一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，包括：采集正常历史数据，进行数据预处理；进行数据标准化；构建记忆矩阵D；输入当前运行数据，形成观测向量；预估估计向量；计算残差和置信区间并预警。本发明专利技术可以在不额外增加监测设备的前提下，实现高压隧道电缆过热预警的目的；本发明专利技术实现了在潜在故障点影响系统运行之前就触发报警，提醒运维检修人员进行维修，避免出现事故，提高了高压电缆输电系统的运行安全性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法
本专利技术涉及高压电缆过热预警
，尤其是一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法。
技术介绍
高压电缆相较于架空输电线路具有供电可靠性高、占地面积小、受外界干扰小等优点，在电力输电系统中得到了广泛的应用。高压电缆由于机械损伤、过载运行、电缆接头故障等原因导致电缆出现潜在故障点，这些故障点通常出现在绝缘层或金属护套层，检修人员难以发现。此外，目前没有既定的监测指标来确定故障点的运行状态，使得检修人员缺乏参考标准。高压电缆潜在故障点的出现会导致运行电流异常，从而热效应加剧，如果未及时维修，故障点及其周围的导体和绝缘长期运行在过热状态，容易导致绝缘老化和导体受损，进而热效应更加明显，如此循环往复，最终导致电缆故障，从而致使周围电缆或连接的高压设备受影响，扩大了事故范围。基于红外测温、热电式测温和分布式光纤测温原理的高压电缆在线监测系统已得到广泛应用，此系统可以实时监测电缆上各点的温度，若温度超过给定的阈值便会触发报警，告知检修人员。但目前的在线监测系统的功能仅在温度超过某阈值时才能触发报警，即此时潜在故障点已出现，无法在故障点出现之前就能及时地制止其发生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够超前估计故障点的出现并触发报警告知运维检修人员，避免由于潜在故障点的出现导致的绝缘老化和导体受损等伤害，有利于延长电缆寿命，减少故障发生率，提高高压电缆输电系统的运行安全性和经济性的基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法。>为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)采集正常历史数据，进行数据预处理；(2)进行数据标准化；(3)构建记忆矩阵D；(4)输入当前运行数据，形成观测向量；(5)预估估计向量；(6)计算残差和置信区间并预警。所述步骤(1)具体是指：获得通过高压电缆在线监测系统监测和存储的数据，对数据进行筛选：若数据在既定的正常范围内波动，则运行状态正常，提取为正常历史数据，若超出正常范围，则剔除该数据；将经过筛选后的历史数据构成历史观测向量集合M；列向量表示高压电缆在某一正常运行时刻下的状态，则在某一时刻i处的列向量为：X(i)＝[x1x2…xn]T对高压电缆m个正常状态值的正常运行数据进行采集后，构成的历史观测向量集合M表示为：其中，n表示高压电缆有n个相关测点参数；m表示高压电缆某一个测点参数有m个正常状态值。所述步骤(2)具体是指：采用z-score方法对运行数据标准化：其中，μ为总体数据的均值；δ为总体数据的标准差；x为个体的观测值。所述步骤(3)具体是指：首先从历史观测向量集合M中提取特殊点，该特殊点包括系统每个变量的最大值和最小值，然后等步长地选取历史观测向量集合M中除特殊点外的数据来构建记忆矩阵D。所述步骤(5)具体是指：使用多变量状态估计方法MSET进行状态预估，设一个时间点的观测向量为Xobs，估计向量为Xest，存在一个对应的权向量W：W＝[ω1ω2…ωm]T估计向量Xest是由记忆矩阵D中的m个时间点的历史观测向量与权向量W线性组合后输出的向量；估计向量Xest与记忆矩阵D和权向量W存在以下关系：Xest＝D·W＝ω1·X(1)+ω2·X(2)+...ωm·X(m)权向量W的确定方法如下：W＝(DT·D)-1·(D-1·Xobs)用非线性算子代替普通矩阵运算中的点乘运算，得到权向量的表达式为：其中，非线性算子表示欧式距离；则估计向量计算表达式为：所述步骤(6)具体是指：故障预警阈值由下式决定：E＝k×Emax其中，Emax为残差均值的绝对值最大值，k为预警阈值系数；观测向量与估计向量之间的残差为：ε＝Xobs-Xest残差服从均值和标准差未知的正态分布，置信度为1-α，则均值的置信区间为：标准差的置信区间为：式中，N为窗口宽度，为残差的均值，Ss为残差的标准差，为t分布的分位点，为χ2分布的分位点；当上述两个置信区间其中一个超出设定的阈值范围时，触发预警信号。由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术可以在不额外增加监测设备的前提下，实现高压隧道电缆过热预警的目的；第二，本专利技术实现了在潜在故障点影响系统运行之前就触发报警，提醒运维检修人员进行维修，避免出现事故，提高了高压电缆输电系统的运行安全性和经济性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为1#电缆接头及电缆段示意图；图3为数据剔除步骤图；图4为筛选记忆矩阵方法流程图。具体实施方式如图1所示，一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)采集正常历史数据，进行数据预处理；(2)进行数据标准化；(3)构建记忆矩阵D；(4)输入当前运行数据，形成观测向量；(5)预估估计向量；(6)计算残差和置信区间并预警。所述步骤(1)具体是指：获得通过高压电缆在线监测系统监测和存储的数据，对数据进行筛选：若数据在既定的正常范围内波动，则运行状态正常，提取为正常历史数据，若超出正常范围，则剔除该数据；将经过筛选后的历史数据构成历史观测向量集合M。根据高压电缆在线监测系统所检测的电缆状态重要指标，选取电缆护层接地电流、电缆中间接头温度、三相电缆表面温度和线芯电流作为故障预警的重要指标。研究对象以某一段高压电缆1#电缆接头及电缆为例，如图2所示。通过高压电缆在线监测系统实现状态监测，监测参数如表1所示。表1根据表1可知，1#电缆接头及电缆一共具有16个监测变量，分别记为x1、x2、…、x16，选取某半个月的2017个10min间隔的数据进行分析和处理。如图3所示，若数据在既定的范围内波动，则运行状态正常，提取为正常历史数据；若超出正常范围，则剔除这些数据。将经过筛选后的历史数据构成历史观测向量集合M，经过筛选后总共有m个正常状态值。列向量表示高压电缆在某一正常运行时刻下的状态，则在某一时刻i处的列向量为：X(i)＝[x1x2…xn]T对高压电缆m个正常状态值的正常运行数据进行采集后，构成的历史观测向量集合M表示为：其中，n表示高压电缆有n个相关测点参数；m表示高压电缆某一个测点参数有m个正常状态值。所述步骤(2)具体是指：采用z-score方法对运行数据标准化：其中，μ为总体数据的均值；δ为总体数据的标准差；x为个体的观测值。这样，就能够将不同量纲的数据转换到相同的量级上，实现标准化。所述步骤(3)具体是指：首先从历史观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：/n(1)采集正常历史数据，进行数据预处理；/n(2)进行数据标准化；/n(3)构建记忆矩阵D；/n(4)输入当前运行数据，形成观测向量；/n(5)预估估计向量；/n(6)计算残差和置信区间并预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)采集正常历史数据，进行数据预处理；
(2)进行数据标准化；
(3)构建记忆矩阵D；
(4)输入当前运行数据，形成观测向量；
(5)预估估计向量；
(6)计算残差和置信区间并预警。


2.根据权利要求1所述的基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指：获得通过高压电缆在线监测系统监测和存储的数据，对数据进行筛选：若数据在既定的正常范围内波动，则运行状态正常，提取为正常历史数据，若超出正常范围，则剔除该数据；将经过筛选后的历史数据构成历史观测向量集合M；
列向量表示高压电缆在某一正常运行时刻下的状态，则在某一时刻i处的列向量为：
X(i)＝[x1x2…xn]T
对高压电缆m个正常状态值的正常运行数据进行采集后，构成的历史观测向量集合M表示为：



其中，n表示高压电缆有n个相关测点参数；m表示高压电缆某一个测点参数有m个正常状态值。


3.根据权利要求1所述的基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：
采用z-score方法对运行数据标准化：



其中，μ为总体数据的均值；δ为总体数据的标准差；x为个体的观测值。


4.根据权利要求1所述的基于多变量状态估计的高压隧道电缆过热预警方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指：首先从历史观测向量集合M中提取特殊点，该特殊点包括系统每个变量的最大值和最小值，然后等步长地选取历史...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贺，林梓圻，周海鹏，孙秋芹，牛林华，刘耀中，谢枫，张家倩，孟宪乔，邵松涛，吴睿，蒋贺健，程文，
申请(专利权)人：中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34