[发明专利]不确定性信息融合的配电变压器监测预警装置及方法

说明书

本发明公开了一种不确定性信息融合的配变状态监测预警装置及方法，属于变压器状态监测预警技术领域，包括信息采集、配变状态估计、数字带通滤波、配变顶层油温估计及热点温度计算、配变油箱表面振动计算、特征状态评分、模糊逻辑融合决策、整体风险指数计算以及信息显示报警模块。本发明只需测量环境温度、配变顶层油温及原副边电流电压。用配变原边有功无功取代传统电压幅值相角作为状态变量进行状态估计，可以加快计算速度，适于在线应用。通过卡尔曼滤波可以实现配变顶层油温估计以及配变热点温度计算。无需振动传感器，通过理论计算获得配变油箱振动状态。对这些特征状态评分并将评分作为自适应模糊神经网络的输入，可以输出配变风险指数。

技术领域

本发明属于变压器状态监测预警技术领域，具体涉及一种不确定性信息融合的配电变压器状态监测预警装置及方法。

背景技术

配电网处于整个电力系统的末端，直接面向各种负荷用户，是供电可靠性、安全性、经济性的最后保障。配电变压器(简称配变)作为联系配电网与用电侧的核心设备，量大面广、运行环境复杂多变(如各种天气条件)、维护工作繁重，对供电安全可靠性具有决定性影响。

配电网负荷具有多样性及不可控性，尤其，随着分布式光伏大量接入、充电桩及储能设施的快速发展、电力电子负荷越来越多，等，已经和正在改变配电网传统的运行模式，加剧了配电网的复杂性、动态性和不确定性，客观上增加或恶化了配变运行的压力和风险。对配变运行状态进行连续监测评估预警，可以及时发现潜在故障风险，识别风险的发展趋势，有助于及时做出必要的决策，提高供电可靠性，降低供电公司运维成本。

随着智能配电网及物联网技术的发展，各种先进传感器及智能测量设备越来越多，可以获得大量多元化的配变数据，包括外部环境、内部缺陷、运行状态数据等，同时也引入了各种不确定性。这些大量多元化数据结合各种机器学习算法、数据融合算法等为配变状态监测预警提供了潜在的解决方案。

目前，国内外对变压器状态监测预警方面的专利及研究现状，大致可以概括为两大类：一类是输电系统高压变压器(简称输变)，一类是配电系统中低压变压器(简称配变)。

对110kV以上的输变，因其枢纽地位，对安全可靠性要求极高，状态监测主要基于内部气体、微水、酸度及局部放电检测，需要大量植入式传感器，有的还需布置振动传感器。这些传感器必须在变压器整个生命寿命周期内正常工作，运维成本高昂，而且数据处理的软件算法复杂。以溶解气体分析(DGA)为例，这种方法可以提供变压器故障的可靠信息，能够诊断早期故障，但是缺乏与故障相关的先验数据，需要大量的试验及专家知识，因此根据DGA确定故障类型和严重程度是一个非常具有挑战性的问题。

中低压配变，尤其是10kV/400V台区配变，其投资、运维成本远低于输变，安装气体/局放/振动等传感器是很不经济的。因此，相比复杂、精确的解决方案，对配变的状态监测评估预警来说，低成本、易实施、易维护，是更优先而实际的诉求。

当前，配变状态监测预警的专利及研究文章，大部分基于气体/局放/微水/振动传感。例如：专利2020102971689(基于引力搜索与密度峰值聚类的配电变压器故障诊断方法)用各种气体作为特征量；文章《基于多源数据融合的恶劣气象下10kV配变实时状态评估》(时亚军，高电压技术，2020)主要基于微气象数据、雷电数据；专利2020111780159(特征自动挖掘和参数自动寻优的配电变压器故障诊断方法)基于配变振动信号挖掘故障特征；专利2018107560089(一种配电变压器局部放电及过电压监测设备)基于局部放电及过电压监测配变；2021102685978(一种基于物联网的变压器状态监测系统)监测配变电压、接地电流、油温、油中微水含量及本体振动；2019112861714(一种电力变压器状态监测系统)用振动加速度传感器监测配变；专利CN107290041A《一种基于相空间重构和KPCM聚类的变压器绕组松动状态监测方法》对绕组松动状态进行监测，但该发明需要在变压器箱体表面设置多个振动传感器。