一种电气设备封闭箱体内部温升的监测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气设备及温度监测技术领域，具体地说，本发明涉及一种电气设备 封闭箱体内部温升的监测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，电气设备通常被置于封闭箱体内，随着电流的升高，该封闭箱体也会 逐步升高，这可能会对设备的安全运行造成影响。因此，在设计电气系统时，通常需要对该 电气系统进行温升实验，以确保其温度变化状况能够适于相应的工业标准。现有的温升实 验方案通常是在被测电气设备的封闭箱体内选取若干个特定位置，在这些位置分别设置温 度传感器，然后在运行电气设备的过程中通过温度传感器网络监测并记录温度随时间的变 化，从而获得该电气设备的温升数据，图1示出了一个典型的智能化金属封闭开关设备的 开关柜内部温升数据曲线。然而，基于现有的温升实验方案，电气设备的温升过程通常需要 很长时间（例如6小时）才能趋于稳定，这导致温升实验耗时过长，效率低下。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种能够克服上述技术问题的解决方案。
[0004] 本发明提供了一种电气设备封闭箱体内部温升的监测方法，包括下列步 骤：1)根据在电气设备封闭箱体内部实测的温度-时间数据对，基于指数温升模型
进行拟合，得到模型参数T w、τ。和Ti,其中，η为1或2，τ为温 度变量，t为时间变量；2)根据步骤1)所得的指数温升模型，得到电气设备封闭箱体内部的 相应位置处的任意时间点的温度。
[0005] 其中，所述步骤1)中，基于指数温升模型的拟合采用最小二乘均值法。
[0006] 其中，所述指数温升模型中η为1，所述指数温升模型表示为
所述步骤1)包括下列子步骤：
[0007] 11)对指数温升模型中的进行泰勒多项式展开并舍弃高次项，得到的有限 项数的泰勒多项式；
[0008] 12)将所述的有限项数的泰勒多项式代入所述指数温升模型，得到温度变量 τ的有限项数的泰勒多项式；
[0009] 13)将多组所述实测的温度-时间数据对代入所述温度变量τ的有限项数的泰勒 多项式，求解多元方程，得到模型参数t w、τ。和Τ。
[0010] 其中，所述步骤1)还包括下列子步骤：
[0011] 14)基于步骤13)所得的模型参数τ w、τ。和Τ，计算
[0012] 残差
[0013] 其中τ p tl表示第i组实测的温度-时间数据对，N表示实测的温度-时间数据 对的数目；
[0014] 15)当残差res2超过预设的阈值时，对模型参数\和T进行校正。
[0015] 其中，所述步骤15)中，根据实测温度值和指数温升模型所计算得到的温度值的 大小关系，校正模型参数^和丁。
[0016] 其中，所述步骤15)中，校正模型参数\和T的方法包括下列子步骤：
[0017] 151)当指数温升模型所计算得到的温度值大于实测温度值时，更新
[0018] 152)当指数温升模型所计算得到的温度值小于实测温度值时，更新
[0019] 步骤 151)和 152)中，
[0020] 153)在更新\和T后，回到步骤14)进行处理，直至残差res2F超过预设的阈 值。
[0021] 其中，所述步骤2)中，判断当前电流是否电流变化率是否小于预设的门限值，并 且在当前电流小于预设的门限值时根据当前所得的指数温升模型，得到电气设备封闭箱体 内部的相应位置处的任意时间点的温度。
[0022] 其中，所述步骤2)中，所述预设的门限值为100A/S。
[0023] 本发明还提供了一种电气设备封闭箱体内部温升的监测装置，包括：
[0024] 数据拟合单元，用于根据在电气设备封闭箱体内部实测的温度-时间数据对，基 于指数温升模型
进行拟合，得到模型参数tw、Ti^pt 1，其中，η为 1或2, τ为温度变量，t为时间变量；
[0025] 温度监测单元，用于根据所得的指数温升模型，得到电气设备封闭箱体内部的相 应位置处的任意时间点的温度。
[0026] 其中，所述数据拟合单元还用于采用最小二乘均值法实现基于指数温升模型的拟 合。
[0027] 其中，所述温度监测单元还用于判断当前电流是否电流变化率是否小于预设的门 限值，并且在当前电流小于预设的门限值时根据当前所得的指数温升模型，得到电气设备 封闭箱体内部的相应位置处的任意时间点的温度。
[0028] 其中，所述数据拟合单元采用MCU、单片机或者FPGA实现。
[0029] 本发明还提供了一种用于封装电气设备的智能封闭箱体，所述智能封闭箱体包括 箱体、安装在所述箱体内部的温度传感器网络，与所述温度传感器网络连接的监测装置，以 及预警装置；所述监测装置为上述电气设备封闭箱体内部温升的监测装置，所述预警装置 根据所述监测装置所输出的温度进行预警。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：
[0031] 1、本发明能够较短时间内获得电气设备封闭箱体内部温升的完整数据，从而避免 温升实验耗时过长。
[0032] 2、本发明能够对电气设备封闭箱体内部的温升进行预警，提早发出警示。
[0033] 3、本发明的计算量小，准确度高，能够使用MCU、单片机等低成本设备实现高精度 的温度预测及预警。
【附图说明】
[0034] 图1示出了一个典型的开关柜内部温升数据曲线；
[0035] 图2示出了单指数温升模型的曲线形状；
[0036] 图3示出了本发明一个实施例中对所估计的参数进行校正的流程图；
[0037] 图4a~1示出了基于交流金属封闭开关设备的实际测试中所选取的12个测温点 的拟合数据和实测数据。
【具体实施方式】
[0038] 根据本发明的一个实施例，提供了一种电气设备封闭箱体内部温升的监测方法， 包括步骤1~2。
[0039] 步骤1 :基于特定的温度模型，根据实测的数据对温度曲线进行拟合，获得温度随 时间变化的函数表达式。
[0040] 本实施例中，为确保温度监测的准确性，温度模型采用了一种单指数温升模型，其 公式为
[0042] 其中，τ为温度变量，t为时间变量，模型参数τ。表示初始温度，τ。+τ w为最终 稳定温度，T表示时间常数。图2示出了单指数温升模型的曲线形状。
[0043] 在一个实施例中，步骤1中，根据泰勒多项式展开和最小二乘（least square mean，缩写为LSE)法进行拟合，估计单指数温升模型中的未知参数τ。，\和！\该过程包 括下列子步骤：
[0044] 步骤11 进行泰勒多项式展开并舍弃高次项，得到的有限项数的泰勒多 项式。本步骤中，基于泰勒多项式展开公式：
[0046] 可以得出：
[0048] 步骤12 :将所述的有限项数的泰勒多项式代入所述指数温升模型，得到温度 变量的有限项数的泰勒多项式。一个例子中，取四阶泰勒多项式进行计算，得到：
[0050] 步骤13 :将多组所述实测的温度-时间数据对代入所述温度变量τ的有限项数 的泰勒多项式，基于LSE法求解多元方程，得到模型参数t w、τ。和Τ。
[0051] 本步骤中，基于LSE法的参数估计过程如下：已知多组所述实测的温度-时间数 据，将配对的温度和时间数据分别记为^和1，其中η= 1，2,3...。将^和^代入公式 ⑷中，得到：
[0059] 将公式（5-1)，（5-2)，......，（5-η)写成矩阵形式，得到：
[0062] 则公式（6)可写成：
[0063] Y = HX (7)
[0064] 基于LSE法求解X，得到：
[0065] X = (HtH) 1HtY (8)
[0066] 进而得到：
[0067] τ0 = Χ(1) (9-1)
[0068] T = X (2)/X (3) (9-2)
[0069] Tw = Χ(2)Τ (9-3)
[0070] 步骤14 :对所估计的参数τ w和T进行校正。
[0071] 基于LSE法得到τ。，后，还进一步可以通过拟合结果与实测数据的残差对 所估计的这些参数估计进行校正。图3示出了一个实施例中对所估计的参数^和T进行 校正的流程图。参考图3,校正过程包括如下子步骤：
[0072] 步骤141 :计算第一残差reSl和第二残差res2。
[0073] 其中第一残差：
[0075] 第二残差：
[0077] 其中τ P tl表示第i组实测的温度-时间数据对，N表示实测的温度-时间数据 对的数目。
[0078] 步骤142 :根据第二残差res2的大小判断是否需要校正模型参数\和1\本步骤 中，如果第二残差res2大于预设的阈值T1，则执行步骤143,否则执行步骤146。
[0079] 步骤143 :如果指数温升模型所计算得到的拟合温度值大于实测温度值，则执行 步骤144,否则，执行步骤145。
[0080] 步骤144 :对τ w和T进行如下更新：
返回步骤141。
[0082] 步骤145 :对τ w和T进行如下更新：
返回步骤141。
[0084] 步骤146 :确定残差^82在容忍范围之内，将当前的模型参数T1^PT作为最终的 模型参数。
[0085] 上述校正过程中，在更新TjPT后，再次基于公式（10)、（11)计算新的resjP res 2，并再次根据残差res2的大小校正或确定模型参数τ w和T，这样不断循环，直至残差 ^&满足要求，即可获得最终的模型参数^和！1。
[0086] 步骤2 :根据温度随时间变化函数的表达式得到包括未来时刻在内的任意时刻的 温度。
[0087] 在模型参数τ。、τ^ΡΤ确定后，即可获得温度随时间变化函数的表达式
将任意时刻点代入时间变量t即可获得相应时刻的温度值。
[0088] 基于上述温度监测方法，能够大大缩短电气设备或电气系统的温升实验所需时 间，提高温升实验的效率。并且，上述指数模型不仅能够很好地描述电气设备封闭