一种基于磁耦合感知的配电网绝缘状态研判方法及系统与流程

本发明属于绝缘状态间接监测，具体涉及一种基于磁耦合感知的配电网绝缘状态研判方法及系统。

背景技术：

1、随着配电网向数字化、智能化方向发展，线路绝缘状态的在线监测已成为保障供电可靠性的重要技术手段。近年来发展起来的非侵入式磁耦合感知技术借助磁场感应实现对线路电气状态的无接触获取，具有不停电安装、无需破坏线路结构、施工便捷等优势，在配电网绝缘隐患监测领域展现出良好的应用前景。

2、尽管非侵入式磁耦合感知技术具备上述优势，但其数据处理方法在工程应用中仍存在以下不足：

3、（1）环境适应性差：现有数据处理方法通常采用固定滤波、特征提取和判别参数，未考虑不同杆塔结构、线路布置及电磁环境差异，导致信号特征变化后容易出现误判或漏判。

4、（2）边缘处理能力不足：目前多将采集的原始数据全部上传后台分析，边缘端缺少数据压缩和异常初步判断能力，导致通信压力大、实时性不足。

5、（3）多测点协同能力不足：不同监测点之间缺少时间同步和安装偏差校正机制，造成数据存在时序和幅值差异，影响故障关联分析。

6、（4）故障定位精度不足：现有方法多依赖单点阈值判断，容易受外部电磁干扰影响，且配电网分支结构复杂，传统定位方法难以实现准确区段定位。

7、（5）运维智能化程度低：监测结果主要依赖后台查看，缺少移动端交互、现场辅助校准及远程参数调整能力，无法形成监测、分析、运维一体化闭环。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于磁耦合感知的配电网绝缘状态研判方法及系统，通过多测点磁耦合信号采集与预处理，结合边缘异常初判、数据校正融合、时差定位及证据推理，实现配电网绝缘异常的故障区段定位和缺陷类型判别。

2、本技术采用如下的技术方案：

3、利用磁耦合监测终端采集不同类型杆塔上的多测点磁耦合信号，构成各测点的采样序列；各监测终端提取各自测点的杆塔背景磁场特征，识别所属杆塔类型并匹配预处理参数集完成采样序列的信号预处理；

4、监测终端在本地以时间窗口为单位，根据预处理信号对对应测点进行多判据复合异常初判；根据测点的异常初判结果触发稳态模式和异常模式下的数据采集与压缩，并上传至中央处理端；

5、对各测点上报数据进行包括统一时间基准对齐与安装几何偏移补偿在内的数据校正；对每个测点基于校正数据进行质量评估，将所有测点的校正数据与对应的质量评估结果融合生成全线综合诊断特征；

6、基于各测点波形片段通过时差反演计算异常源的相对位置候选，并映射至电网拓扑连通图中锁定故障区段；将全线综合诊断特征、各测点诊断特征与典型特征模板进行相似度计算，构造证据理论概率输出绝缘缺陷判别类型。

7、进一步地，各测点识别所属杆塔类型的过程包括：

8、在稳态工况下采集背景信号，各监测终端提取工频基波幅值、谐波基波比、背景信号统计量、频带能量占比构成杆塔背景磁场特征；

9、预先建立杆塔背景磁场特征标定库，所述标定库中，对应杆塔背景磁场特征，内置不同类型杆塔对应离线稳态特征样本的特征模板；

10、对当前监测终端，计算实测杆塔背景磁场特征与标定库中各特征模板的马氏距离平方，取马氏距离平方最小值对应的特征模板对应杆塔类型为识别出的监测终端所属杆塔类型。

11、进一步地，所述预处理包括：

12、所述数据预处理参数为去噪参数；

13、在预处理过程中，根据当前去噪轮次与前一去噪轮次之间保留能量和信噪比差异，迭代更新去噪参数。

14、进一步地，所述多判据复合异常初判，过程包括：

15、每个监测终端对各自对应测点的预处理信号，以时间窗口为分析单位计算高频带能量突增量、包络变化量以及波形畸变率三个指标；

16、将三个指标分别与对应的基线值求取比值后再加权融合，得到异常得分；

17、当异常得分大于等于异常判定门限时，定义置信度为1，监测终端异常初判为疑似异常；

18、当异常得分小于异常判定门限时，定义置信度为异常得分与异常判定门限的比值。

19、进一步地，根据测点的异常初判结果触发稳态模式和异常模式下的数据采集与压缩；包括：

20、当异常初判结果为疑似异常时，监测终端触发异常模式；在异常模式下，打包异常证据包，经过压缩编码后回传至中央处理端；所述异常证据包中包括特征波形片段和高速暂态行波波形片段；

21、当异常初判结果为非疑似异常时，监测终端为稳态模式；在稳态模式下，将杆塔类型识别结果、异常初判结果、诊断特征向量、异常得分和置信度构建为诊断特征帧，经过压缩编码后周期性上传至中央处理端；所述诊断特征向量为实时预处理信号中提取的杆塔背景磁场特征快照。

22、进一步地，所述安装几何偏移补偿，包括：

23、测点的安装几何参数包括传感器与主导线的相对距离、传感器灵敏方向与磁场主方向的夹持角度；

24、定义几何补偿系数为传感器灵敏角度偏移和相对距离偏移的乘积；所述传感器灵敏角度偏移为所述夹持角度的余弦值与安装参考角度的余弦值的比值；所述相对距离偏移为所述相对距离与安装参考距离的比值。

25、将诊断特征帧中的基波幅值与几何补偿系数相乘，得到等效折算后的等效磁场测量值。

26、进一步地，统一时间基准对齐，包括：

27、当连续多个时间窗口内全线所有测点均处于稳态模式，判定当前进入稳态时段，触发启动多测点互标定自校准；

28、在稳态时段，计算当前时刻所有测点等效磁场测量值的中位数作为公共参考基准；在当前时刻基于公共参考基准结合测点的几何补偿系数，计算测点的实时修正偏差系数；

29、以实时修正偏差系数修正下一时刻的几何补偿系数；所述修正偏差系数采用一阶低通滤波进行迭代更新。

30、进一步地，所述对每个测点基于校正数据进行质量评估；包括：

31、对测点，基于等效磁场测量值和对应的诊断特征向量计算信噪比评分、基线偏差评分、异常持续性评分以及几何补偿残差，结合传感器完好标志的二值量，进一步加权得到测点的初始归一化可信度；

32、基于初始归一化可信度以及诊断特征向量，计算测点与全线除之外测点的诊断特征向量之间的马氏距离；以所述马氏距离修正初始归一化可信度，再经由一阶低通平滑，得到最终置信度，即为测点的质量评估结果。

33、进一步地，所述生成全线综合诊断特征，包括：

34、将最终置信度进行归一化，得到测点的归一化动态融合权重；

35、基于归一化动态融合权重将全线所有测点的诊断特征向量按元素分量进行加权融合，得到全线综合诊断特征。

36、进一步地，所述时差反演，包括：

37、提取各测点暂态行波波头到达时刻，计算相邻测点对的时差；

38、基于相邻测点对的线路物理距离、行波沿线路的传播速度，结合所述时差计算异常源相距离测点的相对位置候选。

39、进一步地，所述锁定故障区段，包括：

40、将各测点的相对位置候选映射至电网拓扑连通图中，定义连通图中沿线相对距离满足相对位置候选的物理分支为候选区段；

41、对一个候选区段，根据其相对位置候选在拓扑中到任意测点的理论路径长度，计算该候选区段在多测点间的理论传播时差与实测时差的均方根残差；

42、保留均方根残差小于容差阈值且物理路径连通的区段，作为故障区段。

43、进一步地，所述绝缘缺陷判别类型的识别过程，包括：

44、预先建立包含典型缺陷类别特征模板的形态库；

45、将全线综合诊断特征与形态库中各特征模板计算相似度，构造全线特征匹配的证据理论概率函数；将各测点的诊断特征向量与形态库中各特征模板计算相似度，构造多测点的证据理论概率函数；

46、将全线特征匹配与多测点的证据理论概率函数计算结果进行融合，并取融合函数中后验概率最大者作为绝缘缺陷类型的判别结果。

47、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

48、（1）场景自适应能力强。提出基于杆塔背景磁场特征识别的场景自适应机制，可自动识别不同杆塔安装环境，并自动匹配对应的数据处理参数，实现一套算法适用于多种杆塔类型，无需现场人工整定参数，提高现场部署效率。

49、（2）边缘智能处理能力高。在监测终端完成数据预处理、异常识别、特征提取及压缩编码，仅上传关键诊断信息，可显著降低通信流量和云端计算负担，提高系统实时响应能力。

50、（3）多测点融合精度高。建立统一时间同步、安装偏移补偿及数据可信度评价模型，实现不同杆塔监测数据的标准化处理和协同融合，有效降低单测点误报警率，提高绝缘异常识别的可靠性。

51、（4）故障定位更加准确。结合线路拓扑结构、多测点磁场特征及传播时序信息，构建多源协同故障研判模型，可实现绝缘异常区段的精准定位，提高现场运维效率，为配电网状态检修提供可靠的数据支撑。

52、（5）运维闭环能力强。本方法可对接移动端运维终端，实现绝缘状态查看、故障信息推送、故障区段标注；大幅提升配电网绝缘监测的运维便捷性和工程落地实用性。