基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及电力系统，特别是涉及基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、变压器绕组呈现多盘式、分布式的强电磁耦合结构特性，且电网运行中存在三相不平衡、负载宽幅波动、背景谐波干扰等强时变工况，使得绕组早期隐患的微弱特征与外部工况干扰深度耦合。现有基于轨迹的检测技术，多采用单相轨迹固定特征阈值判据，难以隔离电网固有不平衡、负载波动等外部干扰，且对轻微匝间短路、绕组微变形等早期隐患的敏感度不足；而基于三相特征的检测方法，又存在无法实现故障相别精准定位、难以区分故障类型与严重程度的局限，始终无法兼顾抗干扰能力与早期隐患精细化诊断的双重核心需求。

2、因此，需要建立兼顾单相轨迹精细化诊断特性与三相轨迹强抗干扰特性的通用化辨识框架，通过单相-三相特征的两级融合判据实现自适应工况适配与故障全维度诊断，能够针对变压器现场实际运行工况，构建无停电、无额外硬件的全在线早期隐患辨识体系，从而精准捕捉变压器内部早期劣化特征、隔离外部工况干扰、实现故障精准定位，大幅提升电力变压器运行可靠性与状态运维效率，为电网主设备安全防护提供核心技术支撑。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识方法，能够有效隔离电网工况干扰、识别变压器内部早期隐患、实现变压器健康状态诊断。

2、本发明的第二目的是提供一种基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识方法的系统。

3、本发明的第三目的是提供一种计算设备，以及一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质。

4、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识方法，包括：

5、根据变压器历史特征参数构建若干个健康样本，并实时获取变压器当前特征参数；

6、利用所述变压器历史特征参数和当前特征参数，分别计算健康样本和当前变压器在工频周期内运行工况特征向量，以及分相构建轨迹，得到三相轨迹特征矩阵；

7、选择与当前变压器运行工况特征向量最接近的健康样本，再分别根据三相轨迹特征矩阵，计算当前变压器和最接近健康样本的三相整体对称度、单相相对偏差向量；

8、若当前变压器的三相整体对称度，大于等于根据最接近健康样本的三相整体对称度设定的阈值，判定当前工频周期内变压器为健康状态，进行下一个工频周期判定；否则，计算当前工频周期内变压器和最接近健康样本的单相相对偏差向量的偏差绝对值，偏差绝对值最大的相判定为当前工频周期内变压器的故障相。

9、优选地，所述变压器历史特征参数和当前特征参数，包括：以工频周期为采样周期，同步采集变压器原副边三相瞬时电压、电流数据，得到变压器的三相电气量采样矩阵，表示为：

10、，

11、，

12、其中，，为第个工频周期窗口的时间起点；为工频周期索引，为在工频周期内的采样间隔；为单个工频周期内采样点总数量，为采样点索引，为系统工频；、、、分别为在时刻的变压器原边三相瞬时电压、原边三相瞬时电流、副边三相瞬时电压、副边三相瞬时电流，下标a~c分别为变压器三相标识。

13、优选地，所述运行工况特征向量包括：变压器在工频周期内的负载率、功率因数、分接开关档位、电压不平衡度；

14、其中，所述负载率为：

15、，

16、，

17、，

18、，

19、式中，为变压器额定容量，为第个工频周期内计算得到的三相视在功率；、为各相副边电压、电流有效值；

20、所述功率因数为：

21、，

22、，

23、式中，为不同相索引；

24、所述电压不平衡度为：

25、，

26、式中，和分别为第个工频周期内副边三相电压的正序分量和负序分量；

27、分接开关档位由分接开关控制器、台区融合终端或监测装置的开入量/通信寄存器读取获得。

28、优选地，所述分相构建轨迹，包括：基于三相电气量采样矩阵，分相构建轨迹并进行峰值归一化处理；对归一化处理后的各相轨迹进行椭圆拟合，通过计算椭圆特征，包括：椭圆偏心率、长轴旋转角、长/短半轴比、椭圆拟合残差、归一化损耗特征，构建三相轨迹特征矩阵。

29、优选地，所述归一化处理后的各相轨迹表示为：

30、，

31、其中，

32、，

33、，

34、，

35、，

36、式中，为不同相索引，为轨迹的横坐标，为轨迹纵坐标；为原副边电压差；为第个周期内第n个采样点的第相原边电流峰值，为第个周期内第n个采样点的原副边电压差峰值，m为峰值标记。

37、优选地，所述对归一化处理后的各相轨迹进行椭圆拟合的方法为：将归一化处理后的各相轨迹点坐标(,)代入椭圆方程，得到：

38、，

39、采用最小二乘法进行标准椭圆拟合，得到椭圆系数：。

40、优选地，所述三相轨迹特征矩阵表示为：

41、，

42、其中，

43、，

44、，

45、，

46、，

47、，

48、，

49、，

50、，

51、式中，表示单相轨迹特征矩阵；为椭圆偏心率、为长轴旋转角、为长/短半轴比、为椭圆拟合残差、为归一化损耗特征；为椭圆的长半轴，为椭圆短半轴，为标准椭圆拟合的纵坐标值。

52、优选地，所述计算当前变压器和最接近健康样本的三相整体对称度包括：对于三相轨迹特征矩阵，在相同元素位置分别求标准差与均值的比值，再进一步取算术平均后被1相减，得到三相一致性判据；

53、所述计算变压器和最接近健康样本的单相相对偏差向量，包括：对于三相轨迹特征矩阵中任一项，先逐元素计算单相相轨迹特征矩阵与三相轨迹特征矩阵均值的差值，再将差值除以三相轨迹特征矩阵对应元素的均值。

54、优选地，判定为当前工频周期内变压器存在故障相时，进行故障严重程度量化：

55、，

56、式中，为故障严重程度量化值，为单相轨迹特征矩阵的第相中的第个单相轨迹特征值；为最接近健康基准样本的单相轨迹特征矩阵的第相中的第个健康基准特征值。

57、本发明所述的一种基于单相-三相协同判据的变压器早期隐患在线辨识系统，包括：

58、变压器特征参数处理模块：用于根据变压器历史特征参数构建若干个健康样本，并实时获取变压器当前特征参数；

59、变压器运行工况和三相轨迹特征计算模块：用于利用所述变压器历史特征参数和当前特征参数，分别计算健康样本和当前变压器在工频周期内运行工况特征向量，以及分相构建轨迹，得到三相轨迹特征矩阵；

60、变压器三相整体对称度和单相相对偏差计算模块：选择与当前变压器运行工况特征向量最接近的健康样本，再分别根据三相轨迹特征矩阵，计算当前变压器和最接近健康样本的三相整体对称度、单相相对偏差向量；

61、变压器故障识别模块：用于判别：若当前变压器的三相整体对称度，大于等于根据最接近健康样本的三相整体对称度设定的阈值，判定当前工频周期内变压器为健康状态，进行下一个工频周期判定；否则，计算当前工频周期内变压器和最接近健康样本的单相相对偏差向量的偏差绝对值，偏差绝对值最大的相判定为当前工频周期内变压器的故障相。

62、本发明所述的一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至9所述的方法中的任一方法的指令。

63、本发明所述的一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至9所述的方法中的任一方法。

64、有益效果：本发明具有如下优点：

65、1、本发明根据变压器负载率、功率因数、分接开关档位、电压不平衡度等运行工况，选择与当前工况最接近的健康样本作为对比基准，避免采用固定阈值造成误判，有效隔离负载波动、三相不平衡及电网背景扰动对早期隐患辨识结果的影响；

66、2、本发明采用以工频周期为采样周期实时获取变压器特征参数，并分相构建轨迹特征矩阵，能够在不改变变压器运行方式、不停电且不额外加装专用传感器的条件下，利用现有电压、电流采样数据实现变压器绕组早期隐患的在线识别，提高了方法在配电现场的工程适用性；

67、3、本发明采用三相整体对称度判据与健康样本阈值比较，能够从三相整体一致性角度判断变压器是否偏离健康状态，增强了对轻微匝间短路、绕组微变形等早期隐患的敏感性，避免仅依靠单相特征阈值导致的抗干扰能力不足问题；

68、4、本发明采用单相相对偏差向量计算及偏差绝对值最大相判定，能够在检测到异常后进一步定位故障相，实现由“是否异常”到“哪一相异常”的精细化诊断，克服了传统三相整体特征方法难以实现故障相别定位的不足。