基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法及系统，该包括：采用差分间距自适应的差分方法，构造具备平稳分布特征且表征电压互感器误差状态的评估特征参量；将评估特征参量作为矩阵元素构建高维随机矩阵，计算高维随机矩阵极限谱分布圆环图，利用KPCA（Kernel Principal Component Analysis,核主成分分析）重构算法处理圆环图，提取描述圆环图的完整且定量的误差状态评价指标；利用核密度估计方法提取电压互感器组的误差状态评价指标差值阈值，对评估特征参量进行实时评估，根据实时评估结果评估电压互感器组的误差状态；误差状态包括误差正常状态和误差异常状态；实现了从人工评判到算法自动评判的转变，可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】
基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法及系统
本专利技术涉及输配电设备状态评估与故障诊断领域，尤其涉及一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法。
技术介绍
电压互感器是一种广泛应用于变电站的电压测量装置，主要包括电磁式电压互感器（PT）、电容式电压互感器（CVT）、采用分压原理的电子式电压互感器（EVT）以及基于光学效应原理的光学电压互感器（OVT），是电网状态监控、继电保护、电能计量的数据来源，其测量准确度直接影响电网的安全稳定和经济运行。根据电力互感器检定规程，电压互感器必须进行对误差的周期性检测，以确保其误差满足测量准确度的要求。传统误差校验方式计划性停电困难，校验设备的体积大、重量重，运输困难，不利于电压互感器的现场批量检测，且不能完全反映互感器的实际运行工况。带电校验能反映互感器的实际运行工况，但需将标准互感器直接接到高压侧，存在安全隐患且容易受到环境因素制约。因此，在不停电、无标准互感器的情况下，研究电压互感器误差状态的实时评估方法成为了一种迫切需求。现有技术包括基于对互感器个体的精细化研究和对互感器群体的评估研究的误差状态评估方法。基于对互感器个体的精细化研究包括对输出信号进行分类、提取和识别的基于信号处理的评估方法和对设备进行建模的基于模型的评估方法，但前者仅能诊断严重故障，后者高度依赖于模型的精确性和准确性，无法应用于准确度要求较高（一般为0.2级）的电压互感器的误差状态评估。基于互感器群体的评估研究通过构建群体测量值数据集，以互感器群体间的物理联系作为约束条件，针对性的研究模型建立和智能计算方法，实现对电压互感器误差状态的评估，但该类方法建模条件苛刻，无法广泛的应用于电压互感器的误差状态评估。现有技术还包括基于高维随机矩阵的误差状态评估方法，通过判断电压互感器输出信号的分布特征是否有异常变化，从而评估电压互感器的误差状态。该方法计算简单、建模条件宽泛，能够有效的解决全网域电压互感器误差状态评估涉及到的大数据规模和适用性问题，具有显著的工程应用优势。但目前高维随机矩阵应用于电压互感器的误差状态评估存在以下三个方面的问题：首先，高维随机矩阵对构成矩阵的元素具有平稳性要求，但当一次电压波动比较明显时，现有的将电压互感器二次输出固定差分间距形成矩阵元素的平稳化方法，不能适应输出电压的波动，差分后的结果不一定符合平稳分布特征；其次，利用高维随机矩阵极限谱分布圆环图的特征值分布评估误差状态时，现有的方法无论是平均值、最大值、最小值还是内环中特征值的个数等对圆环图的描述只涉及到圆环图的部分特征，不能全面、准确的描述圆环图中特征值的整体情况；最后，目前对误差状态的正常与异常的判断没有客观的“标准”，仅仅依靠人为主观判断圆环图中特征值的分布情况不具备一般意义上的工程应用性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法，利用自相关函数获取差分间距，差分处理输出电压时间序列，构造具备平稳分布特征的特征参量，该特征参量能够自适应输出电压的波动，始终服从平稳分布特征，其次，利用KPCA重构算法处理圆环图，提取描述圆环图的完整且定量的评价指标，并依据核密度估计法提取评价指标阈值作为判断的客观“标准”，实现对圆环图从人工的主观评判到算法的客观、准确的评判，实现了从人工评判到算法自动评判的转变，可靠性更高。根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法，所述电压互感器误差评估方法针对同一测量点处存在多组电压互感器的情况，包括：步骤1，采用差分间距自适应的差分方法，构造具备平稳分布特征且表征电压互感器误差状态的评估特征参量；步骤2，将所述评估特征参量作为矩阵元素构建高维随机矩阵，计算所述高维随机矩阵极限谱分布圆环图，利用KPCA重构算法处理所述圆环图，提取描述所述圆环图的完整且定量的误差状态评价指标；步骤3，利用核密度估计方法提取电压互感器组的所述误差状态评价指标差值阈值，对所述评估特征参量进行实时评估，根据所述实时评估结果评估所述电压互感器组的误差状态；所述误差状态包括误差正常状态和误差异常状态。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。可选的，所述步骤1包括：步骤101，采集所述多组电压互感器其二次侧的输出电压信号，计算输出电压时间序列的自相关函数：，；其中，表示某段时间内电压互感器输出电压时间序列，；表示差分间距；步骤102，将所述自相关函数取极大值时的作为输出电压的差分间距，对输出电压时间序列做差分处理，得到多组状态参量；步骤103，对所述多组状态参量进行ADF平稳性检验，将符合平稳分布特征的状态参量作为所述评估特征参量。可选的，所述步骤2包括：步骤201，在截取的评估时间窗内，将获取的评估特征参量序列作为矩阵行元素构建原始矩阵；步骤202，在稀疏矩阵条件下，基于数据复制、分段及叠加白噪声的方式，扩展所述原始矩阵得到评估矩阵；步骤203，对所述评估矩阵进行标准化，使所述评估矩阵元素的均值为0，方差为1；步骤204，计算所述评估矩阵的奇异值等价矩阵，求取所述奇异值等价矩阵的特征值；步骤205，基于KPCA重构算法求取描述所述奇异值等价矩阵的特征值的重构数据，依据所述重构数据获取所述误差状态评价指标。可选的，所述步骤205包括：步骤20501，利用所述KPCA重构算法对所述奇异值等价矩阵的特征值进行聚类分析，得到重构数据z;步骤20502，计算所述误差状态评价指标的公式为：其中，为所述重构数据z距原点距离的最小值。可选的，所述电压互感器组包括两组电压互感器时，所述步骤3包括：若，则该电压互感器组的误差状态异常，否则，该电压互感器组的误差状态正常；与分别为该电压互感器组包含的第一组电压互感器和第二组电压互感器的所述误差状态评价指标，为利用核密度估计方法获取的评价指标阈值。可选的，所述步骤3之后还包括：步骤4，若所述电压互感器组的误差状态异常，基于两组电压互感器评价指标的相对大小评估单组电压互感器的误差状态。可选的，所述步骤4包括：若，则所述第一组电压互感器误差状态异常，所述第二组电压互感器误差状态正常；否则，所述第一组电压互感器误差状态正常，所述第二组电压互感器误差状态异常。根据本专利技术的第二方面，提供一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估系统，包括：评估特征参量确定模块、误差状态评价指标确定模块和误差状态判定模块；所述评估特征参量确定模块，用于采用差分间距自适应的差分方法，构造具备平稳分布特征且表征电压互感器误差状态的评估特征参量；所述误差状态评价指标确定模块，用于将所述评估特征参量作为矩阵元素构建高维随机矩阵，计算所述高维随机矩阵极限谱分布圆环图，利用KPCA重构算法处理所述圆环图，提取描述所述圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法，其特征在于，所述电压互感器误差评估方法针对同一测量点处存在多组电压互感器的情况，包括：/n步骤1，采用差分间距自适应的差分方法，构造具备平稳分布特征且表征电压互感器误差状态的评估特征参量；/n步骤2，将所述评估特征参量作为矩阵元素构建高维随机矩阵，计算所述高维随机矩阵极限谱分布圆环图，利用KPCA重构算法处理所述圆环图，提取描述所述圆环图的完整且定量的误差状态评价指标；/n步骤3，利用核密度估计方法提取电压互感器组的所述误差状态评价指标差值阈值，对所述评估特征参量进行实时评估，根据所述实时评估结果评估所述电压互感器组的误差状态；所述误差状态包括误差正常状态和误差异常状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于输出时间序列差分的电压互感器误差评估方法，其特征在于，所述电压互感器误差评估方法针对同一测量点处存在多组电压互感器的情况，包括：
步骤1，采用差分间距自适应的差分方法，构造具备平稳分布特征且表征电压互感器误差状态的评估特征参量；
步骤2，将所述评估特征参量作为矩阵元素构建高维随机矩阵，计算所述高维随机矩阵极限谱分布圆环图，利用KPCA重构算法处理所述圆环图，提取描述所述圆环图的完整且定量的误差状态评价指标；
步骤3，利用核密度估计方法提取电压互感器组的所述误差状态评价指标差值阈值，对所述评估特征参量进行实时评估，根据所述实时评估结果评估所述电压互感器组的误差状态；所述误差状态包括误差正常状态和误差异常状态。


2.根据权利要求1所述的电压互感器误差评估方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤101，采集所述多组电压互感器其二次侧的输出电压信号，计算输出电压时间序列
的自相关函数：，；
其中，表示某段时间内电压互感器输出电压时间序列，；表示差分
间距；
步骤102，将所述自相关函数取极大值时的作为输出电压的差分间距，对输出电压
时间序列做差分处理，得到多组状态参量；
步骤103，对所述多组状态参量进行ADF平稳性检验，将符合平稳分布特征的状态参量作为所述评估特征参量。


3.根据权利要求1所述的电压互感器误差评估方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤201，在截取的评估时间窗内，将获取的评估特征参量序列作为矩阵行元素构建原始矩阵；
步骤202，在稀疏矩阵条件下，基于数据复制、分段及叠加白噪声的方式，扩展所述原始矩阵得到评估矩阵；
步骤203，对所述评估矩阵进行标准化，使所述评估矩阵元素的均值为0，方差为1；
步骤204，计算所述评估矩阵的奇异值等价矩阵，求取所述奇异值等价矩阵的特征值；
步骤205，基于KPCA重构算法求取描述所述奇异值等价矩阵的特征值的重构数据，依据所述重构数据获取所述误差状态评价指标。


4.根据权利要求3所述的电压互感器误差评估方法，其特征在于，所述步骤205包括：
步骤20501，利用所述KPCA重构算法对所述奇异值等价矩阵的特征值进行聚类分析，得到重构数据z;
步骤20502，计算所述误差状态评价指标的公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，李红斌，焦洋，周峰，陈庆，张传计，马克琪，姜春阳，王欢，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42