基于多频点数据融合的单相低频变压器损耗分析方法与流程

本发明属于电力设备监测，涉及基于多频点数据融合的单相低频变压器损耗分析方法。

背景技术：

1、在电力设备状态监测领域，单相低频变压器的损耗分析是评估其运行效率和绝缘老化程度的关键环节。传统损耗分析方法通常基于单频点如额定频率50赫兹下的电压电流有效值及功率因数计算，通过视在功率与有功功率的差值推得损耗值。这类方法依赖于稳态正弦波假设，且仅提取单一频率下的幅值和相位信息，当变压器实际运行中存在谐波干扰或频率波动时，单频点测量结果易受非基波分量污染，导致损耗估算偏差显著。随着计算机采样技术和数字信号处理能力的提升，部分方案开始采集多个频点下的电气量，但现有的多频点处理方式多为简单的频点间参数平均或加权求和，未能充分利用不同频点下损耗频散特性的内部差异关系，亦未考虑复功率实部与虚部在不同频率上升方向上的耦合变化模式，使得最终分析结果仍停留在统计均值层面，无法反映频率变化对损耗特征的动态影响。

2、近年来，有研究尝试引入频域变换手段对变压器的多频点响应数据进行整体映射，例如通过快速傅里叶变换提取频谱主峰或计算特定频段能量占比，但这类变换往往将损耗信息与阻抗信息混叠在一起，缺乏针对损耗复功率本身的专用差异化处理流程。

3、此外，现有方法普遍忽略了对相邻频点之间损耗实部增量和虚部增量的一致性评价，即未建立实部差分与虚部差分之间的交叉乘积关联机制，导致频率分辨率较高的测量数据被降维为单一统计量，损失了频点间梯度方向上的判别信息。同时，工程现场采集的初级侧和次级侧电压电流序列往往因互感器变比及相移误差而产生幅值失配，而常规处理步骤中没有嵌入针对损耗功率的幅值比自适应修正环节，使得计算出的损耗值可能反向超过输入功率，违背物理约束。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明提供一种基于多频点数据融合的单相低频变压器损耗分析方法，该方法通过设定多个预设频点独立计算每个频点下的输入复功率和传递复功率，进而获得各频点的损耗复功率，并创新性地将损耗复功率的实部序列和虚部序列分别进行相邻元素差分处理，将两套差分序列对应位置的乘积进行累加以形成融合累加值，从而将频点间的实部变化趋势与虚部变化趋势耦合为单一综合指标。进一步地，本发明还引入差分序列的复数化离散傅里叶变换及零频率分量与一阶频率分量的模长提取，构建三维向量并与理想参考向量进行空间距离比对，实现损耗程度的量化分级；同时，通过对左侧频点集合与右侧频点集合分别计算差分融合值并取差值，能够有效抑制基线漂移干扰；此外，幅值比修正和二次校验步骤确保了损耗复功率始终不超过输入复功率，保证了分析结果的物理合理性。上述全部步骤均不依赖复杂的迭代训练或多源数据融合，仅基于单台变压器自身的多频点采样序列即可完成，具有计算效率高、物理意义明确、抗频偏能力强的优势。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种基于多频点数据融合的单相低频变压器损耗分析方法，执行以下步骤：

4、s1，获取单相低频变压器在多个预设频点下的初级侧电压采样序列、次级侧电压采样序列和初级侧电流采样序列；

5、s2，针对每个预设频点，根据该频点下初级侧电压采样序列和初级侧电流采样序列，确定该频点下的输入复功率的实部值和虚部值，根据该频点下次级侧电压采样序列和初级侧电流采样序列，确定该频点下的传递复功率的实部值和虚部值；

6、s3，针对每个预设频点，依据该频点下的输入复功率的实部值和虚部值以及传递复功率的实部值和虚部值，计算该频点下的损耗复功率的实部值和虚部值；

7、s4，将多个预设频点各自的损耗复功率的实部值按照频点频率升序排列为实部序列，将多个预设频点各自的损耗复功率的虚部值按照相同频点频率升序排列为虚部序列；

8、s5，对实部序列执行相邻元素差分运算得到实部差分序列，对虚部序列执行相邻元素差分运算得到虚部差分序列，将实部差分序列中每个元素与虚部差分序列中对应位置的元素相乘后累加，得到融合累加值，以该融合累加值作为损耗分析结果。

9、进一步地，s5中的相邻元素差分运算为前向差分运算，对于实部序列，实部差分序列中的第i个元素等于实部序列中的第i+1个元素减去第i个元素，对于虚部序列，其虚部差分序列中的第i个元素等于虚部序列中的第i+1个元素减去第i个元素，i的取值范围为1至n-1，n为预设频点的总数量；

10、当n小于2时，直接将实部序列本身作为实部差分序列，将虚部序列本身作为虚部差分序列，并且s5中的相乘后累加操作改为计算实部序列与虚部序列对应位置的乘积之和。

11、进一步地，s5中在将实部差分序列中每个元素与虚部差分序列中对应位置的元素相乘之前，先分别提取实部差分序列各元素的符号值和虚部差分序列各元素的符号值；

12、当实部差分序列的某一元素的符号值与虚部差分序列中对应位置元素的符号值相同，则将该对应位置的乘积计入累加总和，当符号值不同或其中至少一个符号值为零，则将该对应位置的乘积以零值计入累加总和，等效于舍弃该位置的乘积；

13、在遍历所有对应位置后，将累加总和作为所述融合累加值。

14、进一步地，s5之后还执行s6和s7；

15、s6，将实部差分序列中的每一个元素依次作为复数实部，将虚部差分序列中与所述每一个元素处于同一位置的元素作为复数虚部，由复数实部和复数虚部构成复数差分序列，对该复数差分序列施加离散傅里叶变换，变换后得到长度相同的变换结果序列，提取零频率分量和一阶频率分量，分别计算零频率分量的模长值和一阶频率分量的模长值；

16、s7，将融合累加值、零频率分量的模长值和一阶频率分量的模长值三个数值组合为三维向量，调取预先配置的参考三维向量，计算该三维向量与参考三维向量之间的欧氏距离，与预设的多个区间阈值进行比对，依据欧氏距离落入的距离数值区间，输出对应的损耗程度编码。

17、进一步地，离散傅里叶变换的变换长度等于预设频点的总数量，且提取的零频率分量为变换结果序列的第一个元素，一阶频率分量为变换结果序列的第二个元素；

18、当预设频点的总数量不是2的整数次幂时，在复数差分序列的尾部补充零值元素直至补足后的序列长度达到大于等于原长度且为2的整数次幂的最小值，以补足后的序列执行离散傅里叶变换，并且提取零频率分量和一阶频率分量时仅针对补足前的原始对应位置。

19、进一步地，s2中针对每个预设频点，根据该频点下初级侧电压采样序列和初级侧电流采样序列，确定该频点下的输入复功率的实部值和虚部值，具体为：

20、计算初级侧电压采样序列的电压有效值，计算初级侧电流采样序列的电流有效值，计算电压有效值与电流有效值的乘积作为输入视在幅值，计算初级侧电压采样序列与初级侧电流采样序列之间的相位差作为输入相位差；

21、将输入视在幅值乘以输入相位差的余弦值作为输入复功率的实部值，将输入视在幅值乘以输入相位差的正弦值作为输入复功率的虚部值；

22、计算次级侧电压采样序列的次级电压有效值，计算次级电压有效值与初级侧电流有效值的乘积作为传递视在幅值，计算次级侧电压采样序列与初级侧电流采样序列之间的相位差作为传递相位差；

23、将传递视在幅值乘以传递相位差的余弦值作为传递复功率的实部值，将传递视在幅值乘以传递相位差的正弦值作为传递复功率的虚部值。

24、进一步地，s1中的多个预设频点划分为左侧频点集合和右侧频点集合；

25、s4中，将属于左侧频点集合的各损耗复功率实部值按照频率升序排列为左侧实部子序列，将属于右侧频点集合的各损耗复功率实部值按照频率升序排列为右侧实部子序列，将属于左侧频点集合的各损耗复功率虚部值按照频率升序排列为左侧虚部子序列，将属于右侧频点集合的各损耗复功率虚部值按照频率升序排列为右侧虚部子序列；

26、s5中，对左侧实部子序列执行相邻元素差分运算得到左侧实部差分序列，对左侧虚部子序列执行相邻元素差分运算得到左侧虚部差分序列，将左侧实部差分序列中每个元素与左侧虚部差分序列中对应位置的元素相乘后累加得到左侧融合值，对右侧实部子序列执行相邻元素差分运算得到右侧实部差分序列，对右侧虚部子序列执行相邻元素差分运算得到右侧虚部差分序列，将右侧实部差分序列中每个元素与右侧虚部差分序列中对应位置的元素相乘后累加得到右侧融合值，将左侧融合值与右侧融合值相减，所得差值作为最终的融合累加值，并且在该差值计算完成后，将该差值作为s5中的融合累加值用于输出。

27、进一步地，左侧频点集合中的各频点与右侧频点集合中的各频点按照对数对称关系对应；

28、左侧频点集合中的频点按频率升序排列后与右侧频点集合中的频点按频率升序排列后，对应位置的频点满足比值关系；

29、左侧频点集合中的频点数量与右侧频点集合中的频点数量相等，且该数量大于等于2，以保证每个集合内能够执行相邻元素差分运算。

30、进一步地，s3中在计算得到每个频点下的损耗复功率的实部值和虚部值之后，还针对该频点执行幅值比修正操作，该幅值比修正操作具体为：

31、获取该频点下初级侧电压采样序列的初级有效值和次级侧电压采样序列的次级有效值，计算次级有效值与初级有效值的比值作为幅值比；

32、将损耗复功率的实部值除以该幅值比得到修正后的实部值，将损耗复功率的虚部值除以该幅值比得到修正后的虚部值，以修正后的实部值和虚部值替代原损耗复功率的实部值和虚部值用于后续s4和s5；

33、若幅值比小于1，则替代操作之前先对幅值比取倒数，再将实部值和虚部值乘以该倒数，等效于除以原幅值比，若幅值比等于1，则保持原损耗复功率的实部值和虚部值不变。

34、进一步地，幅值比修正操作中，在除以幅值比或乘以倒数之后，还执行二次校验步骤：

35、将修正后的实部值和修正后的虚部值分别与s3中计算出的输入复功率的实部值和虚部值进行比较，若修正后的实部值大于输入复功率的实部值，则将修正后的实部值重新赋值为输入复功率的实部值，若修正后的虚部值大于输入复功率的虚部值，则将修正后的虚部值重新赋值为输入复功率的虚部值；

36、经过二次校验后得到的实部值和虚部值再传递给s4中的实部序列和虚部序列的构建过程。

37、本发明属于电力设备监测技术领域，涉及基于多频点数据融合的单相低频变压器损耗分析方法。设定多个预设频点，分别采集变压器初级侧电压、次级侧电压及初级侧电流的采样序列，得到该频点下的损耗复功率，将各频点的损耗实部按频率升序排列为实部序列，虚部排列为虚部序列，分别对两序列执行相邻元素差分运算，再将对应位置的乘积累加作为损耗特征指标，将频点分为低于和高于额定频率的两组分别计算差分融合值并取差值，以抵消基线偏移；此外增设幅值比修正及二次校验，确保损耗功率不超过输入功率。本发明充分利用频点间损耗实部和虚部的变化梯度信息，无需训练或外部多源数据，能有效抑制频率波动和谐波干扰，提升损耗评估的稳健性和物理一致性。