[发明专利]一种配电网母线故障预警装置及方法

权利要求书

1.一种配电网母线故障预警装置，其特征在于：包括多个现场检测设备(100)与服务器(200)，所述现场检测设备(100)包括电压互感器(110)、电流互感器(120)、处理器(130)、环境检测设备(140)与通讯设备(150)，所述电压互感器(110)、电流互感器(120)、环境检测设备(140)分别与所述处理器(130)电连接，所述处理器(130)通过所述通讯设备(150)与所述服务器(200)通讯连接；

所述电压互感器(110)与电流互感器(120)分别用于检测配电网母线节点的节点电压与节点电流，并将节点电压数据与节点电流数据发送给处理器(130)；

所述环境检测设备(140)用于检测节点的环境数据,并将所述环境数据发送给处理器(130)；

所述处理器(130)用于存储节点的位置数据，获取并根据节点的节点电压与节点电流计算节点功率，并将节点的环境数据、节点功率与位置数据通过通讯设备(150)发送至服务器(200)；

所述服务器(200)用于获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果，若所述比对结果超过设定阈值，则发出故障预警信号；

所述服务器(200)包括学习模块，所述学习模块用于获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中；

其中，对比节点指检测节点上游的节点，上游指母线电流流向的上游；该环境数据为温度；建立的预测函数为：

其中，α为散热系数，表示检测节点温度在1℃时，从1cm²母线表面积每秒散出去的热量，单位为w/cm²℃；s为检测节点与对比节点之间母线的表面积，单位为cm²；T为检测节点的温度，单位为℃；T₀为检测节点周围媒质温度(环境温度)，单位为℃；c为母线的比热容，单位为J/g℃；m为检测节点与对比节点之间母线的质量，单位为g；τ为切断电负荷后温度从T下降到T₀所经历的时间，单位为s；e自然对数函数的底数；w_i为对比节点的节点功率，单位为w；将检测节点的温度T与对比节点的节点功率w_i带入该预测函数计算出节点功率的预测值；

所述服务器(200)包括监测模块，所述监测模块用于获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值；

实时节点功率与节点功率的预测值的差值的计算式为：

其中，w_o1为检测节点的实时节点功率，w_i1为对比节点的实时节点功率，Φ(w_i1,T₁)为预测函数，T₁为检测节点的实时温度；

所述服务器(200)还包括判断模块，所述判断模块用于判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；若是，则发出故障预警信号；

具体的，环境数据为温度，将不同温度t下的对比节点的节点功率w_u与检测节点的节点功率w_n，并预测函数Φ(w_n,t)，带入计算式：

其中，ΔW的最大值即为设定阈值。

2.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述配电网母线故障预警装置还包括移动终端，所述移动终端用于接收服务器(200)发出的故障预警信号与位置数据。

3.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述现场检测设备(100)还包括定位器，所述定位器用于定位配电网母线的各节点的位置并将对应的位置数据发送给处理器(130)。

4.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述配电网母线故障预警装置还包括控制中心，所述控制中心用于获取服务器(200)发出的故障预警信号，并备份服务器(200)中的数据库。

5.一种配电网母线故障预警方法，其特征在于:包括以下步骤：

在配电网母线上建立多个节点，分别检测各节点的节点功率与环境数据；

服务器获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果；

判断所述比对结果是否超过设定阈值，若是，则发出故障预警信号，若否，则返回上一步骤；

所述服务器获取各节点的环境数据与功率，与预测值进行比对得出比对结果的步骤包括以下步骤：

服务器获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中；

其中，对比节点指检测节点上游的节点，上游指母线电流流向的上游；该环境数据为温度；建立的预测函数为：

其中，α为散热系数，表示检测节点温度在1℃时，从1cm²母线表面积每秒散出去的热量，单位为w/cm²℃；s为检测节点与对比节点之间母线的表面积，单位为cm²；T为检测节点的温度，单位为℃；T₀为检测节点周围媒质温度(环境温度)，单位为℃；c为母线的比热容，单位为J/g℃；m为检测节点与对比节点之间母线的质量，单位为g；τ为切断电负荷后温度从T下降到T₀所经历的时间，单位为s；e自然对数函数的底数；w_i为对比节点的节点功率，单位为w；将检测节点的温度T与对比节点的节点功率w_i带入该预测函数计算出节点功率的预测值；

获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值；

实时节点功率与节点功率的预测值的差值的计算式为：

其中，w_o1为检测节点的实时节点功率，w_i1为对比节点的实时节点功率，Φ(w_i1,T₁)为预测函数，T₁为检测节点的实时温度；

所述判断所述比对结果是否超过设定阈值的步骤包括以下步骤：

判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；

具体的，环境数据为温度，将不同温度t下的对比节点的节点功率w_u与检测节点的节点功率w_n，并预测函数Φ(w_n,t)，带入计算式：

其中，ΔW的最大值即为设定阈值。