CN114740418A - 一种电容式电压互感器误差在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力技术领域的一种电容式电压互感器误差在线检测方法，采集投运后正常运行状态时三相电容式电压互感器的二次输出信号，构建标准幅值数据矩阵X；基于自适应盲源分离算法对标准幅值数据矩阵X处理，计算获得三相电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα；采集运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，构建对应的原始幅值数据矩阵，基于自适应盲源分离算法计算获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q；判断统计量Q与统计量阈值Q_cα的大小。本发明能够不断地更新模型数据，进行长时有效精准电容式电压互感器状态评估。

Description

一种电容式电压互感器误差在线检测方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体是一种电容式电压互感器误差在线检测方法。

背景技术

电容式电压互感器已经广泛应用于110KV及以上的高压电网中，作为表计，继电保护的一种设备，其误差及可靠性关系到电力***的安全运行。电容式电压互感器与传统电磁式电压互感器相比具有体积小，重量轻，能够避免由于铁心饱和引起的电网谐振现象等优点。但同时，由于其增加了电容分压器，补偿电抗器等部件，计量准确度会受到更多因素的影响。对于电容式电压互感器的误差监测，现有的方法一般是采用定期离线检测。由于检定周期比较长，一般是4年，因此会出现误差超差的现象，危害电力***的运行。除此之外，高压电网中停电操作困难，会对变电站的持续运行造成加大的影响。为了及时准确检测出在运电容式电压互感器误差，需要提出一种脱离标准器的误差在线监测方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种电容式电压互感器误差在线监测方法，能够在脱离标准器的情况下实现电容式电压互感器误差的在线监测。本发明仅仅根据电容式电压互感器输出幅值数据，对采集数据矩阵进行相关性分析，通过比较统计量值与统计量阈值的大小进行电容式电压互感器状态在线评估。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电容式电压互感器误差在线检测方法，方法如下：

采集投运后正常运行状态时三相电容式电压互感器的二次输出信号，构建标准幅值数据矩阵X；

基于自适应盲源分离算法对标准幅值数据矩阵X处理，计算获得三相电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα；

采集运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，构建对应的原始幅值数据矩阵，基于自适应盲源分离算法计算获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q；

判断统计量Q与统计量阈值Q_cα的大小：

若Q≤Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器正常运行；

若Q>Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器的计量误差处于异常状态。

在一些实施例中，标准幅值数据矩阵X表示为：

其中，n表示对三相电容式电压互感器参数的测量次数，x_i1表示A相电容式电压互感器的幅值数据，x_i2表示B相电容式电压互感器的幅值数据，x_i3表示C相电容式电压互感器的幅值数据，1≤i≤n。

在一些实施例中，三相电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα的计算步骤如下：

步骤1：对标准幅值数据矩阵X零均值处理后得到的矩阵X₀；

步骤2：对矩阵X₀进行白化处理得到白化矩阵W：

W＝D^-1/2U^T

其中D表示对角矩阵，U表示各列的特征向量，为正交矩阵；

步骤3：获得混合信号中的观测信号向量X₀(t)，X₀(t)＝As(t)，其中，s(t)是源信号向量，A是由各系数组成的混合矩阵；

令

则Z＝WX₀(t)＝WAs(t)＝U^Ts(t)；

其中

表示源信号的估计值，Z表示矩阵X₀白化后得到的矩阵，且E{ZZ^T}＝I；B表示分离矩阵；

步骤4：通过更新公式实时更新分离矩阵B，更新公式表示为：

其中，g()是非二次函数G的导数，λ_t表示正的自适应补偿系数；

步骤5：计算健康运行状态下统计量Q_c，计算公式为：

Q_c＝s_ec ^Ts_ec

s_ec表示正常运行状态下混合矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列；

步骤6：根据正常运行状态下三相电容式电压互感器幅值数据，在显著性水平为α时，利用内核密度法计算统计量Q_c的控制限为：

Q_cα＝F^-1(1-α)

其中，

是概率密度分布函数表达式，Q_cα为显著性水平为α时统计量Q_c控制限。

在一些实施例中，步骤2具体包括：

计算矩阵X₀的协方差矩阵R：R＝E{x₀(t)x′₀(t)^T}；

对协方差矩阵R的特征值进行分解获得特征向量：R＝UDU^T；

根据白化公式得到白化矩阵W：W＝D^-1/2U^T。

在一些实施例中，方法还包括代入运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，重复步骤1～5，获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q，步骤5中，Q＝s_e ^Ts_e，s_e表示运行状态下矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列。

有益效果：本发明根据电网运行过程中的时不变的物理关系建立新的比对标准量，电容式电压互感器三相输出具有相关性，基于自适应盲源分离将计量误差与一次电网波动分离，将计量误差信息量化，建立新的检测标准量。通过与正常运行状态下计量误差量化后的数值相比较判断电容式电压互感器运行状态。并且，本发明能够根据获得数据不断地更新模型数据，进行长时有效精准电容式电压互感器状态评估，解决了现有技术中其他在线检测方法只能进行短时的电容式电压互感器状态评估的问题。

附图说明

图1为本发明的在线监测流程图；

图2为本发明三相电容式电压互感器误差状态评估流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种电容式电压互感器误差在线检测方法，如图1-2所示，方法如下：

采集投运后正常运行状态时三相电容式电压互感器的二次输出信号，构建标准幅值数据矩阵X；标准幅值数据矩阵X表示为：

其中，n表示对三相电容式电压互感器参数的测量次数，x_i1表示A相电容式电压互感器的幅值数据，x_i2表示B相电容式电压互感器的幅值数据，x_i3表示C相电容式电压互感器的幅值数据，1≤i≤n。

基于自适应盲源分离算法对标准幅值数据矩阵X处理，计算得到正常运行状态下三项电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα；具体地，包括以下步骤：

步骤1：对标准幅值数据矩阵X零均值处理后得到的矩阵X₀，也即把每一个标准幅值数据减去这一批数据的均质，得到零均值数据，自适应盲源分离适用于零均值信号。

步骤2：正常运行状态喜爱电容式电压互感器的输出数据具有相关性，通过对矩阵X₀进行白化处理，可以消除数据之间的二阶统计相关性，简化后续的计算，提升算法性能：

白化处理的过程是通过线性变换去除相关性的操作，可以设矩阵X₀的协方差矩阵R为：

R＝E{x₀(t)x′₀(t)^T}；

对协方差矩阵R的特征值进行分解获得特征向量：R＝UDU^T；

其中D表示对角矩阵，U表示D各列的特征向量，为正交矩阵。

根据白化公式得到白化矩阵W：W＝D^-1/2U^T。

步骤3：从一次电网波动中分离计量误差信息，从而将计量误差信息量化。

获得混合信号中的观测信号向量X₀(t)，X₀(t)＝As(t)，其中，s(t)是源信号向量，A是由各系数组成的混合矩阵；X₀(t)中各源信号独立。

令

表示源信号的估计值。

则Z＝WX₀(t)＝WAs(t)＝U^Ts(t)；

其中Z表示对矩阵X₀白化后得到的矩阵，且E{ZZ^T}＝I；

步骤4：通过更新公式实时更新分离矩阵B，在自适应盲源分离算法中，白化矩阵和正交化矩阵实时更新，因此分离矩阵B是由两者结合获得。在电容式电压互感器不断电运行的情况，通过不断采集更新计量误差信息数据，可以持续评估监测电容式电压互感器的在线状态。

白化矩阵的更新公式为：

W_t+1＝W_t-λ_t[ZZ^T-I]W_t

其中，λ_t是一个正的自适应补偿系数。

正交矩阵的更新公式为：

其中，

可以定义为：

其中，f是任意的可导函数。由B_t+1＝U_t+1W_t+1,可得分离矩阵的更新公式：

为了减少异常数据对程序稳定的影响，同时不改变程序的基本性质，将分离矩阵更新公式规范化：

其中，g()是一个非二次函数G的导数。

步骤5：建立新的检测标准量，计算健康运行状态下统计量Q_c，计算公式为：

Q_c＝s_ec ^Ts_ec

s_ec表示正常运行状态下混合矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列；

步骤6：根据正常运行状态下三相电容式电压互感器幅值数据，在显著性水平为α时，利用内核密度法计算统计量Q_c的控制限为：

Q_cα＝F^-1(1-α)

其中，

是概率密度分布函数表达式，Q_cα为显著性水平为α时统计量Q_c控制限。

采集运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，得到对应的原始幅值数据矩阵，代入运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，重复步骤1～5，获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q，步骤5中，Q＝s_e ^Ts_e，s_e表示运行状态下矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列。

最后，判断统计量Q与统计量阈值Q_cα的大小：

若Q<Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器正常运行；

若Q>Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器的计量误差处于异常状态。

本发明采用的自适应盲源分离自适应的更新模型数据，提高了可评估的幅值变化精度，能够长期有效进行电容式电压互感器状态在线评估，方便及时进行电容式电压器的运维与检修工作。本发明可有效地避免人力，物力，财力的损失，对于保证电力***安全经济运行具有重大意义。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种电容式电压互感器误差在线检测方法，其特征在于，方法如下：

采集投运后正常运行状态时三相电容式电压互感器的二次输出信号，构建标准幅值数据矩阵X；

基于自适应盲源分离算法对标准幅值数据矩阵X处理，计算获得三相电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα；

采集运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，构建对应的原始幅值数据矩阵，基于自适应盲源分离算法计算获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q；

判断统计量Q与统计量阈值Q_cα的大小：

若Q≤Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器正常运行；

若Q＞Q_cα，则判断此时三相电容式电压互感器的计量误差处于异常状态。

2.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器误差在线检测方法，其特征在于，标准幅值数据矩阵X表示为：

其中，n表示对三相电容式电压互感器参数的测量次数，x_i1表示A相电容式电压互感器的幅值数据，x_i2表示B相电容式电压互感器的幅值数据，x_i3表示C相电容式电压互感器的幅值数据，1≤i≤n。

3.根据权利要求1或2所述的一种电容式电压互感器误差在线检测方法，其特征在于，三相电容式电压互感器标准幅值数据矩阵的统计量阈值Q_cα的计算步骤如下：

步骤1：对标准幅值数据矩阵X零均值处理后得到的矩阵X₀；

步骤2：对矩阵X₀进行白化处理得到白化矩阵W：

W＝D^-1/2U^T

其中D表示对角矩阵，U表示各列的特征向量，为正交矩阵；

步骤3：获得混合信号中的观测信号向量X₀(t)，X₀(t)＝As(t)，其中，s(t)是源信号向量，A是由各系数组成的混合矩阵；

令

则Z＝WX₀(t)＝WAs(t)＝U^Ts(t)；

其中

表示源信号的估计值，Z表示矩阵X₀白化后得到的矩阵，且E{ZZ^T}＝I；B表示分离矩阵；

步骤4：通过更新公式实时更新分离矩阵B，更新公式表示为：

其中，g( )是非二次函数G的导数，λ_t表示正的自适应补偿系数；

步骤5：计算健康运行状态下统计量Q_c，计算公式为：

Q_c＝s_ec ^Ts_ec

s_ec表示正常运行状态下混合矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列；

步骤6：根据正常运行状态下三相电容式电压互感器幅值数据，在显著性水平为α时，利用内核密度法计算统计量Q_c的控制限为：

Q_cα＝F^-1(1-α)

其中，

是概率密度分布函数表达式，Q_cα为显著性水平为α时统计量Q_c控制限。

4.根据权利要求3所述的一种电容式电压互感器误差在线检测方法，其特征在于，步骤2具体包括：

计算矩阵X₀的协方差矩阵R：R＝E{x₀(t)x′₀(t)^T}；

对协方差矩阵R的特征值进行分解获得特征向量：R＝UDU^T；

根据白化公式得到白化矩阵W：W＝D^-1/2U^T。

5.根据权利要求3所述的一种电容式电压互感器误差在线检测方法，其特征在于，代入运行状态下三相电容式电压互感器的实时测量数据，重复步骤1～5，获得运行状态下三相电容式电压互感器原始幅值数据矩阵的统计量Q，步骤5中，Q＝s_e ^rs_e，s_e表示运行状态下矩阵A矩阵二范数较小的列所映射的源信号矩阵列。

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