一种智能电力断路器的控制方法及系统与流程

本发明涉及断路器，具体为一种智能电力断路器的控制方法及系统。

背景技术：

1、中电力系统作为现代社会的核心基础设施之一，涉及到电能的生成、输送、分配和消费等多个环节。其运行的可靠性与安全性直接关系到社会的正常运行。在电力系统中，配电网作为连接发电厂与最终用户之间的重要桥梁，承担着将电能高效、安全地输送到各个用电单位的任务。随着智能电网和数字化技术的发展，传统的配电网逐步向智能化、自动化方向发展。

2、在传统的配电网系统中，电力断路器通常是按照预设的固定逻辑进行工作，主要依赖于本地电流、电压等参数的变化来决定是否断开电路。这种设计方式虽然在较简单的配电网络中能够有效运行，但在复杂的多层级配电网络中，往往暴露出不少问题。一个明显的缺陷是，单个断路器的动作通常仅根据局部的故障信息进行判断，缺乏全局的视野与智能协调。这样，网络中一个区域的故障可能无法迅速得到隔离，导致整个电网的可靠性和稳定性大幅下降，甚至引发大范围的停电事故。

3、此外，传统电力断路器的控制方式缺乏灵活性。在发生故障时，无法根据具体故障类型、故障位置及负荷状态，实时调整断路器的动作方式。特别是在多重故障或连锁反应的情况下，传统的电路保护机制往往无法提供迅速有效的响应。例如，当某个区域发生局部过载时，电力系统可能并未及时切断故障负荷，造成电网的过度负荷和设备的损坏，进一步加重电力系统的负担。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能电力断路器的控制方法及系统，解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种智能电力断路器的控制方法，包括以下步骤：

3、s1、通过连接电力系统多个断路器的运行数据，并对运行数据进行预处理，组成电力系统采集数据组xk（t）；

4、s2、将电力系统采集数据组xk（t）代入建立的负荷异常检测公式和电流谐波异常检测公式中，进行识别配电网中的潜在故障，获取负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t），并通过整合负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t），组成特征向量fk（t）；

5、s3、根据获取的特征向量fk（t）进行异常分析，获取故障区域生成的电力保护策略响应动作；

6、s4、根据电力保护策略响应动作对断路器的执行联动算法公式的评估，获取断路器联动控制的结果，标记为控制动作ack（t）；

7、s5、通过控制动作ack（t）与配电网的运行参数进行拟合处理，对电网整体运行的稳定性进行评估，获取电网整体稳定性评分sk（t），并与预设的电网稳定运行安全阈值sthe进行对比，获取对电网运行优化的反馈结果。

8、优选的，所述s1包括s11和s12；

9、s11、通过连接电力系统中集成的多个智能传感器，实时采集每个断路器的运行记录信息，包括电流信息、电压信息、负载信息、频率信息、电流谐波成分信息和负载变化速率信息，并通过对运行记录信息标记时间t和断路器唯一标识k，获取断路器k在时间t的电流ik（t）、电压vk（t）、负载zk（t）、频率fk（t）、电流谐波成分hk（t）和负载变化速率pk（t），组成断路器k的运行数据；

10、s12、对获取的断路器k的运行数据进行预处理，所述预处理包括去噪预处理、异常值检测预处理和缺失值填充预处理，再对预处理后的断路器k的运行数据进行标准化，消除不同量纲之间的差异，获取断路器k在时间t电力系统采集数据组xk（t）；

11、所述电力系统采集数据组x具体为x=（nik（t），nvk（t），nzk（t），nfk（t），nhk（t），npk（t））。

12、优选的，所述s2包括s21和s22；

13、s21、将电力系统采集数据组xk（t）代入建立的负荷异常检测公式和电流谐波异常检测公式中，进行识别配电网中的潜在故障，获取断路器k在时间t的负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t）；

14、s22、通过整合电力系统采集数据组xk（t）、负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t），组成特征向量f。

15、优选的，所述负荷偏差△lk（t）通过以下计算公式获取：

16、；

17、式中，npk（t-1）、nik（t-1）和nvk（t-1）分别表示断路器k在时间t-1的负载变化速率、电流和电压，p1和p2表示对负荷偏差的影响系数，具体p1表示电流偏差对负荷偏差的影响系数，p2表示电压偏差对负荷偏差的影响系数；

18、所述电流谐波偏差△hk（t）通过以下计算公式获取：

19、；

20、式中，nhk（t-1）、nzk（t-1）和nfk（t-1）分别表示断路器k在时间t-1的电流谐波成分、负载和频率，h1和h2表示对电流谐波偏差的影响系数，具体h1表示负载偏差对电流谐波偏差的影响系数，h2表示频率偏差对电流谐波偏差的影响系数。

21、优选的，所述s3包括s31和s32；

22、s31、根据特征向量fk（t）中的多个向量进行向量相关性异常分析，获取断路器k相邻向量之间的相关性系数corr；

23、所述相关性系数corr通过以下计算公式获取：

24、；

25、式中，corr（fk1（t），fk2（t））表示第k个断路器的第1个特征向量和第2个特征向量之间的相关性系数，t表示时间，n表示时间窗口大小，具体表示用于计算均值和标准差的时间窗口大，i表示时间序列中的每个数据点的下标，范围为t-n+1到t，fk1（i）表示时间序列下标i时的特征向量，ufk1和ufk2分别表示第1个特征向量和第2个特征向量的在时间窗口范围t-n+1到t内的均值。

26、优选的，s32、根据获取的相关性系数corr（fk1（t），fk2（t））触发故障评估机制进行确定故障区域，通过与预设的相关性阈值cthe进行对比，获取第k个断路器的故障趋势状态，并根据获取的故障趋势状态生成电力保护策略响应动作；

27、所述故障趋势状态通过以下对比方式获取：

28、当相关性系数corr（fk1（t），fk2（t））≥相关性阈值cthe时，获取第k个断路器的故障趋势状态为不存在故障趋势结果，标记断路器k为非故障区域，并清除断路器k电力保护策略响应动作；

29、当相关性系数corr（fk1（t），fk2（t））＜相关性阈值cthe时，获取第k个断路器的故障趋势状态为存在故障趋势结果，标记第k个断路器为故障区域，并生成断路器k电力保护策略响应动作进行应对短路保护、过载保护和频率控制策略，所述电力保护策略响应动作包括通过控制系统调整负荷分配、启动谐波滤波器消除电力系统中的谐波污染、启动频率调节器和切断对断路器k对应的电力供应进行复位和隔离。

30、优选的，所述s4包括s41；

31、s41、根据电力保护策略响应动作对断路器的执行联动算法公式的评估，获取断路器联动控制的结果，标记为控制动作ack（t），通过迭代获取控制动作ack（t）进行更新对断路器的联动控制；

32、所述控制动作ack（t）通过以下计算公式获取：

33、；

34、式中，m表示电力保护策略响应动作的数量，v（j）表示指示符函数，具体表示第j个控制策略的激活状态，ac（t，j）表示第j个控制策略在时间t的动作，包括调整负荷分配、启动谐波滤波器和启动频率调节器。

35、优选的，所述s5包括s51和s52；

36、s51、通过控制动作ack（t）与配电网的运行参数进行拟合处理，对电网整体运行的稳定性进行评估，获取电网整体稳定性评分sk（t）；

37、所述电网整体稳定性评分sk（t）通过以下计算公式获取：

38、；

39、式中，s1、s2、s3和s4分别表示时间t+1是时间t的电流差值、电压差值、负载差值和频率差值的影响系数，ik（t+1）、vk（t+1）、zk（t+1）和fk（t+1）分别表示时间t+1电流、电压、负载和频率。

40、优选的，s52、根据获取的电网整体稳定性评分sk（t）与预设的电网稳定运行安全阈值sthe进行对比，获取对电网运行优化的反馈结果；

41、所述对电网运行优化的反馈结果通过以下对比方式获取：

42、当电网整体稳定性评分sk（t）≥电网稳定运行安全阈值sthe时，获取反馈结果为安全结果；

43、当电网稳定运行安全阈值sthe≥电网整体稳定性评分sk（t）≥（电网稳定运行安全阈值sthe*90%）时，获取反馈结果为合格结果，当前电网运行在允许波动范围内；

44、当电网整体稳定性评分sk（t）＜（电网稳定运行安全阈值sthe*90%）时，获取反馈结果为不合格结果，当前电网运行超出允许波动范围，迭代优化电网运行，包括执行步骤s3、s4和s5直到退出反馈结果为不合格结果的状态。

45、一种智能电力断路器的控制系统，包括电力运行数据采集模块、特征提取模块、异常分析模块、联动控制模块和决策与优化模块；

46、所述电力运行数据采集模块通过连接电力系统多个断路器的运行数据，并对运行数据进行预处理，组成电力系统采集数据组xk（t）；

47、所述特征提取模块将电力系统采集数据组xk（t）代入建立的负荷异常检测公式和电流谐波异常检测公式中，进行识别配电网中的潜在故障，获取负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t），并通过整合负荷偏差△lk（t）和电流谐波偏差△hk（t），组成特征向量fk（t）；

48、所述异常分析模块根据获取的特征向量fk（t）进行异常分析，获取故障区域生成的电力保护策略响应动作；

49、所述联动控制模块根据电力保护策略响应动作对断路器的执行联动算法公式的评估，获取断路器联动控制的结果，标记为控制动作ack（t）；

50、所述决策与优化模块通过控制动作ack（t）与配电网的运行参数进行拟合处理，对电网整体运行的稳定性进行评估，获取电网整体稳定性评分sk（t），并与预设的电网稳定运行安全阈值sthe进行对比，获取对电网运行优化的反馈结果。

51、本发明提供了一种智能电力断路器的控制方法及系统，具备以下有益效果：

52、（1）通过采集数据组xk(t)代入负荷异常检测公式和电流谐波异常检测公式进行故障识别，获取负荷偏差△lk(t)和电流谐波偏差△hk(t)，进而通过整合这些偏差，形成ack(k)控制动作矩阵对断路器的执行联动控制进行评估，不仅保证了故障发生时的快速反应，也避免了不必要的系统干扰，提升了整体电网的运行效率。在此基础上，结合配电网的运行参数与控制动作，进一步进行电网稳定性评估，获取电网整体稳定性评分sk(t)，从而提供明确的电网优化反馈。能够实时监测电网运行状态、快速响应故障并作出智能决策，从而显著提升了电网的稳定性与安全性。

53、（2）通过对断路器k的特征向量fk(t)进行时间序列中的相关性分析，计算得到相邻时间点之间的相关性系数corr(fk1(t)，fk2(t))，有效捕捉到电网运行过程中可能出现的异常波动与趋势。这一分析通过时间窗口内的均值和标准差计算，能够灵活反映电力系统在不同时间尺度下的稳定性，尤其是在系统负荷波动或电流谐波干扰较大的情况下，能够及时识别故障风险，一旦通过相关性系数触发故障评估机制，系统会根据预设的相关性阈值cthe判断是否存在故障趋势。减少对电网其他部分的影响，并根据实时的运行数据自动触发保护措施，实现了对电网故障的及时识别与精准响应。相比于传统的静态保护机制，该方法不仅提高了系统的自适应能力，还能够针对不同类型的电力问题灵活选择响应策略，确保了电网的高效稳定运行。

54、（3）控制动作ack(t)是根据电力保护策略响应动作迭代更新的，通过对多个控制策略的激活状态进行评估，能够灵活地调整负荷分配、启动谐波滤波器以及调节频率，为电网的实时调节提供了精准的反馈和响应机制。每次更新后的控制动作ack(t)将直接影响电网的运行参数，从而保证电力系统在不断变化的环境中保持稳定，通过与电网运行参数的拟合，控制动作ack(t)有助于实时评估电网的整体稳定性，生成电网稳定性评分sk(t)，并与预设的稳定运行安全阈值sthe进行对比，迭代执行电力保护策略，确保电网运行的持续稳定性，形成了自适应的电网调节机制，能够快速响应电力系统中的变化，保障电网长期稳定可靠运行，并确保在系统超出允许波动范围时及时进行优化调整。