一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，包括步骤1，计算电流互感器在不同额定电流百分比条件下的误差；步骤2，利用混合高斯模型建立误差的概率分布模型；步骤3，采用EM算法确定概率分布模型中的未知参数；步骤4，分别用误差的均值和方差对电流互感器的误差稳定性进行评价；步骤5，利用假设检验原理对电流互感器误差可靠性进行评价。本发明专利技术通过模拟数字式计量系统现场工况，获得在线运行过程中计量系统采集到的比差和角差数据，对计量系统误差进行稳定性可靠性分析，需要的信息较少，在数据相对缺失的情况下可以完成评价。

Reliability evaluation method for long-term error stability of current transformer in metering system

The invention discloses a method for reliability evaluation of long-term stability error of a measurement system for current transformer, including 1 steps, error calculation of current transformer in different rated current percentage conditions; step 2, the establishment of error probability distribution model of mixed Gauss model; step 3, the EM algorithm is used to determine the unknown parameters in the model of probability distribution step 4, respectively; the error on the stability of current transformer for the mean and variance of error evaluation; step 5, using the principle of hypothesis testing to evaluate the reliability of current transformer error. The present invention by locale simulation digital measuring system working conditions, get online operation in the process of collection to measure system ratio and phase data, the stability analysis for the reliability of the measuring system error, need less information and data in the relative absence of evaluation can be completed.

【技术实现步骤摘要】
一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法
本专利技术涉及一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，属于电能计量

技术介绍
电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家发达与否的重要标志。近年来，随着商业化运营的管理在电力系统的运用，以及伴随着市场经济的发展和国家电力公司内部模拟市场的推广，电力系统以及社会对电能计量准确性越来越重视，电力系统电能计量系统的稳定可靠直接关系到电力系统的经济效益。随着我国电力系统的改革，对电能计量工作提出了更高的要求，特别是从传统的计划经济向市场经济的转变，电能计量技术更为重要，需要重视它的稳定和准确性。随着智能变电站的推广应用，电子式互感器、合并单元以及数字化电能表所组成的数字式计量系统得到了广泛应用。在智能变电站中，电子式互感器是整个数字式计量系统的关键设备，其转换精度、稳定度在整个计量系统误差控制中起主导作用。从目前智能变电站内大量数字式计量系统的运行情况来看，普遍存在准确性、稳定性问题，甚至发生故障，难以满足法制计量的要求。其主要原因在于数字式计量系统在实验室内、现场离线和在线运行三种情况下误差特性往往不一致，影响了数字式计量系统的计量可信度。另外，数字式计量系统中电子式电流互感器小量程误差偏大，准确性难以满足计量要求。智能电能表等设备组成数字式计量系统在智能变电站在线运行状态下的误差稳定性与可靠性分析与研究引起国内外学者和电力工作者的广泛关注。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，包括以下步骤，步骤1，计算电流互感器在不同额定电流百分比条件下的误差；所述电流互感器误差包括电流互感器电流比差和角差；步骤2，利用混合高斯模型建立误差的概率分布模型；步骤3，采用EM算法确定概率分布模型中的未知参数；步骤4，分别用误差的均值和方差对电流互感器的误差稳定性进行评价；步骤5，利用假设检验原理对电流互感器误差可靠性进行评价。电流互感器误差的计算公式如下，电流互感器的电流比差电流互感器的角差δI为一次电流相量与二次电流相量的相位差；其中，KI为电流互感器的额定电流比，I1为一次电流有效值，I2为二次电流有效值。用n个高斯成分组成的混合高斯模型拟合电流互感器误差的概率密度分布函数f(x,Θ)为，其中，αi为第i个高斯成分权重，pi(x,θi)为第i个高斯成分概率密度函数；Θ为混合正态分布中需要估计的未知参数；其中，μi和∑i分别为第i个高斯成分的均值和协方差，d为随机变量x的维数，θi为第i个高斯成分模型中带求解的未知数。步骤3的具体过程为，S11，定义似然函数；L(Θ|X,Y)＝p(X,Y|Θ)＝p(Y|X,Θ)p(X|Θ)；其中，X为可观测到的值，即误差，Y为隐藏值，即每个高斯成分的权重；S12，定义迭代计算初始值j＝1；S13，进行EM算法的E步，即在观测值X和隐藏值Y的基础上求期望Q(Θ,Θ(j-1))；Q(Θ,Θ(j-1))＝E[logp(X,Y|Θ)|X,Θ(j-1)]＝∫y∈Ylogp(X,Y|Θ)×f(y|X,Θ(j-1))dy其中，Θ(j-1)为当前Θ的取值，第一步Θ(0)为随机值，Q(Θ,Θ(j-1))为当前Θ的取值为Θ(j-1)下的期望；S14，进行EM算法的M步，即极大化Q(Θ,Θ(j-1))，求出一个表示通过最大化期望值来得到Θ的最优解；S15，判断|Q(Θ,Θ(j))-Q(Θ,Θ(j-1)|＜M是否成立，如果是，则结束，如果不是则j＝j+1，转至步骤S13，M为设定的阈值。误差均值反映电流互感器准确度等级；误差方差反映电流互感器误差的变化范围，方差越小，则误差更集中于均值附近，计量系统测量误差更稳定。电流互感器的准确度等级分为0.1、0.2S、0.2、0.5S、0.5和1级。假设检验包括进行μ检验和χ2检验；进行μ检验过程如下：假设原假设为，H0：电流互感器误差没有显著变化，即μ＝f0；备选假设H1：电流互感器误差有显著变化μ≠f0；当原假设H0成立时，计算统计量：显著性水平设置为α，查表得出μα/2，如果μ＜μα/2，接受H0，即在α显著性水平下，电流互感器误差没有显著变化，原假设成立；其中，f0为在一额定电流百分比条件下电流互感器误差均值；进行χ2检验过程如下：假设原假设为，H2：电流互感器误差方差没有显著变化，即备选假设H3：电流互感器误差方差有显著变化，即当原假设H2成立时，计算统计量：其中，xi为第i此测量到的电流互感器误差，为20次测量到的电流互感器误差均值，s2为20次测量到的电流互感器误差方差；代入公式得：查表得和如果则接受H2，即在α显著性水平下，电流互感器误差方差没有显著变化，原假设成立；其中，为电流互感器误差均值f0的方差。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术通过模拟数字式计量系统现场工况，获得在线运行过程中计量系统采集到的比差和角差数据，对计量系统误差进行稳定性可靠性分析，需要的信息较少，在数据相对缺失的情况下可以完成评价。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为200个样本5％额定电流比差分布。图3为200个样本5％额定电流角差分布。图4为5％额定电流比差分布图。图5为5％额定电流角差分布图。图6为10％额定电流比差分布图。图7为10％额定电流角差分布图。图8为15％额定电流比差分布图。图9为15％额定电流角差分布图。图10为20％额定电流比差分布图。图11为20％额定电流角差分布图。图12为25％额定电流比差分布图。图13为25％额定电流角差分布图。图14为不同电流等级比差均值变化曲线。图15为不同电流等级比差标准差变化曲线。图16为不同电流等级角差均值变化曲线。图17为不同电流等级角差标准差变化曲线。图18为比差5％额定电流和25％额定电流变化曲线。图19为角差5％额定电流和10％额定电流时的角差变化。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，包括以下步骤：步骤1，计算电流互感器在不同额定电流百分比条件下的误差。电流互感器误差包括电流互感器电流比差和角差；具体计算公式如下：电流互感器误差的计算公式如下，电流互感器的电流比差电流互感器的角差δI为一次电流相量与二次电流相量的相位差；其中，KI为电流互感器的额定电流比，I1为一次电流有效值，I2为二次电流有效值。步骤2，利用混合高斯模型建立误差的概率分布模型。用n个高斯成分组成的混合高斯模型拟合电流互感器误差的概率密度分布函数f(x,Θ)为，其中，αi为第i个高斯成分权重，pi(x,θi)为第i个高斯成分概率密度函数；Θ为混合正态分布中需要估计的未知参数；其中，μi和∑i分别为第i个高斯成分的均值和协方差，d为随机变量x的维数，θi为第i个高斯成分模型中带求解的未知数。步骤3，采用EM算法确定概率分布模型中的未知参数。具体过程为：S11，定义似然函数；L(Θ|X,Y)＝p(X,Y|Θ)＝p(Y|X,Θ)p(X|Θ)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，计算电流互感器在不同额定电流百分比条件下的误差；所述电流互感器误差包括电流互感器电流比差和角差；步骤2，利用混合高斯模型建立误差的概率分布模型；步骤3，采用EM算法确定概率分布模型中的未知参数；步骤4，分别用误差的均值和方差对电流互感器的误差稳定性进行评价；步骤5，利用假设检验原理对电流互感器误差可靠性进行评价。

【技术特征摘要】
1.一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，计算电流互感器在不同额定电流百分比条件下的误差；所述电流互感器误差包括电流互感器电流比差和角差；步骤2，利用混合高斯模型建立误差的概率分布模型；步骤3，采用EM算法确定概率分布模型中的未知参数；步骤4，分别用误差的均值和方差对电流互感器的误差稳定性进行评价；步骤5，利用假设检验原理对电流互感器误差可靠性进行评价。2.根据权利要求1所述的一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，其特征在于：电流互感器误差的计算公式如下，电流互感器的电流比差电流互感器的角差δI为一次电流相量与二次电流相量的相位差；其中，KI为电流互感器的额定电流比，I1为一次电流有效值，I2为二次电流有效值。3.根据权利要求1所述的一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，其特征在于：用n个高斯成分组成的混合高斯模型拟合电流互感器误差的概率密度分布函数f(x,Θ)为，其中，αi为第i个高斯成分权重，pi(x,θi)为第i个高斯成分概率密度函数，Θ为混合正态分布中需要估计的未知参数；其中，μi和∑i分别为第i个高斯成分的均值和协方差，d为随机变量x的维数，θi为第i个高斯成分模型中带求解的未知数。4.根据权利要求3所述的一种计量系统电流互感器长期误差稳定性可靠性评价方法，其特征在于：步骤3的具体过程为，S11，定义似然函数；L(Θ|X,Y)＝p(X,Y|Θ)＝p(Y|X,Θ)p(X|Θ)；其中，X为可观测到的值，即误差，Y为隐藏值，即每个高斯成分的权重；S12，定义迭代计算初始值j＝1；S13，进行EM算法的E步，即在观测值X和隐藏值Y的基础上求期望Q(Θ,Θ(j-1))；Q(Θ,Θ(j-1))＝E[logp(X,Y|Θ)|X,Θ(j-1)]＝∫y∈Ylogp(X,Y|Θ)×f(y|X,Θ(j-1))dy其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵双双，卢树峰，黄奇峰，孙国强，杨世海，陈刚，臧海祥，杜东华，李志新，陈铭明，徐敏锐，穆小星，梁智，崔林，吴桥，陆子刚，郭勉，王少华，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，河海大学，国网江苏省电力公司镇江供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32