一种基于参数辨识的绕组结构故障定位方法及装置与流程

本发明涉及电力变压器绕组变形检测，并且更具体地，涉及一种基于参数辨识的绕组结构故障定位方法及装置。

背景技术：

1、电力变压器是电力系统中的关键设备，起到电能变换、换相、隔离和降噪等作用。它的运行状态关系到电网电能是否正常传输和有效分配，变压器一旦发生故障将会导致大面积停电，影响人民的正常生活，带来巨大经济损失。研究表明，在电力变压器发生的众多故障数据中，由于绕组变形所引起的事故最为常见，而绕组变形主要源于两方面因素：一方面，电力变压器在运输过程中容易受到外力碰撞而导致其内部出现如绕组局部内凹、局部鼓包等故障隐患，从而在投入运行后不久由于隐患不断加剧致使其退出运行；另一方面，电力变压器在持续运行过程中，由于短路电流冲击、过电压、匝间绝缘纸的磨损等各种因素的影响，其绕组势必会出现不同程度、不同类型的变形。绕组变形缺陷在早期一般不会造成重大事故的发生，但是因此产生的绝缘缺陷会随着变压器的持续运行而日益扩大，最终可能会造成变压器停运等严重后果。如何有效、准确地检测和诊断变压器绕组变形状态就成了变压器故障的关键问题。

2、目前，针对于变压器故障检测的方法主要有：频率响应法、短路阻抗法和扫频阻抗法等，其中频率响应法作为目前常用的变压器故障检测方法，具有测试灵敏度高、设备简单易携，以及绕组变形判据较为完善等优点，然而频响法进行故障诊断时，常依赖于工作人员的现场经验判断，容易造成变压器绕组的误判。如何从已有的频率响应数据中提取出反映绕组真实变形状态的有用信息则是进行变压器绕组变形精确、定量诊断方法研究的关键和难点。因此,急需一种能够准确、高效地判断变压器绕组变形状态的变压器绕组诊断方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于参数辨识的绕组结构故障定位方法及装置。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于参数辨识的绕组结构故障定位方法，包括：

3、获取不同状态下变压器绕组的实测频响数据，不同状态包括变压器的正常状态和故障状态；

4、构建变压器绕组的梯形网络结构，并通过施加不同状态的边界条件，确定不同状态下梯形网络结构中元件的初始参数；

5、利用梯形等效网络的电压电流关系，确定变压器绕组单元每个元件的单元参数与频率响应数据的关联关系；

6、根据不同状态下实测频响数据构建目标函数，采用参数识别算法，根据不同状态下的初始参数、目标函数以及单元参数与频率响应数据的关联关系，识别不同状态下梯形网络结构元件的最优参数；

7、根据不同状态下梯形网络结构元件的最优参数以及变压器绕组的正常参数，确定变压器绕组的故障类型、位置和程度的诊断。

8、可选地，梯形网络结构由高压侧电路模型、低压侧电路模型组成，高压侧电路模型/低压侧电路模型的节点与节点之间支路由串联形式的饼间电感、电阻及并联形式的饼间电容、电导所组成，高压侧电路模型/低压侧电路模型节点与地之间支路由并联的对地电导和对地电容组成，高压侧电路模型、低压侧电路模型之间通过耦合支路进行连接，耦合支路连接高压侧电路模型节点与低压侧电路模型节点，耦合支路包括并联的耦合电容和耦合电导。

9、可选地，边界条件为高压绕组1a电流，低压绕组0v电压。

10、可选地，利用梯形等效网络的电压电流关系，确定变压器绕组单元每个元件的单元参数与频率响应数据的关联关系，包括：

11、利用基尔霍夫电压电流定律对梯形等效网络的各节点和各支路构建方程组；

12、根据构建的方程组，确定变压器绕组单元每个元件的单元参数与频率响应数据的关联关系。

13、可选地，构建的方程组包括：

14、2n个阻抗支路列写kvl方程：

15、

16、2n+2个节点列写kcl方程：

17、

18、式中，n为梯形等效网络的截面数，im为编号m的电感电阻支路的电流；um为编号m的节点上的电压；ggm为编号m的节点与地之间的电导；cgm为编号m的节点与地之间的电容；gp,q为编号p的节点与编号q的节点之间的电导；cp,q为编号p的节点与编号q的节点之间的电容。

19、可选地，变压器绕组单元每个元件的单元参数与频率响应数据的关联关系为：

20、

21、式中，x(1)为绕组端部施加的电压的频域值；x1(n)为模型中编号n的节点的电压频域值；h为编号n的节点电压相对于端部电压的频率响应。

22、可选地，根据不同状态下实测频响数据以及单元参数与频率响应数据的关联关系构建目标函数，采用参数识别算法，根据不同状态下的初始参数以及目标函数，识别不同状态下梯形网络结构元件的最优参数，包括：

23、步骤1：根据不同状态下实测频响数据以及仿真得到的仿真频响数据构建目标函数，设置灰狼优化算法终止的分类错误率λ；

24、步骤2：初始化鲸群，设置鲸群大小为n，并在可行域内初始化鲸群位置，并根据初始化鲸群位置以及单元参数与频率响应数据的关联关系得到仿真频响数据，鲸鱼的位置为梯形等效网络的元件参数组成的向量；

25、步骤3：根据目标函数计算步骤2随机产生的鲸鱼的目标函数值，并记录目标函数值最小的鲸鱼所在位置xbest；

26、步骤4：判断鲸鱼所在位置xbest的目标函数值是否小于λ，若不满足，定义迭代次数t＝1，对根据预先设定的更新公式对鲸鱼进行位置更新，并对更新位置后的鲸鱼进行越界调整，并重新计算鲸鱼的目标函数值，并记录更新后的目标函数值最小的鲸鱼所在位置xbest。

27、步骤5：判断步骤4中更新得到的xbest的目标函数值是否小于λ，若不满足，令t＝t+1，重复步骤4的鲸鱼位置更新，直到更新后的鲸鱼所在位置xbest的目标函数值小于λ，将最后一次迭代获得的xbest作为最优位置，并将其转化为梯形等效网络中的7n+3个元件的最优参数。

28、可选地，目标函数为：

29、

30、式中，k为频响数据幅频曲线的谐振点个数，m为频响数据相频曲线的谐振点个数，hi为幅频曲线谐振点中第i个频点的幅值，hp为相频曲线谐振点中第p个频点的幅值，(hi)实测为实测频响数据，(hi)仿真为仿真频响数据。

31、可选地，更新公式如式所示。

32、

33、式中，三个表达式分别对应着鲸鱼进行搜索猎物、包围猎物和狩猎三种行为，其中xrand为随机选择的鲸鱼位置，a＝2ar1-a,c＝2r1,a的值从2到0线性递减，r1是一个[0,1]的随机数，d＝|c×xbest(t)-x(t)|，d'＝|xbest(t)-x(t)|，b是一个常数，用来定义螺线的形状，l是(-1,1)中的随机数，p为一个[0,1]的随机数，鲸鱼的三种行为通过系数a和p来选择。

34、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于参数辨识的绕组结构故障定位装置，包括：

35、获取模块，用于获取不同状态下变压器绕组的实测频响数据，不同状态包括变压器的正常状态和故障状态；

36、构建模块，用于构建变压器绕组的梯形网络结构，并通过施加不同状态的边界条件，确定不同状态下梯形网络结构中元件的初始参数；

37、第一确定模块，用于利用梯形等效网络的电压电流关系，确定变压器绕组单元每个元件的单元参数与频率响应数据的关联关系；

38、识别模块，用于根据不同状态下实测频响数据构建目标函数，采用参数识别算法，根据不同状态下的初始参数、目标函数以及单元参数与频率响应数据的关联关系，识别不同状态下梯形网络结构元件的最优参数；

39、第二确定模块，用于根据不同状态下梯形网络结构元件的最优参数以及变压器绕组的正常参数，确定变压器绕组的故障类型、位置和程度的诊断。

40、根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。

41、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。

42、从而，从而，本发明提供一种基于参数辨识的绕组结构故障定位方法，构建变压器的等效网络模型，引入comsol有限元建模，结合参数识别算法，选择合适的目标函数，确定变压器正常情况下的网络单元参数。在此基础上，通过与正常参数对比，引入数学指标，对变压器绕组的状态进行判断，实现通过改鲸鱼优化算法对变压器绕组参数辨识和故障诊断。通过对比变压器的等效网络参数来实现故障的诊断，将正常状态的变压器等效的梯形等效网络作为基准，与故障的等效网络参数进行对比，由于不同的故障类型会影响该单元的不同参数，故可以通过故障状态下该单元参数与正常单元参数进行对比，实现故障类型和故障位置的诊断，且通过比较与正常参数值的差异，实现对故障程度的判断。本发明不依赖于现场人员的经验判断，仅通过参数间差异和差异程度来实现变压器绕组的故障诊断，有效地减小了误判的概率。