一种高压电力电容器故障预警方法及系统与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种高压电力电容器故障预警方法及系统。

背景技术：

1、电容器在正常使用过程中，如果没有外部电路连接，是不会产生放电现象的。然而在某些情况下，如电容器内部存在缺陷、老化或损坏，或者电容器与外部电路存在故障，可能会导致局部放电现象的发生。局部放电是电容器故障的表现之一，通常表现为电容器某个局部区域的间歇性放电；这种放电现象以短暂的脉冲或闪光的形式出现，伴随着局部高温和声音的产生。在局部放电发生时，可以通过检测电容器上的电流或电压变化来察觉到它的存在。

2、通过局部放电进行电力电容器的故障预警时，通常基于固定阈值进行异常数据的检测，然而局部放电现象为短暂的脉冲及闪光，因此具有随机性及时间不连续性，直接检测异常数据容易受到外界因素，例如环境干扰及测量误差的影响，因此需要进行时序上异常数据的变化分析，进而保证局部放电现象的故障预警不会受到环境因素干扰。

技术实现思路

1、本发明提供一种高压电力电容器故障预警方法及系统，以解决现有的直接进行异常数据检测容易受到环境干扰及测量误差影响导致预警效果较差的问题，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明一个实施例提供了一种高压电力电容器故障预警方法，该方法包括以下步骤：

3、采集电力电容器的若干电流数据；

4、对电流数据通过层次聚类得到层次聚类树，所述层次聚类树中每层包含若干父节点，所述父节点中包含若干电流数据；

5、根据每个电流数据及相邻时刻的电流数据所属父节点在层次聚类树中的分布及变化，获取每个电流数据的初始预警率；根据每个电流数据所属父节点与同层其他父节点的差异，以及所属父节点中其他电流数据，结合初始预警率，得到每个电流数据的综合预警率；

6、根据综合预警率对电力电容器的电流数据进行故障预警。

7、可选的，所述每个电流数据的初始预警率，具体的获取方法为：

8、根据每个电流数据所属父节点在层次聚类树中的变化，获取每个电流数据的层次变化率；

9、对于第个电流数据，根据预设的邻域大小及相邻时刻的电流数据，得到第个电流数据的邻域范围；根据每个电流数据的邻域范围内电流数据的时刻、层次变化率及第一父节点的分布，得到每个电流数据的初始预警率。

10、可选的，所述每个电流数据的层次变化率，具体的获取方法为：

11、对于任意一个电流数据，将该电流数据在层次聚类树中第一次被划分到的父节点记为该电流数据的第一父节点，从下往上对该电流数据在各层所属的父节点依次遍历并以此类推，直到该电流数据在层次聚类树中第一层所属的父节点，得到该电流数据的若干父节点及父节点的顺序；对于该电流数据的任意一个父节点，计算该父节点中所有电流数据的方差，将该电流数据的所有父节点的方差按照对应父节点的顺序进行排列，得到的序列记为该电流数据的方差变化序列；

12、以方差变化序列中元素的次序值为横坐标，方差值为纵坐标构建二维坐标系，将方差变化序列中每个元素转换为坐标系中的坐标点；通过对方差变化序列中元素对应的坐标点计算斜率，获取所有坐标点斜率的均值的反正切值，记为该电流数据的层次变化方向，若层次变化方向小于或等于，将该电流数据的层次变化率设置为0；若层次变化方向大于，将层次变化方向与的比值作为该电流数据的层次变化率。

13、可选的，所述根据每个电流数据的邻域范围内电流数据的时刻、层次变化率及第一父节点的分布，得到每个电流数据的初始预警率，包括的具体方法为：

14、获取第个电流数据的邻域范围内每个电流数据与第个电流数据的时刻之间的差值绝对值，记为所述邻域范围内每个电流数据与第个电流数据的时间差异；对所有时间差异进行归一化，得到的结果作为所述邻域范围内每个电流数据的时序差异；对1分别减去每个时序差异得到的差值进行归一化，得到的结果作为所述邻域范围内每个电流数据的时序权重；

15、根据电流数据的邻域范围内电流数据的层次变化率，获取每个电流数据的邻域范围内每个电流数据的层次变化系数；结合时序权重及第一父节点的分布，得到每个电流数据的初始预警率。

16、可选的，所述每个电流数据的邻域范围内每个电流数据的层次变化系数，具体的获取方法为：

17、

18、其中，表示第个电流数据的邻域范围内第个电流数据的层次变化系数，表示第个电流数据的层次变化率，表示第个电流数据的邻域范围内第个电流数据的层次变化率。

19、可选的，所述得到每个电流数据的初始预警率，包括的具体方法为：

20、

21、其中，表示第个电流数据的初始预警率，表示第个电流数据的邻域范围内电流数据的数量，表示第个电流数据的邻域范围内第个电流数据的时序权重，表示层次聚类树的总层数，表示第个电流数据的邻域范围内第个电流数据的第一父节点在层次聚类树中的层数，表示第个电流数据的邻域范围内第个电流数据的层次变化系数。

22、可选的，所述得到每个电流数据的综合预警率，包括的具体方法为：

23、根据电流数据的父节点与同层其他父节点中的电流数据，得到每个电流数据的每个父节点的中心差异；第个电流数据的综合预警率的计算方法为：

24、

25、其中，表示第个电流数据的综合预警系数，表示第个电流数据的初始预警率，表示第个电流数据的第一父节点中电流数据的数量，表示第个电流数据对应的时刻，表示第个电流数据的第一父节点中除第个电流数据之外其他第个电流数据的对应的时刻，表示第个电流数据的父节点的数量，表示电流数据的父节点的顺序值，表示第个电流数据的第父节点的中心差异，表示第个电流数据的第父节点的顺序权重，所述顺序权重的获取方法为：对第个电流数据的所有父节点的顺序值进行归一化，得到的结果作为第个电流数据的每个父节点的顺序权重；表示求绝对值；

26、获取每个电流数据的综合预警系数，对所有综合预警系数进行线性归一化，得到的结果记为每个电流数据的综合预警率。

27、可选的，所述得到每个电流数据的每个父节点的中心差异，包括的具体方法为：

28、对于第个电流数据的任意一个父节点记为目标父节点，将目标父节点在层次聚类树中的层数记为目标层，获取目标层中每个父节点的中心点，获取任意两个父节点的中心点之间的差值绝对值，记为该两个父节点的中心距离；将目标父节点对应的所有中心距离的和值，记为目标父节点的中心参数，将中心参数与目标层得到的所有中心距离的和值的比值，记为目标父节点的中心差异。

29、可选的，所述根据综合预警率对电力电容器的电流数据进行故障预警，包括的具体方法为：

30、预设一个预警阈值，若最近一个时刻的电流数据的综合预警率大于预警阈值，最近一个时刻的电流数据异常，需要进行故障预警。

31、第二方面，本发明另一个实施例提供了一种高压电力电容器故障预警系统，该系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

32、本发明的有益效果是：本发明通过对大量电流数据进行层次聚类并构建层次聚类树，基于相邻时刻的电流数据，结合电流数据所属父节点中其他电流数据进行预警分析，提高局部放电现象下时间不连续性识别的准确性，进而使得电力电容器的故障预警更加准确；其中通过构建层次聚类树，通过电流数据相邻时刻的电流数据所属父节点在层次聚类树中的分布及变化来量化初始预警率，使得初始预警率能够初步反映局部放电下异常电流数据的时间不连续性；再基于尺度变化即层数减小导致父节点中电流数据越来越多的情况下，父节点的中心差异进一步对初始预警率进行计算，最终得到综合预警率，使得综合预警率反映局部放电现象的随机性及时间不连续性，进而提高局部放电预警的准确性。