一种阀厅套管高温故障预警方法、装置和系统与流程

本发明属于特高压直流换流站，具体涉及一种阀厅套管高温故障预警方法、装置和系统。

背景技术：

1、特高压直流换电站中，换流变压器阀侧套管(简称换流变阀侧套管)和直流穿墙套管位于交直流混合网的关键位置，其性能稳定性直接关系到交直流混合电网的安全运行。由于运行中直流套管承载着较大的负荷电流，然而受材质、结构、工艺以及外界环境等因素的影响，两类套管过热问题突出，容易导致电网事故。随着特高压直流工程额定电流由4000a提升至6250a，直流套管热问题更为突出。大负荷下直流套管内部温升监控成为特高压直流工程向大容量发展亟需解决的关键问题。

2、为了对直流套管保护巡检，工作人员需定期检查套管引出线连板发热情况，来确定套管运行状态，但是在阀厅中，每个阀厅内部套管连接金具点位数量较多，使用套管引出线连板较为困难，同时套管引出线连板是处于屏蔽球内部，传统常用的外部温度测量装置如红外热成像等无法无法直接观测到连板温度。为了解决该问题，可检测其他位置去间接反映阀厅套管温度变化情况，通常情况下，使用简单的设置阈值的方式对阀厅套管温度进行预警，由于阀厅金具温度会随着时间不断变化，固定阈值并不与之一同变化，从而会导致阀厅套管温度预警不准确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阀厅套管高温故障预警方法、装置和系统，用以解决对阀厅套管温度预警不准确的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种阀厅套管高温故障预警方法，采集预测时间段阀厅套管连接金具不同点位的温度，并利用采集的温度构建用于mset算法计算处理的观测向量和记忆矩阵，进而利用mset算法计算得到预测向量；计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的预测向量的累计残差和，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况。

3、进一步地，计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的估计向量的累计残差和的具体方式为：

4、

5、式中，s为滑动窗口内观测向量的数量，xobs(i)为i时刻的观测向量，xest(i)为i时刻的预测向量，cum_res为累计残差和。

6、进一步地，随窗口变化的动态阈值计算方法为：

7、对于滑动窗口中第i条数据的动态阈值的上下界为：

8、

9、

10、式中，low_threshold(i)为动态阈值下界，high_threshold(i)为动态阈值上界，h1和h0为超参数，a为定义的上界，b为定义下界，且

11、

12、

13、式中，α为误报警率，β为漏报警率。

14、进一步地，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况的具体方法为：若cum_res＜low_threshold(i)，表示套管温度正常；若cum_res＞high_threshold(i)，表示套管温度异常发生故障，若low_threshold(i)＜cum_res＜high_threshold(i)，则不输出结果，继续进行数据采集计算，其中，cum_res为累计残差和。

15、进一步地，利用mset算法计算得到预测向量的具体方式为：

16、首先通过历史数据得到记忆矩阵d，利用记忆矩阵d提取得到观测向量；

17、其次对于任何一个输入观测向量xobs＝(x1，x2，……，xn)t，高温故障预警算法生成一个m维的权值向量为：

18、w＝[w1，w2，……，wm]t

19、其中wi表示输入观测向量xobs与记忆矩阵d中的第i条历史观测向量的距离；

20、w的计算公式如下：

21、

22、其中，表示向量间求取欧式距离的运算符；

23、进而通过如下公式计算输出预测向量xest：

24、

25、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种阀厅套管高温故障预警装置，该装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上的并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现阀厅套管高温故障预警方法。

26、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种阀厅套管高温故障预警系统，包括温度传感器和信息处理单元，温度传感器用于采集阀厅套管连接金具不同点位的温度并发送给信息处理单元，信息处理单元用于：利用温度传感器采集的温度构建用于mset算法计算处理的观测向量，进而利用mset算法计算得到预测向量；计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的预测向量的累计残差和，进而计算得到随窗口变化的动态阈值；利用累计残差与对应动态阈值关系判断阀厅套管情况。

27、进一步地，温度传感器为无线温度传感器。

28、进一步地，信息处理单元包括单片机。

29、进一步地，还包括无线传输组件，且无线传输组件与单片机连接。

30、上述技术方案的有益效果为：采集预测时间段阀厅套管连接金具不同点位的温度，通过对金具多个点位进行测量，间接的得到阀厅内部套管的温度；通过滑动窗口对设定的窗口内的残差进行累加实现对微小误差的放大，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况，使用随窗口变化的动态阈值避免了传统方法的固定阈值可能出现与现有运行情况不匹配的问题，累计残差实现了对微小误差的放大，使故障预警的更加灵敏。解决了预测精度随着时间的推移而降低的问题，保障了故障预测效果的稳定性，提高了故障预测精度。

技术特征：

1.一种阀厅套管高温故障预警方法，其特征在于，采集预测时间段阀厅套管连接金具不同点位的温度，并利用采集的温度构建用于mset算法计算处理的观测向量和记忆矩阵，进而利用mset算法计算得到预测向量；计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的预测向量的累计残差和，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况。

2.根据权利要求1所述的阀厅套管高温故障预警方法，其特征在于，计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的估计向量的累计残差和的具体方式为：

3.根据权利要求1所述的阀厅套管高温故障预警方法，其特征在于，随窗口变化的动态阈值计算方法为：

4.根据权利要求3所述的阀厅套管高温故障预警方法，其特征在于，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况的具体方法为：若cum_res<low_threshold(i)，表示套管温度正常；若cum_res>high_threshold(i)，表示套管温度异常发生故障，若low_threshold(i)＜cum_res＜high_threshold(i)，则不输出结果，继续进行数据采集计算，其中，cum_res为累计残差和。

5.根据权利要求1所述的阀厅套管高温故障预警方法，其特征在于，利用mset算法计算得到预测向量的具体方式为：

6.一种阀厅套管高温故障预警装置，其特征在于，该装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上的并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如权利要求1～5任一项所述的阀厅套管高温故障预警方法。

7.一种阀厅套管高温故障预警系统，其特征在于，包括温度传感器和信息处理单元，温度传感器用于采集阀厅套管连接金具不同点位的温度并发送给信息处理单元，信息处理单元用于：利用温度传感器采集的温度构建用于mset算法计算处理的观测向量，进而利用mset算法计算得到预测向量；计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的预测向量的累计残差和，进而计算得到随窗口变化的动态阈值；利用累计残差与对应动态阈值关系判断阀厅套管情况。

8.根据权利要求7所述的阀厅套管高温故障预警系统，其特征在于，所述温度传感器为无线温度传感器。

9.根据权利要求7所述的阀厅套管高温故障预警系统，其特征在于，所述信息处理单元包括单片机。

10.根据权利要求7～9任一项所述的阀厅套管高温故障预警系统，其特征在于，还包括无线传输组件，且无线传输组件与单片机连接。

技术总结
本发明涉及一种阀厅套管高温故障预警方法、装置和系统，属于特高压直流换流站技术领域，本发明通过采集预测时间段阀厅套管连接金具不同点位的温度，并利用采集的温度构建用于MSET算法计算处理的观测向量和记忆矩阵，进而利用MSET算法计算得到预测向量；计算处于设定的窗口中的观测向量与对应的预测向量的累计残差和，比较累计残差和与随窗口变化的动态阈值之间的大小关系确定阀厅套管故障与否情况，解决了阀厅套管温度预警不准确的问题，解决了预测精度随着时间的推移而降低的问题，保障了故障预测效果的稳定性，提高了故障预测精度。

技术研发人员：王亚朋,刘建林,张建峰,邓渊,范乃元,付严伟,丛士博,王兴佳,班培刚,黄志玲,王永乐,陈松,马丽娟,梁玉辉,连兴旺,张亦炫,于丽琴
受保护的技术使用者：平高集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17