一种配电设备运行状态的周期性监测方法与流程

本发明属于工业大数据，涉及一种配电设备运行状态的周期性监测方法。

背景技术：

1、在新型电力系统中，分隔式配电柜位于配电网络的边缘节点，承担电能分配和安全隔离等任务。柜体运行状态是否稳定，会直接影响供电可靠性和负荷分配。随着智能配电网逐步完善，配电节点持续产生热响应、负荷变化和柜门状态等运行数据。这些数据时间跨度长、维度多，可作为判断设备状态的基础。

2、现有监测方式对上述数据的利用不充分。实际应用中，配电柜通常被作为单台设备处理，采样周期固定，并辅以人工巡视，对柜内物理隔离结构考虑较少。热量由故障部位向传感器传递时会出现衰减和延迟，因此表层测温结果与核心连接部位的实际温度可能存在偏差，局部异常也容易被掩盖。

3、另一方面，配电网负荷会随用电过程不断切换，柜门开启或闭合也会改变柜内换热条件。固定间隔采样难以连续描述这些变化，更难把负荷切换引起的温升与开门造成的动态换热扰动分开。若仍直接依据原始温度判断，动态负荷调节、预测性维护和网架优化所采用的数据就可能失真。配电设备运行状态监测受运行环境及工况动态变化影响，采集的监测数据难以表征设备待测部位的真实运行状态。

4、基于上述问题，本发明提出一种配电设备运行状态的周期性监测方法。

技术实现思路

1、本发明旨在减小空间传热、负荷切换和柜门启闭对监测结果的影响。该方法建立空间热响应关系和热惯性过渡关系，对运行数据进行修正反演，得到闭柜等效热响应值；再据此计算动态异常指数，结合负荷相位与柜门状态判断运行状态、调整监测周期，并形成相应的负荷调度指令。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种配电设备运行状态的周期性监测方法，包括以下步骤：

4、获取配电柜内部热响应传感器与待测部位的空间位置信息、物理结构信息及历史运行数据，建立空间热响应关系。

5、根据柜门闭合状态下的历史运行数据提取不同负荷周期相位，结合空间热响应关系反演得到待测部位的标准热响应基线，并根据相邻负荷周期相位转换期间的热响应变化建立热惯性过渡关系。

6、获取配电柜运行数据，识别当前负荷周期相位、相位转换状态及柜门状态，结合热惯性过渡关系确定负荷转换分量，根据柜门状态变化前后的热响应差异确定柜门扰动分量；基于柜门扰动分量和空间热响应关系对配电柜运行数据进行闭柜等效修正反演，并结合电流变化增减方向滤除负荷转换分量，得到待测部位的闭柜等效热响应值。

7、根据闭柜等效热响应值与对应标准热响应基线的偏差得到动态异常指数，根据动态异常指数判断运行状态并调整热响应传感器的下一监测周期，在满足预设告警条件时告警提醒，并生成负荷调度指令。

8、优选的，所述空间热响应关系建立的过程包括：获取待测部位与热响应传感器的直线空间距离、相对辐射角度，以及配电柜内部环境参数；基于直线空间距离和相对辐射角度，结合热辐射衰减定律计算得到热辐射补偿系数；基于配电柜内部物理结构信息和环境参数，结合自然对流换热模型计算得到对流传热补偿系数；综合热辐射补偿系数与对流传热补偿系数构建基于直线空间距离、相对辐射角度及环境参数的加权计算模型，即空间热响应关系。

9、优选的，所述提取不同负荷周期相位并得到标准热响应基线的过程包括：采集配电柜在历史运行周期中的负荷电流数据和温度数据，并进行离群值剔除处理及低频长期漂移数据剥离处理，得到历史运行数据；采用聚类算法将历史运行数据中的负荷电流数据划分为多个稳态电流区间，并将每个稳态电流区间映射为一个负荷周期相位；在柜门闭合状态且内部热分布达到平衡时，提取各稳态电流区间下的待测部位反演温度作为数据基准点的稳态温度；对各数据基准点进行曲线拟合，建立以负荷电流为输入、稳态温度为输出的标准热响应基线。

10、优选的，所述建立热惯性过渡关系的过程包括：当识别到负荷周期相位发生跨区间跳变时，提取待测部位温度跟踪电流变化的时间延迟特征及跳变发生时的初始温度；确定跳变后目标负荷周期相位对应的标准热响应基线的温度，以及热时间常数；构建以标准热响应基线温度为稳态目标，且以初始温度与稳态目标的带符号差值随时间按负指数规律衰减的一阶热惯性过渡关系。

11、优选的，所述结合热惯性过渡关系确定负荷转换分量的过程包括：获取当前负荷周期相位的负荷电流变化量，计算对应的稳态热功率增量；设定热惯性过渡关系中的热时间常数作为系统调节参数，将稳态热功率增量作为目标幅值输入，构建随时间按指数规律趋近于稳态的瞬态热响应补偿函数；在相位转换期间，通过所述瞬态热响应补偿函数计算待测部位在当前时刻的正常负荷暂态温度变化量，将电流变化的增减方向作为物理极性属性，对所述正常负荷暂态温度变化量进行相应的正负极性赋值，得到负荷转换分量。

12、优选的，所述根据柜门状态变化前后的热响应差异确定柜门扰动分量，包括：监测配电柜的柜门状态，在识别到柜门状态由闭合转为开启时，采集配电柜内外部环境温度参量；计算配电柜外部环境温度与内部空气温度的带符号温差，并基于对流散热规律计算因带符号温差引发的环境对流热交换值；根据带符号温差的正负极性判定热量流失和倒灌的物理传递方向，将环境对流热交换值等效映射为与物理传递方向对应的待测部位的柜门扰动分量。

13、优选的，所述计算配电柜待测部位的闭柜等效热响应值的具体过程包括：获取配电柜运行数据，将其中热响应传感器的实时温度测量值输入至空间热响应关系中，反演得到基础反演温度；基于能量守恒及热对冲逻辑，将基础反演温度与具备物理传递方向属性的柜门扰动分量进行叠加，得到排除边界热扰动后的环境修正温度；根据负荷转换分量的正负极性所表征的暂态热变化趋势，结合热时间常数对环境修正温度与负荷转换分量执行基于趋向于热平衡的符号补偿代数运算，计算得到待测部位的闭柜等效热响应值。

14、优选的，所述动态异常指数的具体获取过程包括：计算当前监测时刻闭柜等效热响应值与对应标准热响应基线的差值，获取温度偏差绝对值；在预设时间窗口内，对差值持续大于零的离散采样偏差数据，采用梯形数值积分法进行累加求和，获取表征持续发热累积量的积分面积值；分别对温度偏差绝对值和积分面积值进行归一化处理并加权求和，得到动态异常指数。

15、优选的，所述运行状态判断及监测周期动态调整过程包括：预设异常阈值、初始监测周期及最小安全监测周期；若动态异常指数未达到预设异常阈值，则判定运行状态正常，逐步延长监测周期至初始监测周期；若动态异常指数达到预设异常阈值，则判定运行状态可疑，缩短监测周期；若监测周期缩短至最小安全监测周期，则判定运行状态异常，发出告警信号、输出负荷调度指令并降载运行，若动态异常指数仍达到预设异常阈值，则输出跳闸联动信号。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、1、本发明依据空间距离、相对辐射角度和物性参数建立空间热响应模型，并结合负荷相位切换过程确定热惯性过渡关系，由此还原配电节点的负荷热状态。该结果可用于分析潮流波动和负荷突变对节点承载能力的影响，并换算为负荷裕度指标，减小热衰减和响应滞后造成的状态误判，使复杂工况下的负荷分配与电能调度更稳定。

18、2、本发明分别识别负荷相位变化和柜门状态变化，计算负荷转换分量与柜门扰动分量，再按能量平衡关系修正反演运行数据。这样可将巡检开门造成的散热与负荷增加造成的热量累积分开，避免把环境扰动误送入负荷控制回路，减少不必要的调节动作。

19、3、本发明同时考虑闭柜等效热响应与标准基线的瞬时偏差、一定时间内的持续发热累积量，并由此得到动态异常指数。控制策略根据异常程度依次采用负荷平滑转移、降载和跳闸保护，监测周期也随状态变化调整。与达到阈值后直接跳闸相比，该方式可降低潮流突变和非计划停电对配电网的影响。