CN112068064A - 一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法 - Google Patents

Abstract

一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，包括以下步骤：采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号，获得两组三相电压互感器采集的数据矩阵X₁、X₂，运行的两组三相电压互感器为同一电压等级，且运行的两组三相电压互感器的三相信号为同相序三相电压等比例变化信号；对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X；利用差值数据X开展优化主元分析计算，得到效应量的加权离均差平方和Q的统计量；利用Q统计量判定运行三相电压互感器的异常；本申请将原有对运行中电压互感器误差计算差异从千分位提高到万分位，准确度提升一个数量级。

Description

一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法

技术领域

本发明涉及电压互感器误差计算领域，特别是一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法。

背景技术

电力***的稳定运行与安全可靠发展是重点民生问题。统计数据显示，2012年全国电力消费总量达49726.64亿千瓦小时，2015年全国电力消费总量达58019.91亿千瓦小时，涨幅达16.67％，为社会的全面发展做出了举足轻重的作用。在电力***迅速发展的同时，用户对电网的运行可靠性提出了越来越高的要求；作为电力***中关键的信号提供设备，互感器的作用是实现一次侧高压部分与二次设备可靠的电气隔离，并在保证二次设备和用电安全的情况下实现一次电压、电流的准确测量，以便提供电能计量、状态监控和继电保护的可靠依据，保证电力***的安全、稳定和经济运行；然而，长期运行发现互感器在长期运行中受到外界和内在双重不稳定因素影响，在实际运行过程中会出现超差现象，特别是电容式电压互感器(CVT)。根据多年的现场运行经验，110kV及以上电压等级的互感器中，CVT的故障率约为电磁式电压互感器的五倍，是电磁式电流互感器的10倍；因此，需要对运行中电压互感器的准确性开展评估分析。

发明内容

本发明的目的就是提供一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，他可以用于电压互感器误差的计算。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

1)采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号，获得两组三相电压互感器采集的数据矩阵X₁、X₂，运行的两组三相电压互感器为同一电压等级，且运行的两组三相电压互感器的三相信号为同相序三相电压等比例变化信号；

2)对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X；

3)利用差值数据X开展优化主元分析计算，得到效应量的加权离均差平方和Q的统计量；

4)利用Q统计量判定三相电压互感器的运行状态。

进一步，步骤1)中所述运行三相电压互感器为同一电压等级的具体条件是：三相电压互感器一次电压等级范围为35～1000kV，准确度等级为0.2级或0.5级；

步骤1)中所述同相序三相电压等比例变化的具体条件是：多组三相电压互感器的A相电压、B相电压和C相电压，各自等比例变化；

步骤1)中所述采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号为模拟信号采样，具体方法为：采用模拟采样电路板实现采样，高速采集频率大于等于12.8kHz，两组三相电压互感器的数据矩阵X₁、X₂；其中：

其中：

为第一组中A相电压互感器；

为第一组中B相电压互感器；

为第一组中C相电压互感器；

为第二组中A相电压互感器；

为第二组中B相电压互感器；

为第二组中C相电压互感器；n为采集的样本数。

进一步，对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X的具体方法为：

差值数据X计算为：

X＝X₁-X₂ (1)。

进一步，步骤3)中利用差值数据X开展优化主元分析计算的具体步骤如下：

3-1)将差值数据矩阵X进行分解：

式中，

为差值数据矩阵X的主元子空间模型，E＝T_eP_e ^T为数据矩阵X的残差子空间模型。T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

3-2)对差值数据矩阵X的协方差矩阵进行奇异值分解，得到载荷矩阵P和P_e：

R＝X^TX/(N-1)＝[PP_e]Λ[PP_e]^T (3)

式中，Λ＝diag(λ₁，λ₂，...λ_m)，λ₁≥λ₂≥...≥λ_m为协方差矩阵R的特征值，[PP_e]为对应的特征向量组成的负荷向量；

3-3)计算统计量Q统计量:

Q＝(XP_eP_e ^T)(XP_eP_e ^T)^T＝XP_eP_e ^TX^T (4)

Q统计量为效应量的加权离均差平方和，即加权平方和；Q统计量反映总离散度；

3-4)计算显著性水平α的Q统计量控制阀值Q_C。

进一步，步骤4)中利用Q统计量判定三相电压互感器运行状态的具体方法如下：

若Q≤Q_C，则判定三相电压互感无测量误差异常；

若Q>Q_C，则判定三相电压互感中有互感器的测量误差异常。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本专利利用电源等比例变化时电压互感器的背景影响量相同原理，设计了一种扣除背景影响量的运行电压互感器误差计算方法，将原有对运行中电压互感器误差计算差异从千分位提高到万分位，准确度提升一个数量级；

2、本专利将同电压等级同相序的两组或多组电压幅值相减，再进行优化的主元分析，这种利用同电压同相序电压之间的差值开展优化主元分析计算，不仅对电压互感器有效，对计算运行中电流互感器同样有效；

3、本专利对硬件要求优于0.05级，本专利设计的软件算法优于0.01级，被监测的电压互感器计量绕组为0.2级，硬件搭载软件后高于被监测电压互感器2个准确度等级，分析数据的不确定度不影响计算出的被监测电压互感器误差；

4、本专利安装在在变电站控制室内电压互感器误差特性在线监测***内，实现对运行中电压互感器误差的实时分析计算，本算法对智能处理器要求较低，普通的FPGA即可搭载本算法，可实现对电压互感器运行误差的边缘计算。

5、本专利采用数据并行分析原理，将传统的线性主元分析计算需要采集一个月的运行电压互感器数据量作为分析数据库支撑量缩短到一周数据可支撑开展误差分析，大幅提高计算效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的流程图。

图2为本发明实验一中三相电压采集数据的统计图。

图3为本发明实验一中三相电压Q统计值的统计图。

图4为本发明实验二中A相电压采集数据部分数据减少了0.2％的统计图。

图5为本发明实验二中三相电压Q统计值的统计图。

图6为本发明实验三中Ⅰ母和Ⅱ母的A相电压波形幅值采集数据的统计图。

图7为本发明实验三中A相电压Q统计值的统计图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，如图1所示，具体步骤如下：

1)采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号，获得两组三相电压互感器采集的数据矩阵X₁、X₂，运行的两组三相电压互感器为同一电压等级，且运行的两组三相电压互感器的三相信号为同相序三相电压等比例变化信号；

2)对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X；

3)利用差值数据X开展优化主元分析计算，得到效应量的加权离均差平方和Q的统计量；

4)利用Q统计量判定三相电压互感器的运行状态。

步骤1)中所述运行三相电压互感器为同一电压等级的具体条件是：三相电压互感器一次电压等级范围为35～1000kV，准确度等级为0.2级或0.5级；

步骤1)中所述同相序三相电压等比例变化的具体条件是：多组三相电压互感器的A相电压、B相电压和C相电压，各自等比例变化；

步骤1)中所述采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号为模拟信号采样，具体方法为：采用模拟采样电路板实现采样，高速采集频率大于等于12.8kHz，两组三相电压互感器的数据矩阵X₁、X₂；其中：

其中：

为第一组中A相电压互感器；

为第一组中B相电压互感器；

为第一组中C相电压互感器；

为第二组中A相电压互感器；

为第二组中B相电压互感器；

为第二组中C相电压互感器；n为采集的样本数。

步骤2)中对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X的具体方法为：

差值数据X计算为：

X＝X₁-X₂ (1)。

步骤3)中利用差值数据X开展优化主元分析计算的具体步骤如下：

3-1)将差值数据矩阵X进行分解：

式中，

为差值数据矩阵X的主元子空间模型，E＝T_eP_e ^T为数据矩阵X的残差子空间模型。T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

3-2)对差值数据矩阵X的协方差矩阵进行奇异值分解，得到载荷矩阵P和P_e：

R＝X^TX/(N-1)＝[PP_e]Λ[PP_e]^T (3)

式中，Λ＝diag(λ₁，λ₂，...λ_m)，λ₁≥λ₂≥...≥λ_m为协方差矩阵R的特征值，[PP_e]为对应的特征向量组成的负荷向量；

3-3)计算统计量Q统计量:

Q＝(XP_eP_e ^T)(XP_eP_e ^T)^T＝XP_eP_e ^TX^T (4)

Q统计量为效应量的加权离均差平方和，即加权平方和；Q统计量反映总离散度；

3-4)计算显著性水平α的Q统计量控制阀值Q_C。

步骤4)中利用Q统计量判定三相电压互感器运行状态的具体方法如下：

若Q≤Q_C，则判定三相电压互感无测量误差异常；

若Q>Q_C，则判定三相电压互感中有互感器的测量误差异常。

实验一：

采集某220kV变电站线路Ⅰ母三相运行中三相电压互感器采集的电压数据片段，如图2所示，通过主元分析法求得三相电压的主元分析Q值，如图3所示；可见，传统的主元分析表示的是三相输出电压的综合变化情况。

实验二：

采集某220kV变电站线路Ⅰ母三相运行中三相电压互感器采集的电压数据片段，将A相电压采集数据的部分数据减少0.2％，如图4所示，通过主元分析得到的Q统计量，如图5所示；由图5可知，部分Q值下降，可知若某相电压互感器的电源出现异动后会影响Q值计算的准确度，这就是背景误差产生的计算偏差，同时证明传统的主元分析的准确性依赖于电源的稳定。

实验三：

某220kV变电站的Ⅰ母和Ⅱ母并联运行，及存在两组电压互感器来自于同一个电压等级，获取Ⅰ母A相和Ⅱ母A相的电压互感器计量绕组输出电压信号，如图6所示，将两组电压值标记为M1和M2，采用扣除背景影响量的优化主元分析得到M1和M2的Q统计量，如图7所示，比较实验一中的图3和实验三中的图7可知，传统主元分析的Q值变化范围在-0.015～+0.035，变化在千分位，优化后的主元分析Q值变化范围在-0.0023～+0.007，变化在万分位。之后再对Q值按原来的主元分析方式求解电压互感器的运行误差值，证明了本专利对于运行误差计算准确度上有较大提升。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号，获得两组三相电压互感器采集的数据矩阵X₁、X₂，运行的两组三相电压互感器为同一电压等级，且运行的两组三相电压互感器的三相信号为同相序三相电压等比例变化信号；

2)对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X；

3)利用差值数据X开展优化主元分析计算，得到效应量的加权离均差平方和Q的统计量；

4)利用Q统计量判定三相电压互感器的运行状态。

2.如权利要求1所述的扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，其特征在于，

步骤1)中所述运行三相电压互感器为同一电压等级的具体条件是：三相电压互感器一次电压等级范围为35～1000kV，准确度等级为0.2级或0.5级；

步骤1)中所述同相序三相电压等比例变化的具体条件是：多组三相电压互感器的A相电压、B相电压和C相电压，各自等比例变化；

步骤1)中所述采集两组运行三相电压互感器的计量绕组三相信号为模拟信号采样，具体方法为：采用模拟采样电路板实现采样，高速采集频率大于等于12.8kHz，两组三相电压互感器的数据矩阵X₁、X₂；其中：

其中：

为第一组中A相电压互感器；

为第一组中B相电压互感器；

为第一组中C相电压互感器；

为第二组中A相电压互感器；

为第二组中B相电压互感器；

为第二组中C相电压互感器；n为采集的样本数。

3.如权利要求1所述的扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，其特征在于，对采集到的两组三相信号数据矩阵X₁、X₂进行数据处理，将处理后的两组三相电压相减得到差值数据X的具体方法为：

差值数据X计算为：

X＝X₁-X₂ (1)。

4.如权利要求1所述的扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，其特征在于，步骤3)中利用差值数据X开展优化主元分析计算的具体步骤如下：

3-1)将差值数据矩阵X进行分解：

式中，

为差值数据矩阵X的主元子空间模型，E＝T_eP_e ^T为数据矩阵X的残差子空间模型；T为主元得分矩阵，P为主元载荷矩阵，T_e为残差得分矩阵，P_e为残差载荷矩阵；

3-2)对差值数据矩阵X的协方差矩阵进行奇异值分解，得到载荷矩阵P和P_e：

R＝X^TX/(N-1)＝[PP_e]Λ[PP_e]^T (3)

式中，Λ＝diag(λ₁，λ₂，...λ_m)，λ₁≥λ₂≥...≥λ_m为协方差矩阵R的特征值，[PP_e]为对应的特征向量组成的负荷向量；

3-3)计算统计量Q统计量:

Q统计量为效应量的加权离均差平方和，即加权平方和；Q统计量反映总离散度；

3-4)计算显著性水平α的Q统计量控制阀值Q_C。

5.如权利要求1所述的扣除背景影响量的运行三相电压互感器误差计算方法，其特征在于，步骤4)中利用Q统计量判定三相电压互感器运行状态的具体方法如下：

若Q≤Q_C，则判定三相电压互感测量误差正常；

若Q>Q_C，则判定三相电压互感中有互感器的测量误差异常。

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