专利名称：用于预先确定过程变量的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据前述权利要求1所述的用于预先确定过程 变量的方法。具体地，该方法可被用于监控在气体绝缘开关装置中绝 缘气体的压力。
背景技术：
过程变量的测量通常会受到误差的影响。这通常用于克服测量 信号干涉变量，该测量信号干涉变量系统地或随机地发生，不利地影 响实际测量信号，以及通常不能数学地获得。然而，系统干扰变量和 由此得到的测量误差通常可以通过在信号流图中的适当测量值来补 偿，随机干扰变量及其影响几乎不能被控制。
当必须考虑相当长的时间周期(例如，30年)以及为了几乎连 续地或者在相当短地时间间隔中估计相当多的测量值(例如，每分钟 一个测量值)的需要时，过程变量的预先确定也很困难。预先确定要 求需要测量数据以函数关系进行转换。为此，存在文献中描述的各种 数学方法。然后，方法必须能够如同短期改变一样确定和估计长期改变。
作为实例，在SF6气体绝缘高压开关装置中的不漏气监测就是 这种情况。这种气体绝缘开关装置具有技术感应泄露率，其对压力损 失敏感并且在开关装置工作期间相对于理想充气压力通常为每年小 于0.5%。然而，在诸如多孔密封的技术缺陷的情况下，泄露率可能 会更高。
气体压力的记录测量值对测量误差有影响。具体地，绝缘气体 的温度是这种测量误差的来源。这里，该温度取决于环境温度以及电 流和由此在监控的气体空间内生成的热损耗，该环境温度在一天和一 年的期间受到影响。同样，难以获得用于测量误差的计算校正或补偿的气体温度，该测量误差具体地因为空气空间内的不均匀温度分布而 引起。
因此，连续测量的过程变量(特别是绝缘气体的压力)的预先 确定必须能检测和分析气体压力的相当慢和相当快的改变。通过数学 逼近函数对气体压力的所有记录测量值进行纯数学估计是非常昂贵 的；特别是这需要相当高的计算能力。
发明内容
本发明的目的在于制定一种具有相当低费用的方法，其允许实 现在技术装置中过程变量足够精确的预先确定。
根据本发明通过具有权利要求1中指出的特征的方法来实现该 目的。
根据本发明，提供了首先将过程变量的测量值记录在可预定的 时间点处。然后，组成临时连续记录测量值以形成加权测量值，并将 离散测量值分配给每个加权测量值。通过离散测量值的回归估计过程 变量的将来时间分布，并计算过程变量达到可预定极限值的时间点。
因此，减少了将处理的测量值的数量，并补偿了重叠在过程变 量上的干扰变量。这种估计可以通过相当低的计算能力来实现，并允 许相当精确地预测过程变量分布。
优选地回归形式为线性回归。线性回归(即，通过直线来估计 测量值)相对容易实现，并产生相对精确的结果。
特别地，该方法可以应用于气体绝缘开关装置中，过程变量为 开关装置的气体空间中的绝缘气体压力。当绝缘气体压力下降到预定 阻止压力时，开关装置因此不再起作用，也就是说，不能执行其他开 关操作。
在这种情况下，该方法允许计算绝缘气体的压力达到预定组织 压力的时间点。在该时间点之前，开关装置的操作者可以因此即使准 备开关装置，或者仅准备开关装置将维修或修理的单个部分。
从其他从属权利要求中可获得本发明的其他有利设计方案。
本发明、本发明的有利设计方案和改进、以及其他优点将被详 细地示出，并参照附图描述，其中，示出了本发明的示例性实施例， 其中，
图1示出了记录和处理测量值的信号流图，
图2示出了绝缘气体压力的记录测量值的分布图， 图3示出了根据来自图2的分布图生成的离散测量值， 图4示出了来自图3的离散测量值的线性回归，以及 图5示出了来自图3的选取离散测量值的线性回归。
具体实施例方式
图1示出了记录和处理测量值的信号流图。拾取装置14获得其 上重叠有干涉变量S的过程变量X。拾取装置14通过中间电路18来 提供被进一步处理(具体地为放大)的电信号。同样地，由拾取装置 14提供的电信号具有重叠于其上的干涉变量S。拾取装置14和中间 电路18 —起形成了传感器16。
中间电路18向传输单元20提供放大的输出信号，该传输单元 通过无线电或经由电线将放大的输出信号传输给运算逻辑单元28。 运算逻辑单元28对从传输单元20处接收的放大的输出信号进行进一 步处理(例如，执行数字化)，并将进一步处理的输出信号以单个测 量值的形式提供给显示单元22以及记录单元24和数据处理单元26。
在该实例中，显示单元22是其上图示地示出测量过程变量X的 分布图的监视器。显示单元22还可以是打印机或绘图机。记录单元 24是将从运算逻辑单元28接收的测量值存储于其中的数据库。
数据处理单元26是数字计算机，其根据本发明的方法进一步处 理从运算逻辑单元28处接收的测量值。
图2示出了使用在时间T期间气体绝缘开关装置的气体空间中 绝缘气体的压力P的实例作为过程变量X的记录测量值的分布图。然 而，还可以想象显示诸如装载量、温度或长电工的其他过程变量X 的分布图。在大量预定时间点处，记录关于绝缘气体压力P的一个测量值， 并将其引入图中。这些值得分布图被认为是在时间上基本连续且在值 方面连续的。
图中还示出了在时间T0到T16的加权点以及公差带HI到H8。 记录在时间TO到Tl处的加权点之间的估计间隔中测量值被合
称，以形成加权测量值，并将其分配给加权的时间点Tl。例如，作
为该测量值的算术平均来计算加权测量值。
同样地，剩余加权时间点T2到T16的加权测量值被生成并被分
配到相应的加权时间点。加权测量值的分布在时间上是离散的，在值
方面是连续的。
在该实例中，在加权时间点TO到T16构成了估计间隔边界。也 可以想象加权时间点被分别分布在估计间隔的中间或另一点处。
然后，离散的测量值被分配给由此获得的每个加权测量值。在 这种情况下，相同的离散测量值被分配给位于相同公差带Hl到H8 中的所有加权测量值。
在该实例中，分配的离散测量值分别位于公差带的中间。也可 以想象选择例如位于相应公差带边缘的其他离散测量值。
图3示出了由此产生的离散测量值。离散测量值的分布是时间 上离散的，且值方面离散的。
在选取的实例中，在加权时间点之间的时间间隔相等且分别等 于一小时。也可以想象其他时间间隔，例如， 一分钟、 一天或一年。 相同地，可以想象在加权时间点之间的不同大小的时间周期。
加权时间点之间的时间间隔越短，离散测量值的分布就越精确。 加权时间点之间的时间间隔越长，需要的计算能力就越低。
在选取得实例中，所有公差带H1到H8均具有相同的宽度，例 如，100 mbar。然而，也可以想象公差带的其他不同宽度。
在选取的实例中，每个公差带直接邻接于相应的相邻公差带。 也可以认为公差带彼此交叠。在这种情况下，例如，将位于两个公差 带的交叠区域中的加权测量值分配给离散测量值，该离散测量值被分 配给在时间上先于它的加权测量值。也就是说，将加权测量值分配给离散测量值带有滞后。
图4中示出了来自图3的离散测量值的线性回归。代替线性回
归，也可以考虑和应用其他回归，例如，二次、指数或对数回归。 离散测量值被用于例如使用最小方差的方法来计算第一回归线
Gl的方程。这里详细示出了用于确定该方程参数过程的数学模型， 这对于本领域技术人员通常是己知的。
确定第一回归线Gl，使得尽可能精确地估计离散测量值的分布。 这里，第一回归线Gl的斜率对应于监控奇特空间中的压力损失。从 而，可以根据第一回归线Gl预先确定压力P的其他时间分布。
特别地，可以估计压力P将达到预定下限值得预期时间点TX。 该下限值被表示为如阻止压力一样低，并且对应于在开关装置不再能 工作处气体绝缘开关装置的气体空间中的压力。
一个数值实例将被用于示出对于达到阻止压力时的预定时间点 TX的计算。在开始记录测量值时，以7 bar的压力来填充开关装置 的气体空间。回归线的确定可以产生每年35mbar的压力损失。阻止 压力将是6.2bar。因此，达到阻止压力的预定时间点TX被计算为 在记录测量值开始之后的22. 86年。
图5示出了来自图3的选取离散测量值的线性回归。为了确定 第二回归线G2的方程，仅考虑位于在表示为如窗口界限F—样低的 可预定时间点之后的时间处的离散测量值。位于窗口界限F开头时间 处的测量值被忽略。
在该实例中，窗口界限F被固定在加权时间点T6和T7之间。 因此，仅考虑分配给加权时间点T7到T16的测量值，来确定第二回 归线G2的方程。加权时间点T7到T16组成了时间T内的时间窗。在 该实例中，时间窗具有十个测量值的宽度。当然，也可以考虑其他窗 口宽度。
同样地，例如，使用最小方差的方法来计算第二回归线G2的方 程，这里不再提供进一步描述。这里，第二回归线G2的斜率对应于 在监控气体空间中的压力损耗。
通过忽略位于窗口界限F开头时间处的测量值(即，旧的测量值)，可以检测过程变量分布中的短期改变。当例如在监测气体空间 中的密封在特定时间点变得多孔时，气体空间的压力损失从例如每年 35 mbar增加到每年2000 mbar。由于这种更快的压力损失，所以更 早地达到阻止压力，例如，已预期在密封变得多孔之后的0.4年。
代替使用时间窗来去确定第二回归线G2的方程，还可以考虑其 他方法，以考虑或多或少取决于其记录时间点的测量值。因此，例如， 在特定时间点之前可以仅考虑每个第二个测量值，以及在位于进一步 退后的其他时间点之前可以仅考虑每个第三个测量值。
在气体绝缘开关装置的操作期间，有利地正式确定第一回归线 Gl和第二回归线G2。
第一回归线G1以大的恒定模式工作，且对于短期影响(例如， 昼夜温度的改变或者其他干扰)相对不敏感。第一回归线G1适于预 测长期趋势。
考虑较新的测量值比考虑较旧的测量值更多，以确定第二回归 线G2。通过第二回归线G2相对较快地检测短期改变，例如，在监控 气体空间中的密封在特定时间点变得多孔时。第二回归线G2适于预 测短期趋势。
因此， 一方面，可以将第一回归线Gl和第二回归线G2的斜率 用于确定达到阻止压力的时间点。另一方面，可以使用已知梯度来判 断开关装置的状态，特别是检测损坏。
如果第一回归线Gl的梯度对应于每年大于100 mbar的压力损 耗，则可以由此推测在使用中的开关装置已经存在泄漏了，也就是说， 没有正确装配。
例如，第二回归线G2的梯度对应于每年大于500 mbar的压力 损失，这表示多孔密封。
可以通过组合多个加权时间点的多个离散测量值以形成在每种 情况下的集中测量值，来实现数据的进一步减少。
例如，在根据图3的实例中，可以组合其加权时间点彼此相距 各一个小时的24个离散测量值，以形成集中每日值。此外，28个每 天数据可以被组合以形成集中的四周值，以及34周的值可以被组成以形成集中的一年值。
在开关装置的完整气体空间的情况下，气体压力仅非常慢地改 变，例如，每年少于35mbar。在这种情况下，足以使用集中每年值， 以确定第一回归线Gl。
有利地，根据离散测量值和集中测量值有规律地彼此独立地确 定第一回归线Gl禾B/或第二回归线G2。以这种方式可以预测长期趋 势和短期趋势。
例如，可以考虑将其加权时间点彼此分别相距一个小时的离散 测量值用于确定每个小时的第二回归线G2，考虑个别的最后24个离 散测量值(即， 一天的离散测量值)，以确定该第二回归线G2。
通过实例，每天的24个离散测量值被额外地组合，以形成集中 每天值。然后，将由此获得的集中每天值用于每天确定第一回归线 Gl。通过实例，根据个别的最后24个集中每天值来可选或额外地计 算第二回归线G2。
以相同的方式，可以形成集中四周值和集中每年值，其被用于 确定第一回归线和/或第二回归线。
具体的，有利地，将其加权时间点位于彼此相当接近(例如， 在这种情况下的一个小时)的离散测量值用于有规律地确定第二回归 线'G2，以及将彼此时间上距离相对较远(例如，在这种情况下为一 年)的集中测量值用于确定第一回归线Gl。可以以这种方式相对有 效地检测短期趋势和长期趋势，并且确定该回归线的计算开销相对较 低。
不能以任意精度来实现对达到阻止压力的时间点的估计，而是 存在误差，这是因为回归线G1或G2仅表示对测量值的估计，并且测 量值不必精确地位于回归线。因此，有利地计算能够达到阻止压力的 时间间隔。
最后，计算用于描述回归质量的回归确定系数B。在这种情况下， 通过来自回归线的测量值的偏差来确定回归质量。这里不详细描述用 于确定回归确定系数B的数学模型，其对于本领域技术人员通常是已 知的。当所有测量值均位于回归线上时，质量最佳，关于确定系数保 持B4。确定系数越小，回归的质量就越差，也就是说测量值偏离回 归线相对较多。
为了计算将可能达到阻止压力的时间间隔，使用下列等式来计
算概率系数W，其中，该时间间隔通过下限TX1和上限TX2来固定 W二1-B。
当所有测量值均位于回归线上时，因此关于概率系数保持W=0。
借助于达到阻止压力的预期时间点TX和概率系数W，通过以下 方式来计算将可能达到阻止压力的时间间隔的下限TX1和上限TX2: TX1=TX(1-W) TX2=TX(1+W)
通过实例，这里假设给出确定系数B^.995，因此对于具有达到 阻止压力的预期时间点为TX=22. 86年的图4中的数字实例，生成下 限TX1为大约22. 75年，以及上限TX2为大约22. 95年。
因此，将能够达到阻止压力的的时间间隔具有可作为上限TX2 和下限TX1之差计算的宽度，大约为0. 22年或80. 3天。参考标号列表
14拾取装置 16传感器
18中间电路
20传输单元
22显示单元
24记录单元
26数据处理单元
28运算逻辑单元
S干涉变量 X过程变量 P压力 T时间
H1-H18公差带 T0-T16加权时间点 Gl第一回归线 G2第二回归线 F窗口边界
B确定系数 W概率系数
TX达到阻止压力的预期时间点 TX1下限 TX2上限
权利要求
1.一种预先确定技术装置中过程变量(P)的方法，其中，在可预定时间点处记录所述过程变量(P)的测量值，其中，时间上连续的记录测量值被组合以形成加权测量值，其中，离散测量值被分配给每个加权测量值，其中，通过所述离散测量值的回归来估计所述过程变量(P)的将来时间分布，以及其中，计算所述过程变量(P)达到可预定极限值的时间点。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述回归是线性回归。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，位于可预定公差带(H1…H8)内的每个加权测量值被分配相同的离散测量值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可预定公差带(H1…H8)具有不同的宽度。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述线性回归的确定系数(B)被计算，在这里借助于所述确定系数(B)来计算所述过程变量(P)能够达到预定极限值的时间间隔。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，考虑所述测量值程度的多少取决于其记录的时间点。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，仅考虑时间上位于可预定时间点之后的所述测量值。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述线性回归来检测所述技术装置的损坏。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法步骤被应用于作为技术装置的气体绝缘开关装置。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述气体绝缘开关装置的气体空间中的绝缘气体的压力被测量，作为过程变量(P)。
全文摘要
本发明涉及一种预先确定技术装置中过程变量(P)的方法，其中，在可预定时间点处记录过程变量(P)的测量值，其中，时间上连续的记录测量值被组合以形成加权测量值，其中，离散测量值被分配给每个加权测量值，其中，通过离散测量值的回归来估计过程变量(P)的将来时间分布，以及其中，计算过程变量(P)达到可预定极限值的时间点。
文档编号G05B23/02GK101595436SQ200780040189
公开日2009年12月2日 申请日期2007年10月26日 优先权日2006年10月28日
发明者于尔根·格洛克, 洛塔尔·海涅曼 申请人:Abb技术股份有限公司