述步骤S4将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算，具体为：
S41、将所述检测数据集按同相信号进行分组；
S42、根据所述无误差标准互感器组，建立互感器各相位的误差约束模型；
S43、根据所述误差约束模型计算各通道互感器的误差值。
具体地，在本实施例中，根据所述无误差标准互感器组，建立互感器各相位的误差约束模型，具体为：
由于互感器自身必然存在的计量误差，构建互感器的一次侧数据和二次侧数据之间的实际转换关系：
其中，为互感器二次侧数据，/>为互感器一次侧数据，/>为互感器的额定变比，为互感器的误差值；
对于同相多通道的互感器，以同相两通道的互感器为例进行说明，设有两互感器的A相通道分别为、/>，则有：
其中，、/>分别为/>的一次侧数据和二次侧数据，/>为/>对应的误差，/>、/>分别/>的一次侧数据和二次侧数据，/>为/>对应的误差；由于电网中互感器一次侧数据较为稳定，也即两互感器A相通道的/>和/>相等，因此，将两式相除，可得到：
根据泰勒公式可得，为互感器A相通道的误差，接近于0；所述泰勒公式为：
根据所述泰勒公式可以得到：
忽略二阶小量，最终可得到：
上式即为A相互感器二次侧数据与其误差值的约束关系；
对于同相多通道互感器二次侧数据，均以无误差标准互感器组中的同相该信号为对比基准，建立误差约束模型；
由于无误差标准互感器无误差，也即均为0，因此，可得到最终的误差约束模型，所述误差约束模型为：
其中，分别为检测数据集/>中第/>组互感器A、B、C三相的误差值，分别为检测数据集/>中第/>组互感器A、B、C三相二次侧的数据，分别为无误差标准互感器组A、B、C三相二次侧的数据。
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 (8)

1.一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集；
S2、基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型；
S3、基于所述检测数据集，通过所述互感器运行误差检测模型，得到无误差标准互感器组；具体为：
S31、计算互感器各通道在误差空间的误差统计信息Ei；
S32、根据互感器各通道在误差空间的误差统计信息Ei，取误差统计量最小的一组互感器作为无误差标准互感器组；
S4、将所述检测数据集按同相信号进行分组，并根据所述无误差标准互感器组计算各通道互感器的误差值，从而实现互感器运行误差的定量计算；具体为：
S41、将所述检测数据集按同相信号进行分组；
S42、根据所述无误差标准互感器组，建立互感器各相位的误差约束模型；具体为：
构建互感器一次侧数据和二次侧数据之间的转换关系；
对于同相多通道的互感器二次侧数据，以无误差标准互感器组中的同相信号为对比基准，建立误差约束模型；
S43、根据所述误差约束模型计算各通道互感器的误差值。
2.根据权利要求1所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述步骤S1采集互感器二次侧的运行数据，构建标准数据集和检测数据集，具体为：
采集检测合格互感器各相二次侧数据X0，构建标准数据集X1；
采集在运期间互感器各相二次侧数据Y0，构建检测数据集Y1。
3.根据权利要求2所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述采集在运期间互感器各相二次侧数据，构建检测数据集Y1，具体为：
采集在运期间互感器各相二次侧数据Y0；
对互感器各相二次侧数据Y0进行归一化预处理，得到检测数据集Y1；
具体为：
Y1＝(Y0-E(X0))/STD(X0)
其中，E(X0)为检测合格互感器各相二次侧数据X0的均值，STD(X0)为检测合格互感器各相二次侧数据X0的标准差。
4.根据权利要求2所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述步骤S2基于所述标准数据集，构建互感器运行误差检测模型，具体为：
S21、对所述标准数据集X1进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；具体为：
SVD(X1)＝UΣVT
其中，SVD(X1)为奇异值分解函数，U、V为酉矩阵，U为对应的特征向量组成的矩阵，V为/>对应的特征向量组成的矩阵，Σ为对角矩阵；
S22、根据所述奇异值矩阵以及贡献度阈值，确定主成分空间和误差空间，依次计算各主成分的贡献度，并基于所述贡献度确定主成分空间特性向量的个数m；
S23、取所述酉矩阵V的前m个特征向量为主成分空间P，剩余的特征向量为误差空间Pe。
5.根据权利要求4所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述步骤S22中计算各主成分的贡献度，具体为：
其中，ci为贡献度，σi为奇异值矩阵中第i各奇异值，n为奇异值矩阵的奇异值总数。
6.根据权利要求4所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述误差统计信息Ei为：
其中，为检测数据集Y1中第i组互感器的数据，/> 为检测数据集P1中第i组互感器的各通道数据。
7.根据权利要求4所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述S32中取误差统计量最小的一组互感器作为无误差标准互感器，具体为：
EJ＝min(E1,E2,...,En)
其中，EJ为无误差标准互感器组。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种互感器运行误差在线监测及计量方法，其特征在于，所述误差约束模型为：
其中，εA,i、εB,i、εC,i分别为检测数据集Y1中第i组互感器A、B、C三相的误差值，Ai,2、Bi,2、Ci,2分别为检测数据集Y1中第i组互感器A、B、C三相二次侧的数据，AJ,2、BJ,2、CJ,2分别为无误差标准互感器组A、B、C三相二次侧的数据。
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