一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警方法和相关设备与流程

本技术涉及电力设备缺陷预警，尤其涉及一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警方法和相关设备。

背景技术：

1、相关技术中，现有技术通常在设备参数出现明显异常时才能发现问题，此时缺陷往往已发展到中后期，错过了最佳维护窗口期。

2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警方法和相关设备，能够实现缺陷的超前发现、动态推演和跨设备预警。

2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警系统，所述系统包括：

3、多源数据采集模块，用于获取电力设备的多源异构数据；所述多源异构数据包括生物荧光信号、设备运行数据和量子传感器阵列采集的磁场信号；

4、多源数据融合模块，用于根据所述多源异构数据，将生物异常、磁场畸变与运行参量的因果关系编码为融合规则，得到融合信息；

5、特征信息提取模块，用于从所述融合信息中提取生物荧光强度矩阵和微观磁场三维时空分布图谱，进行时空相关性分析，得到时空脉冲特征流；

6、风险推演预警模块，用于基于所述时空脉冲特征流构建全息张量，并融合所述设备运行数据映射至设备数字孪生体形成全息决策场，得到缺陷演化云图，根据所述缺陷演化云图和所述设备运行数据进行预警；

7、电网级联分析模块，用于将多个所述电力设备的所述全息决策场叠加到电网拓扑上，预测缺陷在所述电力设备间的级联传播路径。

8、在一些实施例中，所述多源数据采集模块包括：

9、第一采集单元，用于根据变压器油中氢气和一氧化碳分解产物的化学结构定制生物探针；将所述生物探针基于预设监测点嵌入变压器油中，连续采集生成的生物荧光信号；

10、第二采集单元，用于根据设备内部磁场强度及空间分布位置，设置若干个原子磁力计构建量子传感器阵列并部署于设备表面，通过时间同步协议融合所述量子传感器阵列采集的磁场信号；所述磁场信号包括设备内部磁场强度及空间分布信息；

11、第三采集单元，用于监测设备的运行状态，得到设备运行数据；所述设备运行数据包括负荷电流和环境温度。

12、在一些实施例中，所述多源数据融合模块包括：

13、生物分子诊断单元，用于根据所述生物荧光信号对变压器油中氢气和一氧化碳分解产物的浓度超出预设数值的超标区域进行定位，生成生物分子诊断图谱，并将符合预设条件的放电或过热区域标记为潜在故障区域，作为生物异常的量化表征；

14、磁场图谱构建单元，用于对所述磁场信号进行时空对齐处理，基于设备的立体几何形状构建局部微观磁场强度分布图谱，采用小波变换提取磁场梯度特征，通过聚类分析识别磁场畸变区域，并将所述磁场畸变区域定义为量子蛛网异常节点，作为磁场畸变的量化表征；

15、因果关系编码单元，用于通过坐标变换将预设的生物探针监测点与量子传感器阵列进行空间对齐，将所述生物分子诊断图谱中的潜在故障区域与所述量子蛛网异常节点进行空间叠加，根据jaccard相似系数计算所述潜在故障区域与所述量子蛛网异常节点的重叠度，建立所述生物异常与所述磁场畸变之间的空间耦合因果关系；同时，根据所述设备运行数据中的负荷电流变化与磁场饱和效应之间的物理关联，建立所述磁场畸变与运行参量之间的动态响应因果关系；将所述空间耦合因果关系和所述动态响应因果关系融合编码为包含空间耦合权重和动态响应权重的融合规则；

16、融合信息生成单元，用于根据所述融合规则，对符合预设条件的高风险耦合区域进行加权融合，生成包含故障演化趋势的融合信息矩阵，将所述融合信息矩阵与所述设备运行数据进行时间戳对齐，得到融合信息。

17、在一些实施例中，所述因果关系编码单元中，所述空间耦合因果关系的编码方式包括：以jaccard相似系数作为生物异常区域与磁场畸变区域的空间重叠度量化指标，当重叠度大于预设阈值时，判定所述生物异常与所述磁场畸变存在强空间耦合因果关系，并为对应区域分配第一融合权重；

18、所述动态响应因果关系的编码方式包括：建立负荷电流变化量与磁场梯度变化量之间的传递函数，以所述传递函数的增益系数作为所述磁场畸变对运行参量变化的敏感度指标，当敏感度超过预设阈值时，判定存在动态响应因果关系，并为对应区域分配第二融合权重；

19、所述融合规则由所述第一融合权重和所述第二融合权重加权组合而成。

20、在一些实施例中，所述特征信息提取模块包括：

21、图谱提取单元，用于从所述融合信息中分离出生物荧光信号，将生物荧光信号的强度转换为生物分子浓度值，按照预设的空间网格划分构建生物荧光强度矩阵，以及从所述融合信息中提取电力设备局部微观磁场，基于径向基函数插值的三维重建算法构建电力设备局部微观磁场的三维时空分布图谱；

22、脉冲序列转换单元，用于将所述生物荧光强度矩阵进行数据归一化得到标准化荧光激励信号，根据神经编码机制采用泄漏积分模型，当所述标准化荧光激励信号的累积值超过预设的动态阈值时触发脉冲信号，基于目标生物分子在变压器油中的扩散系数对脉冲信号进行时间对齐，并根据设备历史故障率对设备关键区域的脉冲信号进行幅度加权，将处理后的脉冲信号按固定时间窗口离散化，生成包含空间位置、时间戳和脉冲幅度的四元组序列作为脉冲序列；

23、脉冲相位差编码单元，用于采用sobel算子对所述三维时空分布图谱进行空间卷积运算，计算磁场强度在x、y和z三个方向上的偏导数合成局部微观磁场梯度矩阵，建立局部微观磁场梯度值与脉冲相位差之间的非线性映射关系，基于所述设备运行数据中的负荷电流变化补偿大电流工况下磁场饱和效应导致的梯度测量偏差得到相位差编码，采用径向基函数插值法对所述相位差编码进行空间插值生成连续相位差场，并通过时空同步校准得到脉冲相位差；

24、初级特征图谱生成单元，用于通过预构建的脉冲卷积层同步捕获所述脉冲序列的时间演化特征和所述脉冲相位差的空间分布特征，生成初级时空脉冲特征图谱；

25、注意力增强单元，用于基于所述初级时空脉冲特征图谱中的脉冲序列幅度特征，通过softmax函数计算幅度权重；基于所述脉冲相位差与设备健康状态下相位差均值的偏差程度，采用高斯函数计算相位权重；将所述幅度权重与所述相位权重融合为双模态注意力权重矩阵，并与所述初级时空脉冲特征图谱进行哈达玛积运算，得到增强后的脉冲特征图谱；

26、时空相关性分析单元，用于通过计算所述生物荧光强度矩阵与所述局部微观磁场梯度矩阵的互信息熵，量化生物化学异常与磁场畸变的耦合程度，并基于所述互信息熵构建时空相关性图谱；

27、特征流生成单元，用于将所述增强后的脉冲特征图谱与所述时空相关性图谱进行级联，生成携带设备健康信息的时空脉冲特征流；所述时空脉冲特征流包括脉冲幅度、脉冲相位差和互信息熵值。

28、在一些实施例中，所述风险推演预警模块包括：

29、全息决策场构建单元，用于基于所述时空脉冲特征流中的脉冲幅度、脉冲相位差及互信息熵值构建全息张量，基于数字孪生技术构建设备物理实体的虚拟镜像，将所述全息张量映射至所述虚拟镜像的对应时空坐标，并融合所述设备运行数据形成全息决策场；

30、缺陷萌芽点标记单元，用于当所述脉冲幅度、所述脉冲相位差及所述互信息熵值中的任一项超过预设的第一阈值时，将对应超过预设阈值的区域标记为初始缺陷萌芽点；

31、缺陷传播模拟单元，用于基于所述初始缺陷萌芽点，采用元胞自动机算法根据设备的绝缘老化速率和所述设备运行数据，模拟缺陷在所述全息决策场中的传播路径与传播速度；

32、云图生成单元，用于将缺陷在所述全息决策场中的所述传播路径标记为动态矢量箭头，根据所述传播速度判断缺陷严重度并将所述缺陷严重度映射为颜色，形成包含所述传播路径、所述传播速度以及所述缺陷严重度的缺陷演化云图；

33、预警触发单元，用于当所述缺陷演化云图中任一区域的脉冲幅度、脉冲相位差及互信息熵值中的任一项超过预设的第二阈值时，立即触发预警信号，从所述缺陷演化云图中提取所述传播路径、所述传播速度以及所述缺陷严重度，输出包含所述设备运行数据以及所述传播路径、所述传播速度以及所述缺陷严重度的预警信息；所述第二阈值高于所述第一阈值。

34、在一些实施例中，所述电网级联分析模块包括：

35、图构建单元，用于以所述电力设备为图节点、以设备间的耦合关系为边构建电网拓扑图；所述图节点关联存储对应所述电力设备的所述全息决策场及所述缺陷演化云图；所述耦合关系包括电气耦合、热耦合、磁场耦合和控制耦合；

36、注意力传播单元，用于根据所述电网拓扑图，通过图注意力网络计算缺陷节点对相邻节点的注意力权重；所述缺陷节点包括已出现缺陷萌芽但尚未触发正式预警的设备节点；所述注意力权重表征一个设备的异常状态对另一个设备缺陷发展的影响程度；

37、级联路径预测单元，用于根据注意力权重矩阵输出缺陷在设备间的传播概率，并生成高风险级联传播链路排序；所述传播概率为缺陷从源设备沿耦合边传播至目标设备的可能性度量，通过对所述注意力权重进行归一化得到；所述高风险级联传播链路排序用于指示所述风险推演预警模块调整预警优先级，以及指示运维人员优先排查的故障传播路径顺序；

38、脆弱节点识别单元，用于统计每个设备被多条传播路径指向的频次，识别电网中的关键脆弱节点；所述关键脆弱节点包括被传播路径指向频次的排名位于预设位数之前的设备节点；所述关键脆弱节点用于触发对相应所述电力设备的加密监测和预防性维护指令。

39、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警方法，用于通过如前面所述的系统实现，所述方法包括：

40、通过多源数据采集模块、多源数据融合模块、特征信息提取模块、风险推演预警模块和电网级联分析模块执行电力设备多源异构数据融合的缺陷预警。

41、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前面所述的方法。

42、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。

43、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。

44、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术提供一种电力设备多源异构数据融合的缺陷预警方法、系统、电子设备、存储介质及程序产品,本技术包括：多源数据采集模块，用于获取电力设备的多源异构数据；多源数据融合模块，用于根据多源异构数据，将生物异常、磁场畸变与运行参量的因果关系编码为融合规则，得到融合信息；特征信息提取模块，用于得到时空脉冲特征流；风险推演预警模块，用于融合设备运行数据映射至设备数字孪生体形成全息决策场，得到缺陷演化云图，根据缺陷演化云图和设备运行数据进行预警；电网级联分析模块，用于将多个电力设备的全息决策场叠加到电网拓扑上，预测缺陷在电力设备间的级联传播路径。本技术能够实现电力设备缺陷的预警及电网级联风险推演。