基于云边融合的区域电网电力变压器健康状态评估系统

1.本发明涉及变压器评估领域，尤其是涉及一种基于云边融合的区域电网电力变压器健康状态评估系统。


背景技术：

2.现阶段常用的变压器运行状态评估技术主要有四类，分别是模糊数学技术、专家系统技术、神经网络技术和遗传算法技术。除此以外，“云”技术的提出得到了人们的广泛关注。在电力变压器健康评估中利用信息融合分析技术，关联分析热老化和健康指数模型，并在云平台下开发电力变压器健康评估软件。采用关键状态量的信息验证了理论的可行性，但实际应用效果尚未进行实际挂网运行。针对配电变压器健康状态评估中个评估状态量存在模糊性和随机性的问题。另外，现有评估方法所选取的配电变压器健康状态指标涵盖不够全面，对电力变压器健康状态评估技术的研究仅限于一台机器的数据，具有局限性和不准确性。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于云边融合的区域电网电力变压器健康状态评估系统。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种基于云边融合的区域电网电力变压器健康状态评估系统，包括数据采集处理组件、通信模块、中心云服务器，
6.所述的数据采集处理组件包括多个设于待评估区域内的电力变压器处的云边采集处理器，所述的云边采集处理器用于获取、储存并处理电力变压器的评估数据；
7.所述的数据采集处理组件通过通信模块与中心云服务器进行数据交互；
8.所述的中心云服务器获取云边采集处理器存储的评估数据，并电力变压器的评估数据进行聚合得到评估指标，并基于对待评估区域内的电力变压器的评估指标获取区域标准指标，获取评估指标超过或低于区域标准指标预设阈值的电力变压器作为待调节变压器，调节所述待调节变压器的负荷。
9.优选地，所述的评估数据包括振动信号、电流信号和高频信号。
10.优选地，所述的中心云服务器获取振动信号、电流信号和高频信号的对应权值，根据权值对振动信号、电流信号和高频信号进行加权取均值获取评估指标。
11.优选地，所述评估指标的获取公式为：
12.si＝w
1vi
+w2ii+w3fi13.其中，si为第i个电力变压器的评估指标，w1、w2、w3分别为振动信号、电流信号和高频信号权值，vi为第i个电力变压器的振动信号值，ii为第i个电力变压器的电流信号值，fi为第i个电力变压器的高频信号值。
14.优选地，所述的区域标准指标的计算公式为：
[0015][0016]
其中，区域标准指标，n为区域内的电力变压器总数。
[0017]
优选地，调节所述待调节变压器的负荷时，获取待调节变压器的评估指标与区域标准指标的差异值：
[0018][0019]
其中，δi为第i个电力变压器与区域标准指标的差异值，
[0020]
并调节所述待调节变压器的负荷为原负荷的δi。
[0021]
优选地，所述的云边采集处理器包括器身振动采集处理模块、电流采集处理模块、高频采集处理模块，
[0022]
所述的器身振动采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的振动信号；
[0023]
所述的电流采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的电流信号；
[0024]
所述的高频采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的高频信号。
[0025]
优选地，所述的器身振动采集处理模块包括器身振动采样子模块、负荷电流采样子模块、负荷电压采样子模块、振动信号采集器、振动采集处理器，
[0026]
所述的器身振动采样子模块用于对电力变压器的器身振动信号进行采样；
[0027]
所述的负荷电流采样子模块用于对电力变压器的负荷电流信号进行采样；
[0028]
所述的负荷电压采样子模块用于对电力变压器的负荷电压信号进行采样；
[0029]
所述的振动信号采集器用于采集器身振动信号并发送至振动采集处理器；
[0030]
所述的振动采集处理器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至中心云服务器。
[0031]
优选地，所述的电流采集处理模块包括多个电流采样子模块、电流信号采集器、电流信号处理器，
[0032]
所述的电流采样子模块用于对电力变压器的电流信号进行采样；
[0033]
所述的电流信号采集器采集电流信号并发送至电流采集处理器；
[0034]
所述的电流采集处理器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至中心云服务器。
[0035]
优选地，所述的高频采集处理模块包括特高频传感器、高频传感器、超声波传感器、特高频模块、高频模块、超声波模块，
[0036]
所述的特高频传感器用于对电力变压器的特高频信号进行采样，所述的特高频模块包括多个特高频局部放电板，用于对特高频传感器获取的特高频信号进行采集、处理、存储；
[0037]
所述的高频传感器用于对电力变压器的高频信号进行采样，所述的高频模块包括多个高频局部放电板，用于对高频传感器获取的高频信号进行采集、处理、存储；
[0038]
所述的超声波传感器用于对电力变压器的超声波信号进行采样，所述的超声波模块包括多个超声波局部放电板，用于对超声波传感器获取的超声波信号进行采集、处理、存
储。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0040]
1)本发明以多台电力变压器为监控评估对象，从提高多台电力变压器健康状态监测与能源管理的角度出发，将云边技术合理应用，并结合多源信息融合技术，实现边缘侧重点存储和处理终端设备所提供的多维感知数据进行处理并上传至云，而云端中心对数据进行融合以及大数据的多维分析应用。
[0041]
2)本发明对多台电力变压器进行监测，其中每个电力变压器及对应的云边采集处理器可以看作边缘，然后将边缘数据进行预处理之后上传至中心云服务器，接着中心云服务器根据边缘传送的数据进行数据融合，并对电力变压器健康状态进行评估，基于多台电力变压器的大数据获取区域内的区域标准指标，将与区域标准指标存在偏差大于阈值的电力变压器作为待调节变压器，进行对应的调节，进一步提升评估的可靠性、准确性及电力变压器的节能增效。
[0042]
3)本发明根据区域电网多台电力变压器监测到的数据去评估电力变压器健康状态的指标是否符合要求，并且以此所建立的电力变压器健康状态评估指标体系更加完善，评估指标多元化，如局部放电信号，包括高频脉冲电流，超声波和特高频电磁波，变压器振动信号、负载电压、负载电流、风机油泵电流以及温度和湿度等，评估准确性和可靠性高，对电力变压器的调节效果好，确保区域内电力变压器的正常工作。
附图说明
[0043]
图1为本发明的结构示意图；
[0044]
图2为本发明器身振动采集处理模块的结构示意图；
[0045]
图3为本发明高频采集处理模块的结构示意图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
[0047]
实施例
[0048]
一种基于云边融合的区域电网电力变压器健康状态评估系统，如图1所示，包括数据采集处理组件、通信模块、中心云服务器。
[0049]
本实施例中，数据采集处理组件包括多个设于待评估区域内的电力变压器处的云边采集处理器，云边采集处理器用于获取、储存并处理电力变压器的评估数据，评估数据包括振动信号、电流信号和高频信号。
[0050]
具体地，云边采集处理器包括器身振动采集处理模块、电流采集处理模块、高频采集处理模块，器身振动采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的振动信号；电流采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的电流信号；高频采集处理模块用于获取、处理并存储电力变压器的高频信号。
[0051]
本实施例中，器身振动采集处理模块包括器身振动采样子模块、负荷电流采样子模块、负荷电压采样子模块、振动信号采集器、振动采集处理器，
[0052]
器身振动采样子模块用于对电力变压器的器身振动信号进行采样；
[0053]
负荷电流采样子模块用于对电力变压器的负荷电流信号进行采样；
[0054]
负荷电压采样子模块用于对电力变压器的负荷电压信号进行采样；
[0055]
振动信号采集器用于采集器身振动信号并发送至振动采集处理器；
[0056]
振动采集处理器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至中心云服务器。
[0057]
本实施例中，如图2所示，振动采集处理器为stm32h743zit6单片机，振动采集处理器采用外扩ad7616为采集器，外扩ram用于信号采集和运算。器身振动采样子模块、负荷电流采样子模块、负荷电压采样子模块采集的信号包括18路振动信号，3路负荷电流和3路负荷电压，16路振动信号由ad7616采集，其余2路振动、3路负荷电压、负荷电流由stm32控制器内部ad采集；通过过零比较器得到系统当前的零相位，供系统中高频检测部分使用(局放的幅值和相位)。
[0058]
电流采集处理模块包括多个电流采样子模块、电流信号采集器、电流信号处理器，电流采样子模块用于对电力变压器的电流信号进行采样；电流信号采集器采集电流信号并发送至电流采集处理器；电流采集处理器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至中心云服务器。
[0059]
本实施例中，电流采样子模块包括用于采集中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号的多个电流采样子模块，电流信号处理器为stm32h743zit6单片机，电流信号采集器为ad7616采集器，ad7616采集器采集16路电流信号，系统中一共72路风机有油泵电流，1路铁心接地电流、1路夹件接地电流和1路变压器中性点接地电流，故需要设置5个电流采样模块进行采样。
[0060]
如图3所示，高频采集处理模块包括特高频传感器、高频传感器、超声波传感器、特高频模块、高频模块、超声波模块，特高频传感器用于对电力变压器的特高频信号进行采样，特高频模块包括多个特高频局部放电板，用于对特高频传感器获取的特高频信号进行采集、处理、存储；高频传感器用于对电力变压器的高频信号进行采样，高频模块包括多个高频局部放电板，用于对高频传感器获取的高频信号进行采集、处理、存储；超声波传感器用于对电力变压器的超声波信号进行采样，超声波模块包括多个超声波局部放电板，用于对超声波传感器获取的超声波信号进行采集、处理、存储。
[0061]
本实施例中，高频采集处理模块共3块特高频局部放电板、3块高频局部放电板、6块超声波局部放电板，每块局部放电板中可接入2路局部放电信号。因此，该局部放电监测系统共可监测到6路特高频局部放电信号、6路高频局部放电信号、12路超声波局部放电信号。其中，每块局部放电硬件电路板中都包含了前端信号调理模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块等。利用5v开关电源为高频采集处理模块供电。
[0062]
数据采集处理组件通过通信模块与中心云服务器进行数据交互，本实施例中，通信模块为can通信总线。
[0063]
中心云服务器获取云边采集处理器存储的评估数据，并电力变压器的评估数据进行聚合得到评估指标，并基于对待评估区域内的电力变压器的评估指标获取区域标准指标，获取评估指标超过或低于区域标准指标预设阈值的电力变压器作为待调节变压器，调节所述待调节变压器的负荷。
[0064]
中心云服务器获取振动信号、电流信号和高频信号的对应权值，根据权值对振动信号、电流信号和高频信号进行加权取均值获取评估指标。
[0065]
具体地，评估指标的获取公式为：
[0066]
si＝w
1vi
+w2ii+w3fi[0067]
其中，si为第i个电力变压器的评估指标，w1、w2、w3分别为振动信号、电流信号和高频信号权值，vi为第i个电力变压器的振动信号值，ii为第i个电力变压器的电流信号值，fi为第i个电力变压器的高频信号值。
[0068]
区域标准指标的计算公式为：
[0069][0070]
其中，区域标准指标，n为区域内的电力变压器总数。
[0071]
本实施例中，第i个电力变压器的振动信号值vi为电力变压器的各振动信号值加权平均后获取的综合振动信号值，第i个电力变压器的电流信号值ii为电力变压器的各电流信号值加权平均后获取的综合电流信号值，第i个电力变压器的高频信号值fi为电力变压器的各高频信号值加权平均后获取的综合高频信号值。
[0072]
调节所述待调节变压器的负荷时，获取待调节变压器的评估指标与区域标准指标的差异值：
[0073][0074]
其中，δi为第i个电力变压器与区域标准指标的差异值，
[0075]
并调节所述待调节变压器的负荷为原负荷的δi。
[0076]
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。