CN105827167A - 一种有载智能调容变压器及使用该变压器的变电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有载智能调容变压器及使用该变压器的变电站。本发明的有载智能调容变压器能够对变压器低压侧检测的实时电压和电流数据执行处理，排除这些信号的异常抖动给调容切换带来的干扰，正确获得真实的负载状态；进而，在对比大数据进行分析的基础上，预测负载的有效变化模式，根据该有效变化模式为是否执行调容切换的判断设置设置不同的判断条件以及一动态的调容负载阈值，使该调容负载阈值达到实现变压器能效优化的合理取值。

Description

一种有载智能调容变压器及使用该变压器的变电站

技术领域

本发明涉及电力***领域，具体涉及一种有载智能调容变压器及使用该变压器的变电站。

背景技术

在输配电网络的电能损耗当中，变压器损耗占据着其中很大的比例；特别是在输配电网络的中低压部分，变压器的装机总数多且装机容量大，由变压器造成的损耗占比高达50%－70%。因此，降低变压器损耗对改善电网能效、降低浪费具有决定性的意义。

变压器所造成的损耗中，空载损耗的影响最大。在空载状态下，变压器高压侧输入的功率未用于产生低压侧的功率输出，而是主要被变压器的铁芯所消耗。因此，如果变压器的负载减小，可以通过降低变压器的容量而抑制空载，从而减少变压器自身的损耗；而当变压器的负载增大时，则相应增加变压器容量，以提供足够的承载负载的能力；也就是通过“调容”改善变压器的能效。特别是我国城乡各个地区的用电需求多样化，不同季节和时段负载变化显著，通过对变压器调容，可以克服变压器容量长期处于过大状态带来的空载损耗严重的缺陷。

支持调容的变压器具有大、小两个容量档，对变压器实现有载调容的过程是：检测变压器低压侧的负载大小；当负载状态符合调节变压器容量的预设条件时，则对变压器高压侧的绕组连接方式进行星－角变换，以及对变压器低压侧的绕组连接方式进行串联－并联变换；在大容量档，高压侧绕组采用星型连接，且低压侧绕组采用串联连接；在小容量档，将高压侧绕组切换为三角型连接，并且将低压侧绕组的连接方式切换为并联。

实现有载调容的变压器具体包括：变压部分、调容切换开关、自动检测控制部分。变压部分包括高压侧绕组、低压侧绕组和铁芯等，是变压器实现电压转换输出所需要的传统结构。调容切换开关一般采用机械式开关，通过转动动触头使之与不同静触头接触而切换高压侧、低压侧各个绕组之间的连接方式，实现上述星－角变换及串联－并联变换；随着技术的发展，数字式可控电子开关也越来越多地被应用作为调容切换开关，并有逐步取代机械式开关的趋势。自动检测控制部分用于实时地检测变压器低压侧的电压和电流，计算负载大小，并且将当前的负载与预设的调容阈值加以比较，判断是否满足调容条件，在满足条件的情况下向调容切换开关下达执行切换的控制命令。

为了提高有载调容变压器及其整体***的自动化程度，现有技术中，在上述自动检测控制部分普遍采用了能够基于程序设计实现精确控制的高可靠性芯片架构，包括：针对变压器低压侧电压和电流的检测应用了具有高采样率的传感器和多通道同步的模数转换器芯片，对负载的实时计算和条件判断采用了具有高运算能力的微处理器芯片作为控制中枢，以及利用锁存器驱动接口实现对调容切换开关的控制命令输出。可见，自动检测控制部分的运算处理能力、响应速度和集成化程度不断提高，能够有效执行精确的自动控制程序。

然而，对于现有的有载调容变压器来说，虽然其自动检测控制部分的硬件性能不断提升，但仍然缺少可实现科学化、最优化的调容控制的智能化控制机制和手段，使得有载调容变压器整体能效和运转状态无法达到理想化。具体来说，首先，对变压器低压侧电压和电流的异常抖动无法有效进行区别应对，由异常抖动变化引发不适当的调容切换的发生概率较高；第二，对负载的变化模式与变化规律不能进行充分积累和有效识别，因而只能依据当前实时负载进行调容的切换控制，特别是在我国电网负载总量变化频繁的情况下，容易造成不必要的调容操作过多，使得调容切换开关受到过多冲击而损坏，也使得变压器无法保持稳定高效的运行状态；第三，触发调容切换的调容阈值是在预设值的基础上根据设备实际参数进行出厂调试后确定的一个固定值，该固定值往往并未达到使变压器能效最理想的效果，而且缺乏灵活度，不能适应实际应用过程中各种因素的动态变化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有载智能调容变压器及使用该变压器的变电站。本发明的有载智能调容变压器能够对变压器低压侧检测的实时电压和电流数据执行处理，排除这些信号的异常抖动给调容切换带来的干扰，正确获得真实的负载状态；进而，在对比大数据进行分析的基础上，预测负载的有效变化模式，根据该有效变化模式为是否执行调容切换的判断设置设置不同的判断条件以及一动态的调容负载阈值，使该调容负载阈值达到实现变压器能效优化的合理取值。

本发明所述的有载智能调容变压器，包括：变压部分、调容切换开关、自动检测控制部分；其中，所述变压部分包括高压侧绕组、低压侧绕组和铁芯；所述调容切换开关响应于自动检测控制部分下达的切换控制指令而切换所述高压侧绕组和低压侧绕组的连接方式；其特征在于：

所述自动检测控制部分包括：

数据传感采集模块，用于实时地采集变压器低压侧输出的电流模拟量信号和电压模拟量信号，并且通过模数转换器将上述电流模拟量信号和电压模拟量信号转换为电流数字量数据和电压数字量数据；

数据有效性筛选模块，用于对由数据传感采集模块输入的电流数字量数据和电压数字量数据进行有效性判断，将由异常抖动带来的无效数据从中筛除，保留有效的电流数字量数据和电压数字量数据应用于后续的负载计算；

负载计算模块，用于根据有效的数字量数据和电压数字量数据计算每个采样时刻上的实时负载值；

负载大数据提供模块，用于累积变压器在全部开机运行时段内采集并记录下来的所有采样时刻的负载数据，作为负载历史数据；将负载历史数据按照时间为单位切分为各个负载历史数据段，并且根据环境参数和负载大小等级对各个负载历史数据段进行归并处理，以便生成若干个环境参数相关的负载历史数据集；

负载有效变化模式确定模块，用于将一预定时间段内各个采样时刻对应的实时负载值与负载历史数据集中的每一个负载历史数据段进行相互匹配比对，将经匹配比对与所述实时负载值差异度最小的负载历史数据段中包含的负载历史数据作为负载变化预测数据，根据当前时刻的实时负载值与负载变化预测数据，预测负载值的变化从而计算预测变化量；

调容条件确定模块，用于根据当前时刻的实时负载值以及所述预测变化量，为是否执行调容设定判断条件；

调容负载阈值调整模块，用于在预定阈值变化范围内设定若干阈值点，并根据当前时刻的实时负载值以及所述预测变化量，计算调容负载阈值在各阈值点下的预测变压器损耗值，取其中使预测变压器损耗值最小的阈值点，将该阈值点设定为调容负载阈值；

负载比较模块，用于获得每个时刻的实时负载值，将该实时负载值与被调容负载阈值调整模块动态设定的调容负载阈值进行比较，判断是否满足调容条件确定模块所设定的调容条件；

调容切换指令模块，在所述负载比较模块判断条件符合的情况下，向调容切换开关下达相应的调容切换指令。

优选的是，所述数据有效性筛选模块包括：数据堆栈队列暂存器、采样量基准值计算单元、波动基准值计算单元、初级筛选单元、次级筛选队列暂存器、次级筛选单元、有效数据输出单元；其中，

数据堆栈队列暂存器具有固定的n个暂存位置，暂存当前时刻t的电流数字量数据和电压数字量数据，以及t-1、t-2……t-(n-1)时刻的电流数字量数据和电压数字量数据；

采样量基准值计算单元用于计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电流数字量数据的平均值以及其所暂存的n个电压数字量数据的平均值，将电流数字量平均值和电压数字量平均值分别作为有效性判断的电流采样量基准值和电压采样量基准值；

波动基准值计算单元用于计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电流数字量数据的每一个与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电流波动基准值；以及计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电压数字量数据的每一个与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电压波动基准值；

初级筛选单元用于计算当前时刻t采样的电流数字量数据与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定当前时刻t采样的电流数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将当前时刻t采样的电流数字量数据送至次级筛选队列暂存器；以及，用于计算当前时刻t采样的电压数字量数据与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定当前时刻t采样的电压数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将当前时刻t采样的电压数字量数据送至次级筛选队列暂存器；

次级筛选队列暂存器用于对未被初级筛选单元判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据进行延迟缓存；

次级筛选单元，用于从次级筛选队列暂存器中提取某一时刻t’采样的电流数字量数据和电压数字量数据，并且相对于该采样时刻t’延迟m个采样时刻以后，从采样量基准值计算单元获得在t’+m时刻的电流采样量基准值和电压采样量基准值，并且从波动基准值计算单元获得t’+m时刻的电流波动基准值和电压波动基准值；并且，该次级筛选单元用于计算时刻t’所采样的电流数字量数据与t’+m时刻的电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定时刻t’采样的电流数字量数据为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将时刻t’采样的电流数字量数据判定为无效；次级筛选单元还用于计算时刻t’采样的电压数字量数据与t’+m时刻的电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定时刻t’采样的电压数字量数据为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将时刻t’采样的电压数字量数据判定为无效；

有效数据输出单元，用于按照采样时刻顺序输出被判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据；而对于被判定为无效的数据，则在无效数据相应的采样时刻输出该时刻对应的电流采样量基准值和电压采样量基准值，作为该采样时刻的有效数据。

进一步优选的是，所述n的取值大于等于1000，且小于等于5000；所述m的取值范围为大于等于200且小于等于500。

优选的是，负载大数据提供模块具有联网数据传输功能，将其累积的负载历史数据定期上传的云端的服务器进行可随时调用的备份存储。

优选的是，负载有效变化模式确定模块包括：

实时负载值获取单元用于获得一预定时间段内各个采样时刻对应的实时负载值；

历史数据集调取单元，根据采样上述实时负载值时的环境参数数据以及上述实时负载值所处的等级区间，调取可用的负载历史数据集；

实时负载值截取单元用于以一大小动态可调的匹配窗口，从该预定时间段内的实时负载值当中提取一组采样时间连续的实时负载值；

负载模式比较单元，以相同大小的匹配窗口，针对负载历史数据集中的每一个负载历史数据段，从该段中采样时间最先的数据出发提取一组采样时间连续的负载历史数据；进而，将该匹配窗口每次移动一定的步长后，继续从该负载历史数据段中提取一组采样时间连续的负载历史数据，直至该匹配窗口移动至该负载历史数据段中采样时间最后的数据，从而为每一个负载历史数据段获得若干组负载历史数据；计算所提取的该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度；

负载变化预测单元，获得该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度，若其中至少一个差异度低于差异度阈值，则负载变化预测单元选取其中对应最小差异度的负载历史数据段，并且确定在该负载历史数据段当中对应该最小差异度的一组负载历史数据的位置，并且将该负载历史数据段当中位于该组负载历史数据之后的负载历史数据作为负载变化预测数据；

匹配窗口调整单元，在经计算该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度均大于差异度阈值的情况下，缩小该匹配窗口的长度；

变化模式预测单元，比较当前时刻实时负载值与所述负载变化预测数据，取得预测最大变化量、预测最小变化量或预测变化量的平均值，将其中之一作为用于后续计算的预测变化量。

优选的是，调容条件确定模块按以下方式为是否执行调容设定判断条件：在小容量状态下，当实时负载值高于当前设置的调容负载阈值，而且实时负载值与预测变化量相加后也高于调容负载阈值，则将实时负载值高于调容阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；同样，在大容量状态下，当实时负载值低于当前设置的调容负载阈值，而且实时负载值与预测变化量相加后也低于调容负载阈值，则将实时负载值低于调容阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件；在小容量状态下，当实时负载值高于当前设置的调容负载阈值，但实时负载值与预测变化量相加后不高于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的各实时负载值均高于调容负载阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；在大容量状态下，当实时负载值低于当前设置的调容负载阈值，但实时负载值与预测变化量相加后不低于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的各实时负载值均低于调容负载阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件。

优选的是，调容负载阈值调整模块根据当前时刻的实时负载值以及预测最大变化量、预测最小变化量以及预测变化量的平均值，分别计算调容负载阈值在各阈值点下的预测变压器损耗值，并且取其中使预测变压器损耗值最小的阈值点。

本发明进而提供了一种应用上述有载智能调容变压器的变电站，包括：上述有载智能调容变压器、运行监控中心、通信网络以及云数据中心。

可见，本发明的有载智能调容变压器对变压器低压侧检测的实时电压和电流数据采用两级验证机制，排除这些信号当中的异常抖动给调容切换带来的干扰；进而，以相同环境参数和负载档次之下的历史大数据作为比对分析之基础，通过基于动态窗口的匹配度验证机制，预测负载的有效变化模式，根据该有效变化模式为是否执行调容切换的判断设置不同的判断条件以及一动态的调容负载阈值，使该调容负载阈值达到实现变压器能效优化的合理取值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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例，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获得其他的附图。

图1是本发明提供的有载智能调容变压器总体结构示意图；

图2是有载智能调容变压器的自动检测控制部分结构示意图；

图3是数据有效性筛选模块的具体结构示意图；

图4是负载有效变化模式确定模块的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细阐述本发明所优选的具体实施方式。

图1是本发明提供的有载智能调容变压器总体结构示意图。该有载智能调容变压器总体上看包括：变压部分1、调容切换开关2、自动检测控制部分3。其中，变压部分包括高压侧绕组、低压侧绕组和铁芯。调容切换开关响应于自动检测控制部分下达的切换控制指令而切换高压侧绕组和低压侧绕组的连接方式。与现有技术中的有载调容变压器相同，其中高压侧绕组连接方式可通过调容切换开关进行进行星－角变换，低压侧绕组连接方式可进行串联－并联变换；即，在大容量档，高压侧绕组采用星型连接，且低压侧绕组采用串联连接；在小容量档，将高压侧绕组切换为三角型连接，并且将低压侧绕组的连接方式切换为并联。

图2是所述有载智能调容变压器的自动检测控制部分结构示意图。如图2所示，自动检测控制部分3具体包括：数据传感采集模块301、数据有效性筛选模块302、负载计算模块303、负载大数据提供模块304、负载有效变化模式确定模块305、调容条件确定模块306、调容负载阈值调整模块307、负载比较模块308以及调容切换指令模块309。

数据传感采集模块301通过电流互感器以及电压互感器实时地采集变压器低压侧输出的电流模拟量信号和电压模拟量信号，并且通过模数转换器将上述电流模拟量信号和电压模拟量信号转换为电流数字量数据和电压数字量数据。

数据有效性筛选模块302对由数据传感采集模块301输入的电流数字量数据和电压数字量数据进行有效性判断。受到***自身不稳定因素以及外部干扰影响，变压器低压侧所输出的电压和电流会经常产生短暂性的异常抖动；由于在异常抖动状态下采集的电流数字量数据和电压数字量数据不能代表变压器实时负载的真实状态，如果将异常抖动下的电流数字量数据和电压数字量数据应用于负载计算，则会对相应调容控制过程产生错误的引导。因此，通过数据有效性筛选模块302首先对任何时刻输入的电流数字量数据和电压数字量数据进行有效性的判断，将由异常抖动带来的无效数据从中筛除，仅保留有效的电流数字量数据和电压数字量数据，应用于后续的负载计算。

数据有效性筛选模块302的具体结构如图3所示，包括：数据堆栈队列暂存器302A、采样量基准值计算单元302B、波动基准值计算单元302C、初级筛选单元302D、次级筛选队列暂存器302E、次级筛选单元302F、有效数据输出单元302G。其中，数据堆栈队列暂存器302A具有固定的n个暂存位置，每个暂存位置可以暂存一个采样点的一组电流数字量数据和电压数字量数据，故而，可以暂存当前时刻t的电流数字量数据和电压数字量数据，以及t-1、t-2……t-(n-1)时刻的电流数字量数据和电压数字量数据；数据堆栈队列暂存器302A采用“先进先出”的方式更新所暂存的各时刻的电流数字量数据和电压数字量数据；为了保证有效性筛选的可靠性，n的取值应大于等于1000，且小于等于5000，即根据1000－5000个采样点的数值实现对当前采样点数据的有效性判断。采样量基准值计算单元302B，计算数据堆栈队列暂存器302A所暂存的n个电流数字量数据的平均值，以及其所暂存的n个电压数字量数据的平均值，将电流数字量平均值和电压数字量平均值分别作为有效性判断的电流采样量基准值和电压采样量基准值。波动基准值计算单元302C，计算数据堆栈队列暂存器302A所暂存的n个电流数字量数据的每一个与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电流波动基准值；以及计算数据堆栈队列暂存器302A所暂存的n个电压数字量数据的每一个与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电压波动基准值。初级筛选单元302D用于对当前时刻t采样的电流数字量数据和电压数字量数据进行有效性的初级筛选；该初级筛选单元302D计算当前时刻t采样的电流数字量数据与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定当前时刻t采样的电流数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将当前时刻t采样的电流数字量数据送至次级筛选队列暂存器302E；同样，初级筛选单元302D还计算当前时刻t采样的电压数字量数据与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定当前时刻t采样的电压数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将当前时刻t采样的电压数字量数据送至次级筛选队列暂存器302E。次级筛选队列暂存器302E用于对未被初级筛选单元302D判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据进行延迟缓存。次级筛选单元302F，用于从次级筛选队列暂存器302E中提取某一时刻t’采样的电流数字量数据和电压数字量数据，并且相对于该采样时刻t’延迟m个采样时刻以后，从采样量基准值计算单元302B获得在t’+m时刻的电流采样量基准值和电压采样量基准值，并且从波动基准值计算单元302C获得t’+m时刻的电流波动基准值和电压波动基准值；次级筛选单元302F计算时刻t’所采样的电流数字量数据与t’+m时刻的电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定时刻t’采样的电流数字量数据仍为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将时刻t’采样的电流数字量数据判定为无效；同样，次级筛选单元302F还计算时刻t’采样的电压数字量数据与t’+m时刻的电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定时刻t’采样的电压数字量数据仍为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将时刻t’采样的电压数字量数据判定为无效。最终，数据有效性筛选模块302通过有效数据输出单元302G按照采样时刻顺序输出被判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据；而对于被判定为无效的数据，则在无效数据相应的采样时刻输出该时刻对应的电流采样量基准值和电压采样量基准值，作为该采样时刻的有效数据从而替代原来的无效数据。其中，由于m的取值会对有效数据的输出时刻带来一定延迟，考虑到将有效性判定造成的延迟限制在合理范围，则m的取值范围为大于等于200且小于等于500。

负载计算模块303从数据有效性筛选模块302接收每一个采样时刻上被确定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据，并根据有效的数字量数据和电压数字量数据计算每个采样时刻上的实时负载值。

负载大数据提供模块304用于累积变压器在全部开机运行时段内采集并记录下来的所有采样时刻的负载数据，作为负载历史数据。随着变压器开机运行的时间不断延长，所累积的负载历史数据日益增加，从而为对负载有效变化模式的确定以及对调容负载阈值的调整提供了作为参考的大数据。为了缓解本地存储容量的不足，负载大数据提供模块304可具有联网数据传输功能，从而将其累积的负载历史数据定期上传的云端的服务器进行可随时调用的备份存储。负载大数据提供模块304对所累积的负载历史数据按照适当时间单位切分为数据段，例如，该模块将负载历史数据按照每1小时一段、每3小时一段、每8小时一段或者每24小时一段等时间单位，切分为各个负载历史数据段，并且根据环境参数和负载大小等级对各个数据段进行归并处理，以便生成若干个环境参数相关的负载历史数据集。不论城市还是乡村，变压器涉及的输电网负载与季节、温度、天气等环境因素关系非常密切，例如乡村农忙时节的负载会显著增加，又例如夏季晴朗天气下的高温会导致负载上升，而阴雨天气带来的温度下降也会减小负载；此外，随着经济的发展演进、产业构成的变化、城区的扩张、气候的长期演变等因素，输电网负载从历史上看也会发生逐渐变化，不会持续保持在同一个水平。因此，负载大数据提供模块304在记录负载历史数据时，也会记录相关联的季节、温度、天气等环境参数数据。进而，负载大数据提供模块304划分若干个负载大小等级的区间，将记录与切分的各个负载历史数据段按照其数值大小归入相对应的等级区间；并且对于归入同一个等级区间的负载历史数据段来说，将其中环境参数数据的差异程度在预定范围之内的负载历史数据段加入同一个与环境参数相关的负载历史数据集。

负载有效变化模式确定模块305的结构如图4所示，其中，实时负载值获取单元305A从负载计算模块303获得一预定时间段内各个采样时刻对应的实时负载值，例如，获得最近1小时内各个采样时刻的实时负载值。并且，历史数据集调取单元305B向负载大数据提供模块304调取可用的负载历史数据集，从而获得该负载历史数据集中包括的各个负载历史数据段；历史数据集调取单元305B根据采样上述实时负载值时的环境参数数据，以及上述实时负载值所处的等级区间，调取与该环境参数和等级区间相对应历史数据集。实时负载值截取单元305C以一大小动态可调的匹配窗口，从该预定时间段内的实时负载值当中提取一组采样时间连续的实时负载值。负载模式比较单元305D以相同大小的匹配窗口，针对负载历史数据集中的每一个负载历史数据段，从该段中采样时间最先的数据出发提取一组采样时间连续的负载历史数据；进而，将该匹配窗口每次移动一定的步长后—例如每次移动5个采样点，继续从该负载历史数据段中提取一组采样时间连续的负载历史数据，直至该匹配窗口移动至该负载历史数据段中采样时间最后的数据，从而为每一个负载历史数据段获得若干组负载历史数据；负载模式比较单元305D计算所提取的该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度，可以按照采样时刻的先后顺序，计算该组实时负载值与某一组负载历史数据的差值的绝对值的和作为差异度；例如，该组实时负载值按照采样时间先后顺序依次包括x1,x2,x3,…x(n-1),x(n)，而某一组负载历史数据按照采样时间先后顺序依次包括y1,y2,y3,…y(n-1),y(n)，则实时负载值与该组负载历史数据差异度可表示为

｜x1-y1|+|x2-y2|+|x3-y3|…+|x(n-1)-y(n-1)|+|x(n)-y(n)|；负载变化预测单元305E获得该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度，若其中至少一个差异度低于差异度阈值，则负载变化预测单元305E选取其中对应最小差异度的负载历史数据段，并且确定在该负载历史数据段当中对应该最小差异度的一组负载历史数据的位置，并且将该负载历史数据段当中位于该组负载历史数据之后的负载历史数据作为负载变化预测数据。相反，如果经计算该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度均大于差异度阈值，则匹配窗口调整单元305F缩小该匹配窗口的长度；然后重新进行上述运算；因而，在最初计算时，可以使该匹配窗口覆盖整个预定时间段内全部的实时负载值；如果这样获得的差异度均大于差异度阈值，则按照预定的缩小量缩小该匹配窗口的长度，优选可截去预定时间段起始阶段的一部分实时负载值。变化模式预测单元305G从负载变化预测单元305E获得所确定的负载变化预测数据，进而比较当前时刻实时负载值与所述负载变化预测数据，预测负载值的变化；具体来说，变化模式预测单元305G可计算负载变化预测数据相对于当前时刻实时负载值的预测最大变化量、预测最小变化量；例如，当前时刻实时负载值为x(n)，所确定的负载变化预测数据为y1,y2,y3,…y(m-1),y(m),则分别计算y1,y2,y3,…y(m-1),y(m)相对于x(n)的变化量，从中取得预测最大变化量Δmax、预测最小变化量Δmin或预测变化量的平均值，将其中之一作为用于后续计算的预测变化量Δ。

调容条件确定模块306，根据当前时刻的实时负载值x(n)以及预测变化量Δ，为是否执行调容设定判断条件；具体来说，在小容量状态下，当实时负载值x(n)高于当前设置的调容负载阈值，而且x(n)+Δ也高于调容负载阈值，则将实时负载值x(n)高于调容阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；同样，在大容量状态下，当实时负载值x(n)低于当前设置的调容负载阈值，而且x(n)+Δ也低于调容负载阈值，则将实时负载值x(n)低于调容阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件；另一种情况下，在小容量状态下，当实时负载值x(n)高于当前设置的调容负载阈值，但x(n)+Δ不高于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的实时负载值x(n)均高于调容负载阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；同样，在大容量状态下，当实时负载值x(n)低于当前设置的调容负载阈值，但x(n)+Δ不低于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的实时负载值x(n)均低于调容负载阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件。

本发明的调容负载阈值采用可在预定阈值变化范围内的若干阈值点实时切换的动态阈值，为此，调容负载阈值调整模块307根据当前时刻的实时负载值x(n)以及预测最大变化量Δmax、预测最小变化量Δmin以及预测变化量的平均值，分别计算调容负载阈值在各阈值点下的预测变压器损耗值，并且取其中使预测变压器损耗值最小的阈值点，并且调容负载阈值调整模块307按照该阈值点设定调容负载阈值。

负载比较模块308获得每个时刻的实时负载值，将该实时负载值与动态设定的调容负载阈值进行比较，从而判断是否满足调容条件确定模块306所确定的判断条件；调容切换指令模块309在判断条件符合的情况下向调容切换开关2下达相应的调容切换指令。

可见，本发明的有载智能调容变压器对变压器低压侧检测的实时电压和电流数据采用两级验证机制，排除这些信号当中的异常抖动给调容切换带来的干扰；进而，以相同环境参数和负载档次之下的历史大数据作为比对分析之基础，通过基于动态窗口的匹配度验证机制，预测负载的有效变化模式，根据该有效变化模式为是否执行调容切换的判断设置不同的判断条件以及一动态的调容负载阈值，使该调容负载阈值达到实现变压器能效优化的合理取值。

本发明进而提供了一种应用上述有载智能调容变压器的变电站，包括：上述有载智能调容变压器、运行监控中心、通信网络以及云数据中心。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种有载智能调容变压器，包括：变压部分、调容切换开关、自动检测控制部分；其中，所述变压部分包括高压侧绕组、低压侧绕组和铁芯；所述调容切换开关响应于自动检测控制部分下达的切换控制指令而切换所述高压侧绕组和低压侧绕组的连接方式；其特征在于：

所述自动检测控制部分包括：

数据传感采集模块，用于实时地采集变压器低压侧输出的电流模拟量信号和电压模拟量信号，并且通过模数转换器将上述电流模拟量信号和电压模拟量信号转换为电流数字量数据和电压数字量数据；

数据有效性筛选模块，用于对由数据传感采集模块输入的电流数字量数据和电压数字量数据进行有效性判断，将由异常抖动带来的无效数据从中筛除，保留有效的电流数字量数据和电压数字量数据应用于后续的负载计算；

负载计算模块，用于根据有效的数字量数据和电压数字量数据计算每个采样时刻上的实时负载值；

负载大数据提供模块，用于累积变压器在全部开机运行时段内采集并记录下来的所有采样时刻的负载数据，作为负载历史数据；将负载历史数据按照时间为单位切分为各个负载历史数据段，并且根据环境参数和负载大小等级对各个负载历史数据段进行归并处理，以便生成若干个环境参数相关的负载历史数据集；

负载有效变化模式确定模块，用于将一预定时间段内各个采样时刻对应的实时负载值与负载历史数据集中的每一个负载历史数据段进行相互匹配比对，将经匹配比对与所述实时负载值差异度最小的负载历史数据段中包含的负载历史数据作为负载变化预测数据，根据当前时刻的实时负载值与负载变化预测数据，预测负载值的变化从而计算预测变化量；

调容条件确定模块，用于根据当前时刻的实时负载值以及所述预测变化量，为是否执行调容设定判断条件；

调容负载阈值调整模块，用于在预定阈值变化范围内设定若干阈值点，并根据当前时刻的实时负载值以及所述预测变化量，计算调容负载阈值在各阈值点下的预测变压器损耗值，取其中使预测变压器损耗值最小的阈值点，将该阈值点设定为调容负载阈值；

负载比较模块，用于获得每个时刻的实时负载值，将该实时负载值与被调容负载阈值调整模块动态设定的调容负载阈值进行比较，判断是否满足调容条件确定模块所设定的调容条件；

调容切换指令模块，在所述负载比较模块判断条件符合的情况下，向调容切换开关下达相应的调容切换指令。

2.根据权利要求1所述的有载智能调容变压器，其特征在于，所述数据有效性筛选模块包括：数据堆栈队列暂存器、采样量基准值计算单元、波动基准值计算单元、初级筛选单元、次级筛选队列暂存器、次级筛选单元、有效数据输出单元；其中，

数据堆栈队列暂存器具有固定的n个暂存位置，暂存当前时刻t的电流数字量数据和电压数字量数据，以及t-1、t-2……t-(n-1)时刻的电流数字量数据和电压数字量数据；

采样量基准值计算单元用于计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电流数字量数据的平均值以及其所暂存的n个电压数字量数据的平均值，将电流数字量平均值和电压数字量平均值分别作为有效性判断的电流采样量基准值和电压采样量基准值；

波动基准值计算单元用于计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电流数字量数据的每一个与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电流波动基准值；以及计算数据堆栈队列暂存器所暂存的n个电压数字量数据的每一个与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并且对n个绝对值取其平均值作为电压波动基准值；

初级筛选单元用于计算当前时刻t采样的电流数字量数据与所述电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定当前时刻t采样的电流数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将当前时刻t采样的电流数字量数据送至次级筛选队列暂存器；以及，用于计算当前时刻t采样的电压数字量数据与所述电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与所述电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定当前时刻t采样的电压数字量数据有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将当前时刻t采样的电压数字量数据送至次级筛选队列暂存器；

次级筛选队列暂存器用于对未被初级筛选单元判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据进行延迟缓存；

次级筛选单元，用于从次级筛选队列暂存器中提取某一时刻t’采样的电流数字量数据和电压数字量数据，并且相对于该采样时刻t’延迟m个采样时刻以后，从采样量基准值计算单元获得在t’+m时刻的电流采样量基准值和电压采样量基准值，并且从波动基准值计算单元获得t’+m时刻的电流波动基准值和电压波动基准值；并且，该次级筛选单元用于计算时刻t’所采样的电流数字量数据与t’+m时刻的电流采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流采样量基准值之间的比例是否大于第一阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电流波动基准值之间的比例是否大于第二阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第一阈值和第二阈值，则判定时刻t’采样的电流数字量数据为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第一阈值和第二阈值，则将时刻t’采样的电流数字量数据判定为无效；次级筛选单元还用于计算时刻t’采样的电压数字量数据与t’+m时刻的电压采样量基准值之间差值的绝对值，并判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压采样量基准值之间的比例是否大于第三阈值，并且判断该差值的绝对值与t’+m时刻的电压波动基准值之间的比例是否大于第四阈值；如果该差值的绝对值未同时大于所述第三阈值和第四阈值，则判定时刻t’采样的电压数字量数据为有效；相反，如果该差值的绝对值同时大于所述第三阈值和第四阈值，则将时刻t’采样的电压数字量数据判定为无效；

有效数据输出单元，用于按照采样时刻顺序输出被判定为有效的电流数字量数据和电压数字量数据；而对于被判定为无效的数据，则在无效数据相应的采样时刻输出该时刻对应的电流采样量基准值和电压采样量基准值，作为该采样时刻的有效数据。

3.根据权利要求2所述的有载智能调容变压器，其特征在于，所述n的取值大于等于1000，且小于等于5000；所述m的取值范围为大于等于200且小于等于500。

4.根据权利要求1所述的有载智能调容变压器，其特征在于，负载大数据提供模块具有联网数据传输功能，将其累积的负载历史数据定期上传的云端的服务器进行可随时调用的备份存储。

5.根据权利要求1所述的有载智能调容变压器，其特征在于，负载有效变化模式确定模块包括：

实时负载值获取单元用于获得一预定时间段内各个采样时刻对应的实时负载值；

历史数据集调取单元，根据采样上述实时负载值时的环境参数数据以及上述实时负载值所处的等级区间，调取可用的负载历史数据集；

实时负载值截取单元用于以一大小动态可调的匹配窗口，从该预定时间段内的实时负载值当中提取一组采样时间连续的实时负载值；

负载模式比较单元，以相同大小的匹配窗口，针对负载历史数据集中的每一个负载历史数据段，从该段中采样时间最先的数据出发提取一组采样时间连续的负载历史数据；进而，将该匹配窗口每次移动一定的步长后，继续从该负载历史数据段中提取一组采样时间连续的负载历史数据，直至该匹配窗口移动至该负载历史数据段中采样时间最后的数据，从而为每一个负载历史数据段获得若干组负载历史数据；计算所提取的该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度；

负载变化预测单元，获得该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度，若其中至少一个差异度低于差异度阈值，则负载变化预测单元选取其中对应最小差异度的负载历史数据段，并且确定在该负载历史数据段当中对应该最小差异度的一组负载历史数据的位置，并且将该负载历史数据段当中位于该组负载历史数据之后的负载历史数据作为负载变化预测数据；

匹配窗口调整单元，在经计算该组实时负载值与每一个负载历史数据段的各组负载历史数据的差异度均大于差异度阈值的情况下，缩小该匹配窗口的长度；

变化模式预测单元，比较当前时刻实时负载值与所述负载变化预测数据，取得预测最大变化量、预测最小变化量或预测变化量的平均值，将其中之一作为用于后续计算的预测变化量。

6.根据权利要求1所述的有载智能调容变压器，其特征在于，调容条件确定模块按以下方式为是否执行调容设定判断条件：在小容量状态下，当实时负载值高于当前设置的调容负载阈值，而且实时负载值与预测变化量相加后也高于调容负载阈值，则将实时负载值高于调容阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；同样，在大容量状态下，当实时负载值低于当前设置的调容负载阈值，而且实时负载值与预测变化量相加后也低于调容负载阈值，则将实时负载值低于调容阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件；在小容量状态下，当实时负载值高于当前设置的调容负载阈值，但实时负载值与预测变化量相加后不高于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的各实时负载值均高于调容负载阈值作为执行由小容量档到大容量档的调容切换的判断条件；在大容量状态下，当实时负载值低于当前设置的调容负载阈值，但实时负载值与预测变化量相加后不低于调容负载阈值，则将自当前时刻起一定延迟时间之内的各实时负载值均低于调容负载阈值作为执行由大容量档到小容量档的调容切换的判断条件。

7.根据权利要求1所述的有载智能调容变压器，其特征在于，调容负载阈值调整模块根据当前时刻的实时负载值以及预测最大变化量、预测最小变化量以及预测变化量的平均值，分别计算调容负载阈值在各阈值点下的预测变压器损耗值，并且取其中使预测变压器损耗值最小的阈值点。

8.一种应用上述权利要求中任意一项所述的有载智能调容变压器的变电站，包括：上述权利要求中任意一项所述的有载智能调容变压器、运行监控中心、通信网络以及云数据中心。