二次回路监测数据异常趋势分析方法与流程

本发明涉及变电站二次回路状态监测领域，更具体地说，涉及一种二次回路监测数据异常趋势分析方法。

背景技术：

1、变电站二次回路承担继电保护、测量、控制及信号传输功能，其异常常表现为中性线电流、接地线电流、n600电流或端子温度的缓慢偏移。现有技术多针对单一故障类型设置判据。例如，cn120254472a通过比较pt二次回路中性线接地电流与各支路电流的波形距离定位多点接地支路；cn120639597a建立逻辑连接链路模型和物理连接链路模型，并依据异常权重定位二次系统故障节点；cn114935705b综合直流线路差动电流和暂态温度分布判别潜隐故障。上述方案能够提高特定故障的识别能力，但未解决负荷变化、运行状态切换及环境温度引起的公共趋势与局部异常相互混叠的问题，也未利用结构相近回路形成对照基线，缺少对局部残差的拓扑传播、电—热响应时滞及跨周期演化过程的联合分析。因此，有必要提出一种能够分离公共趋势、定位异常位置并判断异常发展阶段的二次回路监测数据异常趋势分析方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二次回路监测数据异常趋势分析方法，其解决了现有二次回路监测方法难以区分公共运行趋势与局部异常趋势、难以利用电流与温度之间的响应时滞定位异常位置以及难以判断异常发展阶段的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：二次回路监测数据异常趋势分析方法，所述方法包括：

3、获取变电站二次回路模型、连续监测数据和运行状态数据，所述连续监测数据包括中性线电流、接地线电流、n600电流和端子温度，所述运行状态数据包括断路器状态、压板状态、空气开关状态、检修状态及负荷状态；

4、依据所述运行状态数据的状态组合变化时刻，将所述连续监测数据划分为运行状态数据段，并针对目标回路，按照保护功能、互感器绕组类型、接地方式、端子连接层级和监测点位置，从所述二次回路模型中筛选与所述目标回路处于相同运行状态的多个拓扑镜像回路；

5、对所述目标回路与各拓扑镜像回路在同一运行状态数据段内的监测数据进行时间对齐，提取各拓扑镜像回路中重复出现且变化方向一致的电流公共趋势和温度公共趋势，生成电流公共趋势基线和温度公共趋势基线；

6、将所述目标回路的电流监测趋势减去所述电流公共趋势基线，获得电流局部趋势残差，将所述目标回路的温度监测趋势减去所述温度公共趋势基线，获得温度局部趋势残差，并依据各监测点对应局部趋势残差沿二次回路拓扑的分布方向和幅值衰减关系确定局部异常候选区域；

7、确定所述电流局部趋势残差的有效变化起点和所述温度局部趋势残差的响应起点，以二者的时间差作为电—热响应时滞，并依据各运行周期内所述时滞的离散程度和残差变化方向判断稳定电—热响应关系；

8、以所述电流局部趋势残差为第一轨迹变量，以按照所述电—热响应时滞补偿后的温度局部趋势残差为第二轨迹变量，按采样时序构建电—热时滞演化轨迹；

9、依据所述电—热时滞演化轨迹的上升段、回落段、滞回程度和跨运行周期扩张特征，结合所述局部异常候选区域内局部趋势残差的传播关系，确定异常类型、异常位置和异常发展阶段。

10、进一步地，所述二次回路模型的建立过程包括：

11、将保护装置、互感器绕组、端子排、监测终端和温度传感器设置为拓扑节点，将中性线、接地线、n600支路及端子连接线路设置为拓扑边；

12、为各拓扑节点配置保护功能标识、互感器绕组类型标识、接地方式标识、端子连接层级标识和监测点位置标识，并将所述连续监测数据关联至对应拓扑节点或拓扑边；

13、根据二次接线关系确定拓扑节点之间的连接方向、上下游关系和共用接地关系，形成用于表征局部趋势残差传播路径的有向拓扑结构。

14、进一步地，所述运行状态数据段的划分过程包括：

15、对断路器状态、压板状态、空气开关状态和检修状态进行离散编码，并按照负荷率所属区间对负荷状态进行编码，将各项编码组合为运行状态编码；

16、将运行状态编码发生变化的时刻确定为状态分段节点，将相邻状态分段节点之间的数据划分为一个运行状态数据段；

17、从各运行状态数据段的起始端和结束端分别删除状态切换过渡时段，并将删除后的数据用于拓扑镜像回路筛选和公共趋势基线生成。

18、进一步地，所述拓扑镜像回路的筛选过程包括：

19、在运行状态编码与所述目标回路相同的二次回路中，依次按照保护功能相同、互感器绕组类型相同、接地方式相同、端子连接层级一致和监测点相对位置一致的条件进行筛选；

20、将满足全部筛选条件的二次回路确定为第一层级拓扑镜像回路；

21、当第一层级拓扑镜像回路的数量少于3个时，在保持运行状态编码、保护功能、互感器绕组类型和接地方式相同的条件下，依次取消端子连接层级一致条件和监测点相对位置一致条件，将新增的二次回路确定为补充拓扑镜像回路，并记录各拓扑镜像回路对应的筛选层级。

22、进一步地，所述公共趋势基线的生成过程包括：

23、将所述目标回路和多个拓扑镜像回路的连续监测数据重采样至统一采样时刻，并以对应运行状态数据段的起始时刻作为时间对齐基准；

24、在连续滑动窗口内分别确定各拓扑镜像回路的电流变化方向、温度变化方向和趋势持续时长；

25、当相同变化方向在不少于60%的拓扑镜像回路中重复出现，且趋势持续时长不小于对应滑动窗口时长的50%时，将该变化确定为公共趋势分量；

26、优先采用所述第一层级拓扑镜像回路生成公共趋势基线；

27、当第一层级拓扑镜像回路少于3个时，将所述补充拓扑镜像回路加入公共趋势基线的计算，并对同一采样时刻的公共趋势分量进行中位数融合，获得所述电流公共趋势基线和温度公共趋势基线。

28、进一步地，所述局部异常候选区域的确定过程包括：

29、从运行状态相同且确认无异常的历史运行状态数据段中，分别统计电流局部趋势残差绝对值和温度局部趋势残差绝对值，将各自统计分布的第99百分位值确定为电流残差阈值和温度残差阈值；

30、将电流局部趋势残差或温度局部趋势残差连续超过对应残差阈值的监测点确定为异常候选监测点；

31、沿所述有向拓扑结构获取异常候选监测点的上游关联监测点和下游关联监测点，根据各关联监测点局部趋势残差越过对应残差阈值的时间顺序确定残差传播方向；

32、沿所述残差传播方向比较相邻监测点的残差幅值，将残差幅值首次增大或者未继续衰减的拓扑节点及其相邻拓扑边确定为局部异常候选区域。

33、进一步地，所述电—热响应时滞的确定过程包括：

34、根据运行状态相同且确认无异常的历史运行状态数据段，分别确定电流残差变化率阈值和温度残差变化率阈值；

35、将电流局部趋势残差或其变化率连续超过相应阈值并保持同一变化方向的首个采样时刻确定为有效变化起点；

36、自所述有效变化起点起，将温度局部趋势残差或其变化率连续超过相应阈值并保持同一变化方向的首个采样时刻确定为响应起点；

37、获取不少于5个运行周期的电—热响应时滞，当各电—热响应时滞相对于其中位数的偏差均不超过20%，且各运行周期内电流局部趋势残差与温度局部趋势残差的变化方向一致时，确定存在所述稳定电—热响应关系。

38、进一步地，所述电—热时滞演化轨迹的构建过程包括：

39、将温度局部趋势残差沿时间轴向前平移所述电—热响应时滞，使所述响应起点与所述有效变化起点对齐；

40、以各采样时刻的电流局部趋势残差为横坐标，以相同采样时刻经平移后的温度局部趋势残差为纵坐标，按照采样时序连接轨迹坐标点；

41、根据电流局部趋势残差由初始值增大至峰值的过程确定轨迹上升段，根据电流局部趋势残差由峰值回落的过程确定轨迹回落段；

42、计算相同电流局部趋势残差区间内上升段与回落段的温度局部趋势残差间隔，并以所述间隔表征轨迹滞回程度。

43、进一步地，所述异常类型、异常位置和异常发展阶段的确定过程包括：

44、当电流局部趋势残差先于温度局部趋势残差变化、存在稳定电—热响应关系且连续运行周期的轨迹包络依次扩大时，确定异常类型为电流致热型渐进异常；

45、当电流局部趋势残差持续增大且未形成稳定电—热响应关系时，根据局部异常候选区域所属的中性线、接地线或n600支路确定异常类型为电流通路异常；

46、当温度局部趋势残差持续增大且不存在电流局部趋势残差的先行变化时，确定异常类型为局部热积累异常；

47、将局部趋势残差越过对应残差阈值时间最早且残差幅值沿传播方向首次增大的拓扑节点确定为异常位置；

48、根据连续运行周期的轨迹包络扩张次数、轨迹滞回程度变化和局部趋势残差连续越限状态，将异常发展阶段确定为异常萌生阶段、异常发展阶段或异常加剧阶段。

49、进一步地，所述分析结果的输出过程包括：

50、将异常类型、异常位置、异常发展阶段、电—热响应时滞和局部异常候选区域写入对应拓扑节点或拓扑边的属性字段；

51、按照运行状态数据段关联显示目标回路、拓扑镜像回路、电流公共趋势基线、温度公共趋势基线、电流局部趋势残差、温度局部趋势残差和电—热时滞演化轨迹；

52、生成包含目标回路标识、运行状态编码、异常类型、异常位置、异常发展阶段、残差越限起止时刻及电—热响应时滞的异常趋势分析记录。

53、本发明的有益效果在于：

54、1、本发明依据运行状态、保护功能、互感器绕组类型、接地方式、端子连接层级和监测点相对位置筛选拓扑镜像回路，以结构相近且运行状态一致的回路作为目标回路的对照对象，能够避免不同回路结构和不同运行工况造成的基准偏差。

55、2、本发明从多个拓扑镜像回路中提取重复出现且变化方向一致的电流公共趋势和温度公共趋势，并采用中位数融合生成公共趋势基线，能够削弱负荷变化、运行方式切换及环境温度变化引起的共同波动，突出目标回路自身形成的局部异常趋势。

56、3、本发明将目标回路监测趋势与对应公共趋势基线作差，并结合局部趋势残差沿二次回路有向拓扑结构的传播方向及幅值衰减关系确定局部异常候选区域，能够将异常范围定位至端子、连接线路、中性线、接地线或n600支路。

57、4、本发明通过检测电流局部趋势残差的有效变化起点和温度局部趋势残差的响应起点确定电—热响应时滞，并利用多个运行周期验证时滞稳定性，能够区分电流致热型异常、电流通路异常及局部热积累异常。

58、5、本发明通过时滞补偿构建电—热时滞演化轨迹，并提取轨迹上升段、回落段、滞回程度和跨周期扩张特征，能够识别异常萌生、异常发展及异常加剧阶段，实现由单点越限告警向异常演化过程分析的转变。