基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统及其方法，其技术特点是：由安装在变电设备上的多个数据采集处理终端及主控平台连接构成，数据处理终端包括各类传感器及其调理电路、主控模块和IEC61850规约转换模块，各类传感器及其调理电路连接到主控模块上，主控模块对各种传感器数据进行处理并发送给IEC61850规约转换模块，该规约转换模块进行规约转换并通过以太网与主控平台进行数据传输。本发明利用滑动时间窗口来记录监测数据中异常点的发生时间和类型并进行多维数据的综合异常判断，能够实时快速地检出数据流中的异常，避免了目前在线监测数据常常由于传感器、环境变化、装置异常等影响因素而造成系统分析结果稳定性和可靠性的下降。
【专利说明】基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变电设备【技术领域】，尤其是一种基于多元时间序列的变电设备在线监 测分析系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 对变电设备的关键状态进行在线监测是电力设备状态评估和故障诊断的重要手 段。目前，在线监测系统利用状态评估方法来分析油色谱、油温、接地电流等数据，实时反映 运行情况及异常状态模式。然而现有系统往往由于传感器、环境变化、装置异常等因素影 响数据的稳定性和可靠性，仅仅依靠传统的状态阈值判定法不容易及时提取到故障预警特 征，难以准确、及时发现变电设备的异常状态，甄别噪声数据；而人工神经网络、专家系统等 人工智能方法存在样本、知识库不完善等弊端；并且现有的系统只适用于单一静态的特征 量，无法处理实时、动态的多元数据。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够快速准确发现 变电设备异常的基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统及其方法。
[0004] 本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0005] -种基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统，由安装在变电设备上的多 个数据采集处理终端及主控平台连接构成，所述的数据处理终端包括各类传感器及其调理 电路、主控模块和IEC61850规约转换模块，各类传感器及其调理电路连接到主控模块上， 主控模块对各种传感器数据进行处理并发送给IEC61850规约转换模块，该IEC61850规约 转换模块进行规约转换并通过以太网与主控平台进行数据传输。
[0006] 而且，所述的各类传感器及其调理电路包括用于监测变压器油气分离后气体浓度 的半导体气敏传感器及其信号调理电路、用于监测变压器顶层油温的钼电阻及其信号调理 电路和用于监测环境温度的环境温度传感器，所述的半导体气敏传感器及其信号调理电路 连接到主控模块的A/D转换器上，所述的钼电阻及其信号调理电路连接到主控模块的A/D 转换器上，所述的环境温度传感器连接到主控模块中的A/D转换器。
[0007] 而且，所述主控模块采用LPC2292芯片，所述IEC61850规约转换模块采用0K6410 嵌入式开发板。
[0008] -种基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统的分析方法，包括以下步 骤：
[0009] 步骤1、令S为由M维度量空间的点代表的N个数据对象S={Xi|i= 1，2,...， N}的集合，将S分成k个子集I，W2, . . .Wk的一个划分称为k-聚类，其中每个I称为一个 簇，聚类簇中心依次为(^，c2, . . .，ck，其中
【权利要求】
1. 一种基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统，其特征在于：由安装在变电 设备上的多个数据采集处理终端及主控平台连接构成，所述的数据处理终端包括各类传感 器及其调理电路、主控模块和IEC61850规约转换模块，各类传感器及其调理电路连接到 主控模块上，主控模块对各种传感器数据进行处理并发送给IEC61850规约转换模块，该 IEC61850规约转换模块进行规约转换并通过以太网与主控平台进行数据传输。
2. 根据权利要求1所述的基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统，其特征在 于：所述的各类传感器及其调理电路包括用于监测变压器油气分离后气体浓度的半导体气 敏传感器及其信号调理电路、用于监测变压器顶层油温的钼电阻及其信号调理电路和用于 监测环境温度的环境温度传感器，所述的半导体气敏传感器及其信号调理电路连接到主控 模块的A/D转换器上，所述的钼电阻及其信号调理电路连接到主控模块的A/D转换器上，所 述的环境温度传感器连接到主控模块中的A/D转换器。
3. 根据权利要求1所述的基于多元时间序列的变电设备在线监测分析系统，其特征在 于：所述主控模块采用LPC2292芯片，所述IEC61850规约转换模块采用0K6410嵌入式开发 板。
4. 一种如权利要求1至3任一项所述在线监测分析系统的分析方法，其特征在于包括 以下步骤： 步骤1、令S为由M维度量空间的点代表的N个数据对象S = IxiIi = 1，2，...，N}的 集合，将S分成k个子集W1, W2,... Wk的一个划分称为k-聚类，其中每个Wi称为一个簇，聚 类簇中心依次为C1, c2, . . .，ck，其中= x n」是簇Wj中数据对象的个数，使用如下 聚类目标函数来衡量聚类质量好坏：
其中，c^(\，Cp表示数据对象\与聚类中心之间的欧式距离，目标函数J表示每个 数据对象与所在的聚类中心的距离之和； 步骤2、对特征属性值进行如下标准化处理：
其中xlf，. . .，Xnf是f?的n个属性特征值，mf是f?的平均值，其计算公式为：
步骤3、确定待检测的在线监测时间序列数据，通过滑动时间窗口 SW筛选出候选的异 常数据集Q= UpA2,...，AN}，并在时间序列上标记每个候选异常数据4 = 步骤4、判断异常数据集Q中的数据点是是否属于步骤1中的K个聚类簇，若不属于则 为异常数据点ap 步骤5、根据步骤2中两个公式的输出结果，比较异常数据点％及邻近的其他时刻数据 点情况，对该多元时间序列进行异常模式的分析：当异常多元数据点ai相邻时间段的连续 m个数据点全部或者大多数不属于步骤1中K个聚类簇，属于IO异常模式，则判断该设备可 能出现了异常的运行状态，根据上述m个异常数据点的产生时刻段IV?1^;可以推断出异常 状态的发生时间；当异常多元数据点％相邻时间段的连续m个数据点没有或者少数属于步 骤1中K个聚类簇，属于AO异常模式，则判断该段数据中存在少数几个噪声点，属检测装置 不稳定。
【文档编号】G01R31/00GK104330675SQ201410654947
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】郗晓光, 高士伟, 刘兆领, 郑悦, 姚瑛, 李琳, 王浩鸣, 唐庆华, 满玉岩, 张驰 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司