一种双面开关柜热状态物联网监测分级方法及系统与流程

本发明涉及开关柜热状态监测与分级控制，具体涉及一种面向双面背靠背抽出式开关柜的热状态物联网监测分级方法及系统。

背景技术：

1、随着配电系统所承载回路数量增加以及配电场所空间集约化程度提高，抽出式开关柜逐渐向小型化、高密度化和在线运维方向发展。双面背靠背抽出式开关柜通过在同一柜体内设置前列功能单元和后列功能单元，并使前列功能单元和后列功能单元共用位于柜体中部的主母线轴，能够在柜体占地空间基本不增加的情况下提高回路布置密度，适用于安装空间受限且配电回路数量较多的应用场景。随着单位柜体内功能单元、导电连接部位及运行回路数量增加，柜内单位空间内的发热源数量及热负荷相应提高，对柜内热状态在线监测和针对性散热处置提出了更高要求。

2、在双面背靠背抽出式开关柜中，前列功能单元、后列功能单元和中间主母线轴并非彼此热学独立。前列功能单元和后列功能单元运行时产生的热量能够经中间主母线轴、柜体金属结构件及柜内空气发生热传导、热辐射和对流换热，中间主母线轴自身也可能因负载电流、连接电阻或接触状态变化而形成独立发热源。因此，设置于前列、后列或者中间主母线轴附近的热状态测点所采集到的温度，通常是本区域自产热量、其他区域传递热量、中间主母线轴发热量以及环境温度共同作用形成的观测结果，测点所在位置与实际热源所在位置之间不再保持唯一对应关系。

3、现有开关柜温度监测技术通常根据柜内功能隔室、元件位置或者导电连接位置设置温度监测点，采集相应监测点的温度信息，并将采集到的温度信息与预设阈值、正常温度范围或者温度控制目标进行比较。当监测点温度达到相应条件时，输出报警信息或者控制对应的通风、排风和散热装置。该类方式能够提高开关柜内部的测温覆盖率，并能够将温度异常信息关联至相应隔室或者元件位置。

4、例如，公开号为cn117991842a的中国发明专利申请公开了一种开关柜温度控制方法、装置、设备及存储介质。该方法确定待控制开关柜内部的隔室和各隔室中的元件，根据元件对隔室进行划分，依据划分结果确定开关柜的温度监测点位，获取各监测点位的温度信息，并通过预设pid控制器根据温度信息对开关柜的温度进行控制。该方案通过对隔室进一步划分并设置相应监测点位，能够减少不必要的监测点并对开关柜温度实施实时控制。

5、然而，上述现有技术的处理对象仍然是各监测点位所采集的温度信息，其控制逻辑以监测点位与相应隔室或者元件之间具有确定对应关系为基础。当该类监测方式应用于前列和后列共用中间主母线轴的双面背靠背开关柜时，前述对应关系容易受到前后热场耦合的影响。例如，前列测点出现温升，既可能由前列功能单元自身发热引起，也可能由后列功能单元产生的热量经中间主母线轴或柜内空气传递形成，还可能由中间主母线轴自身发热引起；后列测点以及中间主母线轴测点同样可能同时包含多个热源的热贡献。

6、在未区分热量来源方向的情况下，若直接根据测点原始温度对相应区域进行异常判定和散热控制，容易将由对侧传递形成的串扰热量判定为本侧设备异常，并据此启动本侧散热装置。该处置方式不仅可能产生针对非实际热源区域的无效散热，而且可能使真正的发热区域未得到相应处置。由此可见，在双面背靠背开关柜中，现有技术所面临的问题已不再只是判断某一监测点的温度是否超过阈值，而是需要进一步判断该监测点的温升由何处产生，以及剥离其他区域的热耦合影响后，本区域自身所形成的净热状态是否达到异常等级。

7、本发明所要解决的技术问题是：在双面背靠背开关柜的前列功能单元和后列功能单元共用中间主母线轴、前后热场相互耦合的条件下，如何根据前列、后列及中间主母线轴的对应热状态信息，区分各热状态测点所反映温升中的本区域自产热贡献、对侧串扰热贡献和中间主母线轴热贡献，将异常热源归属至前列功能单元、后列功能单元或中间主母线轴，并获得剥离区域间热耦合影响后的本区域净热状态表征量，以使异常判定、热状态分级及散热处置建立在本区域净热状态而非测点原始温度之上。

技术实现思路

1、针对双面背靠背开关柜前列、后列与中间主母线轴之间相互热耦合，单一热状态测点所采集的温升同时包含本区域自产热贡献和其他区域串扰热贡献，现有按照测点所在区域对原始温度进行独立判断的方式难以确定实际热源的问题，本发明提供一种双面开关柜热状态物联网监测分级方法及系统，以区分前列功能单元、后列功能单元和中间主母线轴对各热状态测点的温升贡献，将异常热源归属至对应区域，并以剥离区域间热耦合影响后的本区净热状态表征量作为热状态分级和处置依据。

2、本发明的核心构思在于：将热量来源方向由区域温度中被动包含的附属因素，转化为被方向配对采集、热耦合辨识、贡献分解和独立归属的处理对象；先对环境及正常运行工况影响进行修正，再对前列、中间主母线轴和后列的候选热源贡献进行分解，从各区域观测温升中扣除外来串扰贡献，最后依据源内生温升进行热状态分级和定向处置。

3、一种双面开关柜热状态物联网监测分级方法，包括：按照双面背靠背开关柜中前列功能单元、中间主母线轴和后列功能单元之间的层位对应关系、回路对应关系或部件对应关系中的至少一种，将设置于前列功能单元、中间主母线轴和后列功能单元的热状态测点划分为多个方向配对测点组；获取各方向配对测点组在同一采样时间窗内的温度数据，并获取与温度数据对应的环境基准温度及运行工况数据；根据正常温升基线对温度数据进行环境基准修正和运行工况基线修正，得到前列修正温升、中间主母线轴修正温升和后列修正温升；获取前列候选热源、中间主母线轴候选热源和后列候选热源与各方向配对测点组之间的热耦合响应关系，并据此求解各候选热源的温升贡献；从各候选区域的修正温升中扣除其他候选热源形成的串扰温升贡献，得到各候选区域的源内生温升表征量；确定异常热源的归属区域，并根据归属区域的源内生温升表征量确定热状态等级，输出相应散热处置信息或维护检查信息。

4、其作用机理在于：双面开关柜的前列、中间主母线轴和后列测点均为多个候选热源经不同传播路径作用后的混合观测。通过方向配对测点组获得多个具有物理对应关系的观测量，通过环境及工况修正把正常共同变化从观测中削弱，再利用候选热源至各测点的差异化响应关系分解各热源贡献，由此将测点所在位置与实际热源位置区分开来，并使热状态分级建立在剥离外来串扰后的本区域自身发热状态上。

5、作为进一步的技术方案，同一方向配对测点组中的前列热状态测点和后列热状态测点分别设置于相互对应的前列功能单元和后列功能单元处，中间主母线轴热状态测点设置于前列功能单元和后列功能单元之间对应层位的中间主母线轴处；各热状态测点输出的温度数据关联测点标识、区域标识、层位标识和时间戳，并通过统一采样触发、时钟同步或数据到达时间校正中的至少一种方式对齐至同一采样时间窗。

6、作为进一步的技术方案，正常温升基线通过无已知热异常、热状态测点通信正常且通风状态可识别的运行数据获得；按照功能单元类型、运行负载区间和通风状态对运行数据进行分组，计算各热状态测点相对于同期环境基准温度的温升，并将对应数据组的中位值、稳健均值或拟合值作为正常温升基线。

7、作为进一步的技术方案，热耦合响应关系通过投运标定事件或历史高置信热响应事件获得，并至少包括候选热源至各热状态测点的响应时延、温升响应幅值和温升衰减关系；中间主母线轴作为独立候选热源形成的温升贡献，与前列候选热源和后列候选热源经中间主母线轴、柜体结构件或柜内空气向其他区域传播所形成的温升贡献，采用相互独立的热源状态参数和热传播响应参数进行表征。

8、作为进一步的技术方案，在求解各候选热源的温升贡献之前，根据热耦合响应关系构建热耦合响应矩阵，并判断其是否满足预设可辨识条件；当不满足预设可辨识条件时，输出不可可靠归属状态，不输出针对单一区域的确定性热源归属结果。

9、作为进一步的技术方案，采用带非负约束的正则化最小二乘方法，根据修正温升观测向量和热耦合响应矩阵求解各候选热源的温升贡献，并根据各热状态测点的测量可信度设置测点权重，根据模型重构温升与实际修正温升之间的残差判断求解结果是否有效。

10、作为进一步的技术方案，根据各候选热源的综合贡献强度及来源贡献占比，结合不同来源之间的区分程度、重构残差和数据完整性，确定单一热源、多源共同发热或不可可靠归属状态。

11、作为进一步的技术方案，将异常热源归属区域的源内生温升表征量与处于相同环境基准和运行工况基准下的分级条件进行比较，确定正常等级、关注等级、预警等级或异常等级；在热状态测点故障、运行工况数据缺失、热耦合响应关系失效或不可可靠归属时，保留基于原始温度的温度越限保护。

12、基于同一发明构思，本发明还提供一种双面开关柜热状态物联网监测分级系统，包括方向配对感知组件、工况采集组件、物联网通信组件、存储器和处理器。方向配对感知组件包括前列热状态传感器、中间主母线轴热状态传感器和后列热状态传感器；工况采集组件用于采集环境基准温度、运行负载状态和通风状态；物联网通信组件用于接收带有测点标识和时间戳的温度数据及运行工况数据；存储器用于存储测点配置关系、正常温升基线、热耦合响应关系和分级条件；处理器用于执行时间对齐、基线修正、热源贡献求解、串扰剥离、热源归属、热状态分级和处置信息输出。

13、进一步地，物联网通信组件包括边缘网关和监测平台；边缘网关用于数据接收、时间对齐、本地缓存及监测记录封装，监测平台用于存储测点配置、模型参数、可辨识条件、归属条件、分级条件和历史监测记录。

14、有益效果

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、其一，本发明通过设置具有前列、中间主母线轴和后列方向对应关系的热状态测点组，并结合环境和运行工况基准修正以及热耦合响应关系，对多个候选热源在各热状态测点处形成的温升贡献进行分解，有利于区分本区域自产热贡献和其他区域串扰热贡献，并将异常热源归属至前列功能单元、后列功能单元或中间主母线轴。

17、其二，本发明从各候选区域的修正温升中扣除其他候选热源形成的串扰温升贡献，以得到的源内生温升表征量作为热状态分级和处置依据，有利于减少将对侧传递热量误判为本侧设备异常的情况，并提高散热处置和维护检查的针对性。

18、其三，本发明通过可辨识条件、来源贡献占比、重构残差及数据完整性对热源归属结果进行约束，并在测点故障、数据缺失、模型失效或热源不可可靠归属时保留原始温度越限保护，有利于避免在观测条件不足时输出错误的确定性归属结果，并维持双面开关柜热状态监测过程的安全性和可靠性。