一种电容式电压互感器宽频测量方法及装置与流程

本发明涉及电网安全测量，特别涉及一种电容式电压互感器宽频测量方法及装置。

背景技术：

1、传统电容式电压互感器在宽频测量方面存在局限性，特别是在高频或非线性电压信号下，测量精度和频率响应受到限制。这在电力系统监测和测量中显得至关重要，涉及到频率扰动、谐波分析和电力质量等重要问题。

2、为了克服传统电压互感器的局限性，分散计算被引入到电压测量领域。分散计算是指将计算任务分配给多个节点并进行分散计算的方法，它能够提高计算速度和处理能力。然而，在宽频测量中，如何利用分散计算的优势并实现测量的高精度和高频响应仍然是一个挑战。

3、为解决上述问题，常用的电容式电压互感器宽频测量方法包括黑盒法、物理法、脉冲测量法以及扫频测量法等，然而这些方法存在的问题包括测量精度不高、受到干扰、测试时间长等缺点。由于电力系统中存在各种复杂的电磁干扰和噪声，仍然存在测试精度低、测量结果不稳定等问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电容式电压互感器宽频测量方法及装置，以解决现有技术所存在的测量精度不高、受到干扰、测试时间长等技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种电容式电压互感器宽频测量方法，所述电容式电压互感器宽频测量方法包括：

4、将预先布置的用于电压测量的每一电容式电压互感器宽频测量装置分别作为一个节点，将多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点作为一个雁群；其中，在所述雁群中，一个节点为领头节点，其他节点为跟随者节点；

5、基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果。

6、进一步地，所述领头节点负责进行任务分配和分散计算的决策；所述跟随者节点根据所述领头节点的指导进行任务执行和分散计算。

7、进一步地，基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果，包括：

8、初始化各电容式电压互感器宽频测量装置节点，并确定领头节点；

9、领头节点根据电压测量需求和频率范围，将测量任务分配给跟随者节点；

10、跟随者节点根据领头节点的任务分配进行电压测量；

11、领头节点对各跟随者节点的测量结果进行数据拟合，并对拟合后的数据进行频率响应分析和处理，以获取宽频范围内的电压测量结果。

12、进一步地，基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果，还包括：

13、根据测量结果和实时变化的电压信号特性，基于节点之间的通信和信息交换，领头节点动态调整任务分配和分散计算策略。

14、进一步地，初始化各电容式电压互感器宽频测量装置节点，并确定领头节点，包括：

15、配置电容式电压互感器宽频测量装置节点的硬件参数；其中，所述硬件参数包括：采样率、增益以及输入电阻；

16、使用标准电压源对电容式电压互感器宽频测量装置节点进行校准和校验，并检验节点的输出与预期值的一致性，以确保其测量结果的准确性和可靠性；

17、根据设计或配置的规则，预先指定某个节点作为领头节点；

18、根据节点性能指标或任务需求，在实现宽频测量的过程中动态选择领头节点；

19、启用自组织机制，让节点通过相互协作和通信，基于节点之间的交互和信息交换，采用分布式决策方法或群体智能方法来确定领头节点。

20、进一步地，在实现宽频测量的过程中动态选择领头节点，包括：

21、基于节点的算力、通信延迟和电压稳定性，确定节点总体性能评分，根据节点总体性能评分进行决策，选择领头节点；其中，节点总体性能评分公式为：

22、psi＝wcp*cpi+wsc*sci+wbw*bwi+wvs*vsi

23、其中，psi为第i个节点的总体性能评分；wcp为计算能力权重；cpi为第i个节点的计算能力指标；wsc为存储容量权重；sci为第i个节点的存储容量指标；wbw为通信带宽权重；bwi为第i个节点的通信带宽指标；wvs为电压稳定性权重；vsi为第i个节点的电压稳定性指标。

24、进一步地，领头节点根据电压测量需求和频率范围，将测量任务分配给跟随者节点，包括：

25、将待执行的任务进行描述和定义；

26、将任务分解为子任务或任务单元；

27、为每个子任务或任务单元分配优先级；

28、领头节点基于负载均衡，根据任务的优先级和节点的性能，将子任务或任务单元分配给适当的跟随者节点；其中，选择任务最佳节点的公式为：

29、leader＝argmax(si)

30、si＝pi/li

31、其中，si为任务分配得分；pi为节点性能指标；li为任务负载；argmax(si)表示将任务分配得分最高的节点作为任务被分配节点；

32、在跟随者节点执行任务时，领头节点监控任务的执行情况和进度。

33、进一步地，跟随者节点根据领头节点的任务分配进行电压测量，包括：

34、跟随者节点负责在指定的时间和位置上进行数据采集；其中，采集的数据包括电压信号样本以及电压信号样本对应的时间戳和位置；

35、跟随者节点对采集到的数据进行预处理；其中，所述预处理包括去除噪声、滤波、数据校正以及数据压缩，以确保测量结果的准确性和可靠性；

36、跟随者节点与领头节点建立通信，并向领头节点报告测量结果；

37、跟随者节点通过与领头节点进行分散计算来进一步处理和分析测量数据。

38、进一步地，领头节点对各跟随者节点的测量结果进行数据拟合，并对拟合后的数据进行频率响应分析和处理，以获取宽频范围内的电压测量结果，包括：

39、建立拟合函数；其中，对测量数据进行拟合的公式表示为：

40、

41、其中，θ表示拟合函数的参数；m表示样本数量；xi和yi分别表示第i个样本的自变量和因变量；hθ表示拟合函数；

42、根据实际测量数据和拟合函数，构造误差函数来评估拟合的准确性；

43、对于每个样本，计算其输出值hθ(xi)；

44、构造误差函数：

45、

46、优化最小化误差函数并确定未知参数的值，直到误差函数收敛或达到最大迭代次数，公式为：

47、

48、其中，α表示学习率；

49、使用拟合函数计算宽频参数值，并将使用拟合函数计算出的宽频参数值与实际测量数据进行比较，以确定拟合的准确性。

50、进一步地，根据测量结果和实时变化的电压信号特性，基于节点之间的通信和信息交换，领头节点动态调整任务分配和分散计算策略，包括：

51、当跟随者节点的计算能力发生变化或任务优先级发生化时，领头节点动态地重新分配任务，将任务从一个节点重新分配给另一个性能更好的节点；

52、当新的节点加入或旧的节点退出时，领头节点根据变化后的节点的性能指标和任务需求，重新分配任务或调整任务优先级；

53、当节点发生故障或失效时，领头节点检测节点的失效，并将任务重新分配给其他可用节点，以确保任务的连续执行和计算的可靠性。

54、另一方面，本发明还提供了一种电容式电压互感器宽频测量装置，包括：

55、雁群生成模块，用于将预先布置的用于电压测量的每一电容式电压互感器宽频测量装置分别作为一个节点，将多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点作为一个雁群；其中，在所述雁群中，一个节点为领头节点，其他节点为跟随者节点；

56、电压测量结果获取模块，用于基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果。

57、进一步地，所述领头节点负责进行任务分配和分散计算的决策；所述跟随者节点根据所述领头节点的指导进行任务执行和分散计算。

58、进一步地，基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果，包括：

59、初始化各电容式电压互感器宽频测量装置节点，并确定领头节点；

60、领头节点根据电压测量需求和频率范围，将测量任务分配给跟随者节点；

61、跟随者节点根据领头节点的任务分配进行电压测量；

62、领头节点对各跟随者节点的测量结果进行数据拟合，并对拟合后的数据进行频率响应分析和处理，以获取宽频范围内的电压测量结果。

63、进一步地，基于雁群优化方法和分散计算策略，利用多个分散的电容式电压互感器宽频测量装置节点实现宽频测量，获取宽频范围内的电压测量结果，还包括：

64、根据测量结果和实时变化的电压信号特性，基于节点之间的通信和信息交换，领头节点动态调整任务分配和分散计算策略。

65、进一步地，初始化各电容式电压互感器宽频测量装置节点，并确定领头节点，包括：

66、配置电容式电压互感器宽频测量装置节点的硬件参数；其中，所述硬件参数包括：采样率、增益以及输入电阻；

67、使用标准电压源对电容式电压互感器宽频测量装置节点进行校准和校验，并检验节点的输出与预期值的一致性，以确保其测量结果的准确性和可靠性；

68、根据设计或配置的规则，预先指定某个节点作为领头节点；

69、根据节点性能指标或任务需求，在实现宽频测量的过程中动态选择领头节点；

70、启用自组织机制，让节点通过相互协作和通信，基于节点之间的交互和信息交换，采用分布式决策方法或群体智能方法来确定领头节点。

71、进一步地，在实现宽频测量的过程中动态选择领头节点，包括：

72、基于节点的算力、通信延迟和电压稳定性，确定节点总体性能评分，根据节点总体性能评分进行决策，选择领头节点；其中，节点总体性能评分公式为：

73、psi＝wcp*cpi+wsc*sci+wbw*bwi+wvs*vsi

74、其中，psi为第i个节点的总体性能评分；wcp为计算能力权重；cpi为第i个节点的计算能力指标；wsc为存储容量权重；sci为第i个节点的存储容量指标；wbw为通信带宽权重；bwi为第i个节点的通信带宽指标；wvs为电压稳定性权重；vsi为第i个节点的电压稳定性指标。

75、进一步地，领头节点根据电压测量需求和频率范围，将测量任务分配给跟随者节点，包括：

76、将待执行的任务进行描述和定义；

77、将任务分解为子任务或任务单元；

78、为每个子任务或任务单元分配优先级；

79、领头节点基于负载均衡，根据任务的优先级和节点的性能，将子任务或任务单元分配给适当的跟随者节点；其中，选择任务最佳节点的公式为：

80、leader＝argmax(si)

81、si＝pi/li

82、其中，si为任务分配得分；pi为节点性能指标；li为任务负载；argmax(si)表示将任务分配得分最高的节点作为任务被分配节点；

83、在跟随者节点执行任务时，领头节点监控任务的执行情况和进度。

84、进一步地，跟随者节点根据领头节点的任务分配进行电压测量，包括：

85、跟随者节点负责在指定的时间和位置上进行数据采集；其中，采集的数据包括电压信号样本以及电压信号样本对应的时间戳和位置；

86、跟随者节点对采集到的数据进行预处理；其中，所述预处理包括去除噪声、滤波、数据校正以及数据压缩，以确保测量结果的准确性和可靠性；

87、跟随者节点与领头节点建立通信，并向领头节点报告测量结果；

88、跟随者节点通过与领头节点进行分散计算来进一步处理和分析测量数据。

89、进一步地，领头节点对各跟随者节点的测量结果进行数据拟合，并对拟合后的数据进行频率响应分析和处理，以获取宽频范围内的电压测量结果，包括：

90、建立拟合函数；其中，对测量数据进行拟合的公式表示为：

91、

92、其中，θ表示拟合函数的参数；m表示样本数量；xi和yi分别表示第i个样本的自变量和因变量；hθ表示拟合函数；

93、根据实际测量数据和拟合函数，构造误差函数来评估拟合的准确性；

94、对于每个样本，计算其输出值hθ(xi)；

95、构造误差函数：

96、

97、优化最小化误差函数并确定未知参数的值，直到误差函数收敛或达到最大迭代次数，公式为：

98、

99、其中，α表示学习率；

100、使用拟合函数计算宽频参数值，并将使用拟合函数计算出的宽频参数值与实际测量数据进行比较，以确定拟合的准确性。

101、进一步地，根据测量结果和实时变化的电压信号特性，基于节点之间的通信和信息交换，领头节点动态调整任务分配和分散计算策略，包括：

102、当跟随者节点的计算能力发生变化或任务优先级发生化时，领头节点动态地重新分配任务，将任务从一个节点重新分配给另一个性能更好的节点；

103、当新的节点加入或旧的节点退出时，领头节点根据变化后的节点的性能指标和任务需求，重新分配任务或调整任务优先级；

104、当节点发生故障或失效时，领头节点检测节点的失效，并将任务重新分配给其他可用节点，以确保任务的连续执行和计算的可靠性。

105、再一方面，本发明还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。

106、又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。

107、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

108、针对电容式电压互感器测量的问题与不足，本发明通过模拟大雁的群体行为和分散计算原理，将多个分散的电压互感器宽频测量装置节点看作一个雁群，其中一个节点作为领头节点负责任务分配和分散计算，其他节点作为跟随者。该方法通过利用分散计算技术优化了电容式电压互感器测量的精度和可靠性，能够克服传统测量方法的局限性，提高宽频范围内电压测量的精度和频率响应。解决电力系统数据监测和控制问题。为电力系统的安全稳定运行提供重要支持。