CN105699797A - 一种配网电容器剩余寿命预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网电容器剩余寿命预测方法及装置。一种配网电容器剩余寿命预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、CPU中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元与人机交互信息显示单元和4G通信传输单元的输入连接，所述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、湿度传感器、温度传感器和降雨量传感器组成。本发明具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高，为配网电容器的安全运行提供有效的保障。

Description

一种配网电容器剩余寿命预测方法及装置

技术领域

本发明属于输配电监测技术领域，特别涉及一种配网电容器剩余寿命预测方法及装置。

背景技术

配网电容器作为配电网电压调节和减小输电线路损耗的设备，对配电网电压稳定和潮流控制具有重要作用，电容器故障将对配电网无功潮流分布造成重大影响。配网电容器长时间使用过程中经常要承受短时的超过其额定电流的负载，短时过载会对电容器造成一定的损伤，损伤的不断积累则会最终导致电容器故障，严重影响配网供电可靠性和电网安全运行。因此，准确掌握配网电容器剩余寿命，对电网运行管理部门至关重要。目前传统方法主要是采用传统经验公式计算或定期检查、更换等方法，存在的主要问题是不能及时发现故障，预测或判断结果误差较大等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种配网电容器剩余寿命预测方法，通过建立适合工程实际应用的配网电容器剩余寿命预测模型，以有效地解决对配网电容器剩余寿命的精确预测。

本发明的另一个目的是提供一种配网电容器剩余寿命预测装置，具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高，为配网电容器的安全运行提供有效的保障。

为了实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种配网电容器剩余寿命预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：建立配网电容器剩余寿命演化***的状态向量：

在固定时间间隔测量电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度构成的一系列状态向量：

$\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}$

步骤二：给定初始权值向量：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量。

步骤三：修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量调整量为：

$W_{t_n}=\left(1\right)\sqrt{{\left({W_{t_n}}^T{X}_{t_n}\right)}^2}$

为调整加速系数。

给定寿命阈值控制量K_D，令电容器剩余寿命的实际预测值为

$y_{t_n}={W_{t_n}}^T{X}_{t_n}$

则权值调整方程式为：

$W_{t_n}=\left(1\right)\sqrt{{\left(\left(y_{t_n}{K}_D\right)X_{t_n}\right)}^2}$

步骤四：计算权值向量最终值W₀：

定义t_n为寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差，有：

$t_n={\left(y_{t_n}{K}_D\right)}^2$

若t_n时刻有：t_n小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀。

步骤五：计算配网电容器剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网电容器剩余寿命预测值。

一种配网电容器剩余寿命预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、CPU中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元与人机交互信息显示单元和4G通信传输单元的输入连接，所述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、湿度传感器、温度传感器和降雨量传感器组成。

所述的电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。

所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。

所述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机。

所述的4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块。

所述的人机交互信息显示单元为TFT_LCD型号的液晶显示模块。

所述信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5引脚，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15分别与液晶显示模块的DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB11、DB10、DB17、DB12、DB13、DB14、DB15、DB16连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8与液晶显示模块的CS、WR、RST、BL、MISO、RS、RD、MOSI、SLK相连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC9、PC10引脚与4G通信ME3760型号的LTE模块的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远方调度中心进行通讯。。

由于采用上述技术方案，使得本发明与现有技术相比具有如下突出的有益效果：

本发明一种配网电容器剩余寿命预测装置，提出利用直接测量电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度作为输入量，并最终利用A/D转换单元、CPU中央处理单元、人机交互信息显示单元和4G传输模块实现配网电容器剩余寿命预测。这种方法避免传统采用经验公式计算或定期检查、更换等方法，存在的主要问题是不能及时发现故障，预测或判断结果误差较大，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。

本发明一种配网电容器剩余寿命预测方法，通过建立适合工程实际应用的配网电容器剩余寿命预测模型，以有效地解决对配网电容器剩余寿命的精确预测。对配网电容器剩余寿命做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，提高配网电容器剩余寿命预测的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配网电容器剩余寿命进行预测。具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明一种配网电容器剩余寿命预测流程图；

图2是本发明的结构示意框图；

图3是本发明的电路连接结构示意图；

图4是本发明的预测结果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应在本发明保护范围之内。

如图1所示，本发明一种配网电容器剩余寿命预测方法，其步骤如下：

步骤一：建立配网电容器剩余寿命演化***的状态向量：

本实施例中，在30个等间隔的时间段内测量电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度，则得到测量数据构成的一个5维时间序列：

$\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_{30}}={(x_{301},x_{302},x_{303},x_{304},x_{305})}^T\end{array}$

步骤二：计算初始权值向量：

给定t₁时刻的对应的连接权值向量 $W_{t_1}={\left(\mathrm{0.021,0.091,0.042,0.089,0.65}\right)}^T,$ 为初始权值向量。

步骤三：修正权值向量：

给定寿命阈值控制量K_D＝0.49823，由令加速系数＝0.39765，则权值修正量为：

$W_{t_n}=\left(1\right)\sqrt{{\left(\left(y_{t_n}{K}_D\right)X_{t_n}\right)}^2}$

步骤四：计算权值向量最终值W₀：

计算寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差t_n：

$t_n={\left(y_{t_n}{K}_D\right)}^2$

若t_n时刻有：t_n0.004512，则此时对应的即为权值向量最终值W₀。

步骤五：计算配网电容器剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网电容器剩余寿命预测值。

预测模型的部分预测结果与实测值比较如图4所示，所建立的预测模型误差基本上控制在±8％之内。

如图2所示，本发明一种配网电容器剩余寿命预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、CPU中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元与人机交互信息显示单元和4G通信传输单元的输入连接，所述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、湿度传感器、温度传感器和降雨量传感器组成。所述的电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。所述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机。所述的4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块。所述的人机交互信息显示单元为TFT_LCD型号的液晶显示模块。

如图3所示，信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5引脚，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15分别与液晶显示模块的DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB11、DB10、DB17、DB12、DB13、DB14、DB15、DB16连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8与液晶显示模块的CS、WR、RST、BL、MISO、RS、RD、MOSI、SLK相连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC9、PC10引脚与4G通信ME3760型号的LTE模块的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远方调度中心进行通讯。

本发明的工作原理如下：

经过电流互感器、电压互感器、湿度传感器、温度传感器和降雨量传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入STM32F103RBT6的单片机的数据输入口，再由单片机对配网电容器剩余寿命数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据送到4G传输模块，为与远方调度通讯做好准备；A/D转换单元用于将信号采集单元采集的模拟信号转换成数字信号；CPU中央处理单元对A/D转换单元输出的数字信号进行处理；人机交互信息显示单元配网电容器剩余寿命预测结果显示；4G通信传输单元用于将配网电容器剩余寿命预测值向接收端发送。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配网电容器剩余寿命预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：建立配网电容器剩余寿命演化***的状态向量：

在固定时间间隔测量电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到电容器电流、电容器电压、电容器温度、降雨量、空气湿度构成的一系列状态向量：

$\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23}{,x}_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}$

步骤二：给定初始权值向量：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量。

步骤三：修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量调整量为：

$W_{t_n}=\left(\begin{array}{cc}1& \end{array}\right)\sqrt{{\left({W_{t_n}}^T{X}_{t_n}\right)}^2}$

为调整加速系数。

给定寿命阈值控制量K_D，令电容器剩余寿命的实际预测值为

$y_{t_n}={W_{t_n}}^T{X}_{t_n}$

则权值调整方程式为：

$W_{t_n}=\left(\begin{array}{cc}1& \end{array}\right)\sqrt{{\left(\left(\begin{array}{cc}{y}_{t_n}& K_D\end{array}\right)X_{t_n}\right)}^2}$

步骤四：计算权值向量最终值W₀：

定义t_n为寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差，有：

$t_n={\left(\begin{array}{cc}{y}_{t_n}& K_D\end{array}\right)}^2$

若t_n时刻有：t_n小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀。

步骤五：计算配网电容器剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网电容器剩余寿命预测值。

2.一种权利要求1所述配网电容器剩余寿命预测装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、CPU中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于：所述信号采集单元采集的信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元与人机交互信息显示单元和4G通信传输单元的输入连接，所述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、湿度传感器、温度传感器和降雨量传感器组成。

3.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述的电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。

4.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。

5.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机。

6.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述的4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块。

7.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述的人机交互信息显示单元为TFT_LCD型号的液晶显示模块。

8.根据权利要求2所述的一种配网电容器剩余寿命预测装置，其特征在于：所述信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5引脚，单片机STM32F103RBT6芯片的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15分别与液晶显示模块的DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB11、DB10、DB17、DB12、DB13、DB14、DB15、DB16连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8与液晶显示模块的CS、WR、RST、BL、MISO、RS、RD、MOSI、SLK相连接，单片机STM32F103RBT6芯片的PC9、PC10引脚与4G通信ME3760型号的LTE的DATA、DATA1端相连，4G通信传输模块的ATN1端通过天线与远方调度中心进行通讯。