用于监测断路器的方法以及使用该方法的装置和物联网制造方法及图纸

提供了用于监测断路器机群的状况的方法以及使用该方法的系统和物联网。该方法包括：(a)针对相应断路器在该相应断路器的操作期间测量至少一种类型的操作状况相关信号；(b)获得特征数据集合，该特征数据集合表示操作状况相关信号的相应测量结果；(c)基于相似度阈值来对特征数据集合执行聚类分析；以及(d)基于由步骤(c)得到的簇数目，来生成指示断路器机群的状况的信号。该方法不是将表示操作状况相关信号的测量结果的数据与基于CB的正常数据而构建的参考模型进行比较，而是对表示操作状况相关信号的相应测量结果的特征数据集合应用聚类分析，该方法无需参考“正常”数据库进行比较。比较。比较。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测断路器的方法以及使用该方法的装置和物联网


[0001]本专利技术涉及断路器领域，更具体地，涉及监测断路器机群的健康状况。

技术介绍

[0002]断路器(CB)为变电站中最关键部件中的一个部件，其安全性和可靠性对整个电网至关重要。近年来，尤其是随着全球对数字产品的关注日益增加，智能断路器市场正在迅速增长。因此，市场需要一种智能断路器，该智能断路器能够在演变成实际故障之前，实时监测其缺陷和严重性，即，在实际故障发生之前监测其健康状况。
[0003]机器状况监测的目的是尽早检测故障，以避免进一步损坏机器。传统上讲，物理模型用于描述测量机器性能的传感器之间的关系。违反那些物理关系可能指示故障。然而，准确的物理模型通常难以获取。
[0004]使用物理模型的备选方案是使用基于机器学习技术的统计模型。近几十年来，这种途径获得了越来越多的关注。与假设已知传感器关系的物理模型相反，统计模型根据历史数据学习传感器之间的关系。统计模型的特点就是个很大的优势，因为相同的通用模型可以应用于不同的机器。专利公开CN 107 085 183 A中公开了一种基于非线性回归以对断路器的状况进行监测的机器学习算法。该算法的概念是基于CB自身的正常数据来构建CB的数据驱动模型，并且如果新出现的数据偏离参考模型，则它表示CB正在变得异常。为了能够将统计模型用于机器状况监测，必须基于带有状况印记的历史数据来训练模型。在基于分类的模型中，数据点印记可以是“正常”(表示良好数据)或“异常”(表示指示故障的数据)。
[0005]然而，该途径存在至少一个缺点。它必须基于处于“正常”状况和/或“异常”状况下的状况印记历史数据来训练算法模型。这会花费相对较长的时段来收集与机群中的新CB有关的那些种类的数据或一年期间偶尔触发的数据，这使得模型训练过程既费时又难处理。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了用于监测断路器机群的状况的方法，该方法包括以下步骤：(a)针对相应断路器在该相应断路器的操作期间测量至少一种类型的操作状况相关信号；(b)获得特征数据集合，该特征数据集合表示操作状况相关信号的相应测量结果；(c)基于相似度阈值来对特征数据集合执行聚类分析；以及(d)基于由步骤(c)产生的簇数目，来生成指示断路器机群的状况的信号。
[0007]根据本专利技术的另一方面，提供了用于监测断路器机群的状况的系统，该系统包括：至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为针对相应断路器在该相应断路器的操作期间测量至少一种类型的操作状况相关信号；以及控制器，该控制器被配置为：获得特征数据集合，该特征数据集合表示操作状况相关信号的相应测量结果；基于相似度阈值来对特征数据集合执行聚类分析；以及基于由聚类分析的执行产生的簇数目，来生成指示断路器机群的状况的信号
[0008]根据本专利技术的另一方面，其提供了物联网，该物联网包括：断路器机群；用于监测
断路器机群的状况的系统；以及服务器，该服务器被配置为接收指示断路器机群的状况的信号。
[0009]根据本专利技术的实施例不是将表示操作状况相关信号的测量结果的数据与基于CB的正常数据而构建的参考模型进行比较，而是对表示操作状况相关信号的相应测量结果的特征数据集合应用聚类分析。聚类分析或聚类是对对象集合进行分组使得同一组(被称为簇)中的对象彼此(在某种意义上)比其他组(簇)中的对象更相似的任务。聚类分析使用包括以下各项的算法中的一个算法：基于连接性的聚类、基于质心的聚类、基于分布的聚类、以及基于密度的聚类。通过利用无监督机器学习方法来通过将机群的数据与其邻居的数据进行比较来标识该机群中操作异常的CB，行为与邻居不同的CB可以被标识为缺陷CB。该方法无需参考“正常”数据库进行比较。
[0010]优选地，以下准则可适于监测断路器机群的状况，其中该信号被认为在簇数目大于一的情况下指示断路器机群的异常状况。优选地，信号对异常状况的指示包括：在表示断路器的操作状况相关信号的特征数据被分组在比其余簇中的至少一个簇具有更少数目的特征数据的簇中的情况下，将该断路器标识为异常。
[0011]优选地，至少一种类型的操作状况相关信号选自以下各项：断路器的行程曲线信号、断路器的振动信号、断路器的线圈电流信号、断路器的电动机电流信号、以及断路器的PD信号。
[0012]优选地，测量基本上同步执行。
[0013]优选地，对特征数据进行处理，以便移除该特征数据的没有显著地表示断路器的异常状况的分量。
[0014]优选地，相似度阈值根据断路器机群的历史简档计算并获得。
[0015]优选地，针对一些断路器中的每个断路器，生成指示正常状况水平的信号，这些断路器中的每个断路器的特征数据基于其与同一簇中的断路器中的其余断路器的相似度而被分组在簇中的其余簇中。这有助于评估新样本与正常簇的偏离程度。最简单的想法是计算被测试的特征数据与正常簇的中心之间的欧几里得距离。
附图说明
[0016]以下文本参考附图中图示的优选示例性实施例对本专利技术的主题进行更详细地描述，其中
[0017]图1图示了可以通过根据本专利技术的实施例的方法在线监测的机群的示例性断路器；
[0018]图2图示了施加在如图1所示的断路器的连杆机构上的力；
[0019]图3示出了根据本专利技术的实施例的用于监测CB机群的状况的系统；
[0020]图3A和图3B是机群中相应CB在断开操作和闭合操作中的行程曲线的图，其中x轴线指示时间并且y线轴图示行程；
[0021]图4A和图4B是机群中相应CB在断开操作和闭合操作中的振动信号曲线的图；
[0022]图5A和图5B是CB的行程曲线的特征分量在断开操作和闭合操作中的示例性轨迹的图；
[0023]图6A和图6B是CB的振动信号曲线的特征分量在断开操作和闭合操作中的示例性
轨迹的图；
[0024]图7A示出了正常CB和缺陷CB的特征分量；
[0025]图7B示出了具有特征分量的最差情况的示例，其中正常样本的特征分量与缺陷样本的特征分量重叠；
[0026]图8A、图8B和图8C是示出了特征数据与簇的关系的不同场景的示例的图；
[0027]图9示出了被测试的特征数据与正常簇的中心之间的欧几里得距离的示例；
[0028]图10示出了根据本专利技术的实施例的图9的偏差到健康得分范围的映射；
[0029]图11示出了根据本专利技术的实施例的示例的正常样本的分布；以及
[0030]图12示出了根据本专利技术的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
[0031]在以下描述中，出于解释而非限制的目的，对具体细节进行了阐述，诸如特定电路、电路部件、接口、技术等，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本专利技术。在其他实例中，省略了对公知方法和编程过程、设备和电路的详细描述，以免不必要细节使本专利技术的描述晦涩难懂。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种监测断路器机群的状况的方法，包括：(a)针对相应的断路器在相应的所述断路器的操作期间测量至少一种类型的操作状况相关信号；(b)获得特征数据集合，所述特征数据集合表示操作状况相关信号的相应测量结果；(c)基于相似度阈值来对所述特征数据集合执行聚类分析；以及(d)基于从步骤(c)得到的簇数目，来生成指示所述断路器机群的状况的信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤(d)中，在所述簇数目大于一的情况下，所述信号指示所述断路器机群的异常状况。3.根据权利要求2所述的方法，其中：在步骤(d)中，所述信号对所述异常状况的指示包括：在表示所述断路器的操作状况相关信号的所述特征数据被分组在比所述簇中的其余簇中的至少一个簇具有更少数目的特征数据的簇中的情况下，将所述断路器标识为异常。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：所述至少一种类型的操作状况相关信号选自：所述断路器的行程曲线信号、振动信号、线圈电流信号、电动机电流信号以及PD信号。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：在步骤(a)中，所述测量基本上同步执行。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：所述聚类分析使用包括以下各项的算法中的一个算法：基于连接性的聚类、基于质心的聚类、基于分布的聚类以及基于密度的聚类。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：步骤(b)还包括：对所述特征数据进行处理，以移除所述特征数据的、没有显著地表示所述断路器的所述异常状况的分量。8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：(e)根据所述断路器机群的历史简档计算并获得所述相似度阈值。9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：(f)针对一些断路器中的每个断路器，生成指示正常状况水平的信号，所述一些断路器中的每个断路器的特征数据基于其与同一簇中的断路器中的其余断路器的相似度而被分组在所述簇中的所述其余簇中。10.一种监测断路器机群的状况的系统，包括：至少一个传感器，被配置为针对相应的断路器在相应的所述断路器的操作期间测量至少一种类型的操作状况相关信...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮佳阳，陈妮亚，于蓉蓉，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：