一种非晶变压器铁芯损耗预测系统的制作方法

本发明涉及电力变压器损耗预测领域，更具体地说，涉及一种非晶变压器铁芯损耗预测系统。

背景技术：

1、非晶合金铁芯因空载损耗低而广泛用于配电变压器，但其损耗受带材批次、卷绕张力、搭接结构、退火工艺、夹件预紧力及运行温度、谐波、直流偏磁共同影响。现有技术中，专利cn102360768b公开了非晶铁芯及其制造方法，重点在宽幅非晶带材、阶梯热处理和低噪声结构；专利cn104502738a公开了变压器损耗检测装置，主要检测输入输出端电压、电流和能耗；专利cn112180299a在匝间短路监测中采用标准铁芯损耗辅助验证；专利cn202794326u侧重铁芯接地电流在线监测。上述方案虽能改善制造性能或识别部分故障，但未将单台铁芯制造指纹与运行多源特征绑定，也未对电压频率扰动、谐波、直流偏磁、热耦合、应力异常和铁芯本体劣化进行分量反演，难以判断损耗升高的真实来源，故有必要提出本方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非晶变压器铁芯损耗预测系统，其解决了现有的铁芯损耗预测，未将单台铁芯制造指纹与运行多源特征绑定，也未对电压频率扰动、谐波、直流偏磁、热耦合、应力异常和铁芯本体劣化进行分量反演，难以判断损耗升高的真实来源，无法满足使用需求。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种非晶变压器铁芯损耗预测系统，所述系统包括：

3、批次工艺指纹建模模块、运行特征同步采集模块、相位锁定应力扰动模块、标准空载折算模块、损耗分量反演模块、预测预警输出模块和基线更新控制模块；

4、所述批次工艺指纹建模模块用于获取单台非晶变压器铁芯的制造端数据和出厂测试数据，按照铁芯编号建立批次工艺指纹，并由出厂空载损耗折算得到初始损耗基线；

5、所述运行特征同步采集模块用于采集运行过程中的电气特征、温度特征和振动特征，并形成具有统一时间戳的实时运行特征集；

6、所述相位锁定应力扰动模块用于以励磁电流基波相位为参考，确定铁芯振动主频相位偏移量，并结合谐波含量、夹件振动幅值和局部温升梯度生成铁芯应力扰动因子；

7、所述标准空载折算模块用于将当前运行状态折算至虚拟标准空载工况，得到虚拟标准空载损耗值；

8、所述损耗分量反演模块用于根据虚拟标准空载损耗值与初始损耗基线的差值确定损耗增量，并将损耗增量分解为运行扰动损耗分量、谐波附加损耗分量、直流偏磁损耗分量、热耦合损耗分量、应力异常损耗分量和铁芯本体劣化损耗分量；

9、所述预测预警输出模块用于输出铁芯本体损耗预测值、损耗异常来源和预警等级；

10、所述基线更新控制模块用于根据预警结果控制初始损耗基线的更新、暂停或冻结。

11、进一步地，所述批次工艺指纹建模模块包括：

12、制造参数绑定单元、出厂状态绑定单元和基线折算单元；

13、所述制造参数绑定单元用于绑定非晶带材厚度、带材宽度、带材批次号、卷绕张力、卷绕层数、搭接长度、搭接层数、退火温度、保温时间、冷却速率和夹件预紧力；

14、所述出厂状态绑定单元用于绑定出厂空载损耗、出厂励磁电流、出厂空载电压、出厂频率、出厂铁芯温度和出厂振动主频；

15、所述基线折算单元用于将出厂空载损耗折算至标准电压、标准频率和标准温度对应的基准状态，并将折算结果作为该单台非晶铁芯的初始损耗基线。

16、进一步地，所述运行特征同步采集模块包括：

17、电气采集单元、温度采集单元、振动采集单元和时间对齐单元；

18、所述电气采集单元用于采集三相电压、三相电流、频率、负载率、总谐波畸变率、各次谐波电流含量、直流偏磁量和励磁电流波形；

19、所述温度采集单元用于采集铁芯温度、绕组温度、油温、环境温度、搭接区温度和夹紧区温度；

20、所述振动采集单元用于采集夹件振动幅值、铁芯振动频谱和铁芯振动主频；

21、所述时间对齐单元用于按照同一采样窗口对上述数据进行时间戳校正、异常点剔除和窗口平均处理。

22、进一步地，所述相位锁定应力扰动模块包括：

23、相位参考建立单元、振动相位计算单元、温升梯度计算单元和扰动因子生成单元；

24、所述相位参考建立单元用于从励磁电流波形中提取基波相位；

25、所述振动相位计算单元用于从铁芯振动频谱中提取铁芯振动主频相位，并计算其相对于励磁电流基波相位的相位偏移量；

26、所述温升梯度计算单元用于分别计算搭接区温度相对于铁芯平均温度的搭接区温升梯度、夹紧区温度相对于铁芯平均温度的夹紧区温升梯度；

27、所述扰动因子生成单元用于根据相位偏移量、总谐波畸变率、夹件振动幅值、搭接区温升梯度和夹紧区温升梯度生成铁芯应力扰动因子。

28、进一步地，所述扰动因子生成单元在生成铁芯应力扰动因子时，先将相位偏移量、总谐波畸变率、夹件振动幅值、搭接区温升梯度和夹紧区温升梯度分别转换为无量纲偏离量，再按照同一非晶铁芯历史稳定运行区间进行归一化处理；

29、当相位偏移量偏离历史稳定区间，且搭接区温升梯度或夹紧区温升梯度同步升高时，所述扰动因子生成单元将该状态标记为应力扰动增强状态；

30、当夹件振动幅值升高而温升梯度未同步升高时，所述扰动因子生成单元将该状态标记为外部振动传递状态。

31、进一步地，所述标准空载折算模块包括：

32、电压频率折算单元、温度折算单元、运行扰动扣除单元和标准损耗生成单元；

33、所述电压频率折算单元用于将当前电压、当前频率折算至预设标准电压和预设标准频率；

34、所述温度折算单元用于将铁芯温度、绕组温度、油温和环境温度折算至预设标准温度；

35、所述运行扰动扣除单元用于扣除负载率、总谐波畸变率、直流偏磁量和环境温度变化对空载损耗估计值的影响；

36、所述标准损耗生成单元用于输出排除运行工况扰动后的虚拟标准空载损耗值。

37、进一步地，所述损耗分量反演模块包括：

38、增量确定单元、第一扣除单元、第二扣除单元和本体劣化确定单元；

39、所述增量确定单元用于计算虚拟标准空载损耗值与初始损耗基线之间的差值，得到损耗增量；

40、所述第一扣除单元用于根据电压偏差、频率偏差和负载率确定运行扰动损耗分量，并从损耗增量中扣除运行扰动损耗分量；

41、所述第二扣除单元用于根据总谐波畸变率、各次谐波电流含量、直流偏磁量和温度变化量，依次扣除谐波附加损耗分量、直流偏磁损耗分量和热耦合损耗分量；

42、所述本体劣化确定单元用于在继续扣除应力异常损耗分量后，将剩余损耗量确定为铁芯本体劣化损耗分量。

43、进一步地，所述损耗分量反演模块还包括分量可信度校验单元；

44、所述分量可信度校验单元用于分别计算运行扰动损耗分量与电压频率偏差的相关度、谐波附加损耗分量与总谐波畸变率的相关度、直流偏磁损耗分量与直流偏磁量的相关度、热耦合损耗分量与温度变化量的相关度、应力异常损耗分量与铁芯应力扰动因子的相关度；当

45、任一相关度低于对应分量可信度阈值时，所述分量可信度校验单元触发该损耗分量的重新反演，并禁止将重新反演前的剩余损耗量直接作为铁芯本体劣化损耗分量。

46、进一步地，所述预测预警输出模块包括：

47、损耗预测单元、来源判别单元和分级预警单元；

48、所述损耗预测单元用于根据初始损耗基线、铁芯本体劣化损耗分量和铁芯应力扰动因子输出当前铁芯本体损耗预测值及预测周期内的变化趋势；

49、所述来源判别单元用于根据各损耗分量在损耗增量中的占比确定损耗异常来源，并输出电压频率扰动、谐波畸变扰动、直流偏磁扰动、热耦合扰动、应力扰动和铁芯本体劣化中的对应来源标签；

50、所述分级预警单元用于在铁芯本体劣化损耗分量连续超过本体劣化阈值，且应力异常损耗分量与铁芯振动主频相位偏移量满足同向增强条件时，输出铁芯本体损耗异常预警；

51、在损耗升高由运行扰动损耗分量、谐波附加损耗分量、直流偏磁损耗分量或热耦合损耗分量主导时，输出运行工况扰动提示。

52、进一步地，所述基线更新控制模块包括：

53、稳定状态判定单元、基线缓更新单元和异常冻结单元；

54、所述稳定状态判定单元用于在电压偏差、频率偏差、总谐波畸变率、直流偏磁量、负载率、铁芯温度变化率、铁芯应力扰动因子和铁芯本体劣化损耗分量均处于对应稳定阈值范围内时，判定非晶变压器处于稳定运行状态；

55、所述基线缓更新单元用于在稳定运行状态持续达到预设观测周期后，按照小于当前初始损耗基线百分之一的单次更新幅度对初始损耗基线进行更新；

56、所述异常冻结单元用于在预测预警输出模块输出铁芯本体损耗异常预警、应力扰动增强状态或运行工况扰动提示时，停止初始损耗基线更新，并将停止更新前的初始损耗基线作为后续损耗分量反演的比较基准。

57、本发明的有益效果在于：

58、1.本发明通过建立单台非晶铁芯的批次工艺指纹，将制造端数据、出厂测试数据和后续运行损耗预测进行绑定，使初始损耗基线具有单台设备针对性，减少同型号平均参数造成的判断偏差。

59、2.本发明同步采集电气特征、温度特征和振动特征，并通过统一时间戳形成实时运行特征集，能够降低不同采样周期对损耗分量反演的影响，提高运行状态表征的完整性。

60、3.本发明以励磁电流基波相位为参考，结合铁芯振动主频相位偏移量、夹件振动幅值和局部温升梯度生成铁芯应力扰动因子，能够将夹紧力变化、搭接缝微间隙、残余应力释放和局部磁通畸变引起的附加损耗进行量化表征。

61、4.本发明通过虚拟标准空载工况折算，扣除电压偏差、频率偏差、负载热耦合、谐波畸变、直流偏磁和环境温度变化对损耗结果的影响，使输出结果更接近铁芯本体损耗状态。

62、5.本发明将损耗增量分解为运行扰动、谐波附加、直流偏磁、热耦合、应力异常和铁芯本体劣化六类损耗分量，并根据预警结果控制基线更新、暂停或冻结，能够减少误报警和基线污染，提高后续预测稳定性。