本發明涉(she)及輸變電設備檢測領域,具體涉(she)及一種基于(yu)閾值自適應設置的設備參(can)數異常檢測系統及方法。

背景技術：

眾所周(zhou)知，設(she)(she)備(bei)的(de)運(yun)行狀(zhuang)態對于電廠(chang)生(sheng)產影響巨(ju)(ju)大，設(she)(she)備(bei)在正(zheng)常工況(kuang)運(yun)行過程中體現出來的(de)功能特征、表象特征以及電氣特征與異(yi)常狀(zhuang)態下的(de)特征是有差異(yi)的(de)。根據設(she)(she)備(bei)狀(zhuang)態預警，做出檢修(xiu)計劃，將節省(sheng)電廠(chang)巨(ju)(ju)大的(de)人(ren)力、物力、財力，具有非常大的(de)經(jing)濟潛力。

目前，在設(she)(she)備(bei)狀態(tai)預(yu)警(jing)方面，設(she)(she)備(bei)生產廠商根據(ju)(ju)制造工(gong)藝(yi)設(she)(she)定各個部件不同預(yu)警(jing)級(ji)別的閾值方法(fa)(fa)，現有(you)設(she)(she)備(bei)異常檢測方法(fa)(fa)采用靜態(tai)閾值設(she)(she)置的方法(fa)(fa)，即以現有(you)數據(ju)(ju)平均值為基(ji)準，上下(xia)分別以均值的固定百分比(bi)(例如(ru)150％、300％)作為上下(xia)閾值，進行(xing)數據(ju)(ju)異常檢測。

上(shang)下(xia)閾值(zhi)之(zhi)間的(de)(de)(de)區(qu)域為“正常”區(qu)域，上(shang)下(xia)閾值(zhi)之(zhi)外(wai)的(de)(de)(de)區(qu)域為“異常”區(qu)域。靜態閾值(zhi)設(she)置無法(fa)反映數據的(de)(de)(de)動態實(shi)時特(te)點。閾值(zhi)上(shang)下(xia)界設(she)置采用業務(wu)專家的(de)(de)(de)主觀經驗，無法(fa)反映數據客觀規律。

技術實現要素：

本(ben)發明的(de)目(mu)的(de)在于克服(fu)現(xian)有技(ji)術的(de)不(bu)足，提供一種(zhong)基(ji)于閾值(zhi)自(zi)適應設置(zhi)的(de)設備(bei)參數異(yi)常檢(jian)測系統及方法，解決變(bian)電設備(bei)狀態參數異(yi)常檢(jian)測閾值(zhi)區(qu)間較多依賴變(bian)電設備(bei)專家離線計算(suan)及主觀經驗，而(er)無法根據(ju)設備(bei)運行實(shi)時狀態自(zi)適應方式(shi)變(bian)化的(de)問題。

本發明提供了一種基于閾值自適應設(she)置(zhi)的(de)設(she)備(bei)參數異常檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統，包括變(bian)電設(she)備(bei)、集(ji)中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)、傳輸線(xian)路(lu)和檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統，變(bian)電設(she)備(bei)包括N個(ge)監測(ce)(ce)點，檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統包括接(jie)收(shou)器(qi)(qi)和處(chu)(chu)理器(qi)(qi)，N個(ge)監測(ce)(ce)點分別與(yu)集(ji)中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)連(lian)接(jie)，集(ji)中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)通過傳輸線(xian)路(lu)與(yu)檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統中(zhong)(zhong)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)連(lian)接(jie)，接(jie)收(shou)器(qi)(qi)與(yu)處(chu)(chu)理器(qi)(qi)連(lian)接(jie)，N大于2的(de)正整數；

N個監測點，用于(yu)實時(shi)(shi)檢測變(bian)電設備的運行狀態，實時(shi)(shi)獲取多維度(du)實時(shi)(shi)測點數據并傳輸至集中器；

集中(zhong)器，用(yong)于接(jie)收到N個監測(ce)點(dian)發送來的測(ce)點(dian)數據(ju)后，按照接(jie)收時間分(fen)批次將不同時間接(jie)收的測(ce)點(dian)數據(ju)通過(guo)傳輸線路發送至接(jie)收器；

接收(shou)(shou)器，接收(shou)(shou)器用于接收(shou)(shou)來自集中器發送的測點(dian)數據，經過預(yu)處(chu)理后發送至(zhi)處(chu)理器；

處理器包括：

正則化模塊(kuai)，用于(yu)對預處理后的測點(dian)數(shu)據(ju)進行歸一(yi)化運(yun)算；

降維模(mo)塊(kuai)，用(yong)于對歸一化處理(li)后的數據(ju)序列進行多維度變電(dian)設備(bei)數據(ju)降維；

預測模塊，用于對變(bian)電設備運行狀態的實時降維數據序列進行預測計算，產生變(bian)電設備運行狀態的預測數據序列；

分值(zhi)計算模塊，用于利(li)用變電設備實際數據與預(yu)測(ce)數據進(jin)行(xing)分值(zhi)計算，得(de)到當前(qian)時刻電設備運行(xing)狀態分值(zhi)；

閾(yu)值(zhi)計(ji)算模塊；確定變電設備運行狀態閾(yu)值(zhi)區間，包括(kuo)上(shang)閾(yu)值(zhi)界、下(xia)閾(yu)值(zhi)界，計(ji)算正常(chang)閾(yu)值(zhi)范圍；

異(yi)常檢測模(mo)塊，用于(yu)判斷當前時刻分值是否(fou)在閾值范圍內，得到(dao)是否(fou)異(yi)常的(de)結果。

進一步地(di)，傳輸(shu)線(xian)路(lu)(lu)為有(you)線(xian)線(xian)路(lu)(lu)、無(wu)線(xian)線(xian)路(lu)(lu)，或有(you)線(xian)線(xian)路(lu)(lu)和無(wu)線(xian)線(xian)路(lu)(lu)結合(he)的線(xian)路(lu)(lu)。

進一步地，進一步地正則化模塊還用于將多維度實時變電設備參數x_t定義為t時刻變電設備數據集合，x⁽ⁱ⁾定義為多維度(du)變電(dian)設(she)備數(shu)據的第i維，i＝1，2，…，n，表示為：

x_t＝(x⁽¹⁾，x⁽²⁾，…，x⁽ⁱ⁾，…，x⁽ⁿ⁾)

對多維度實時變電設備參數x_t進行正規化，實現歸(gui)一化運算，

得到t時刻變電設備運行狀態的實時多維度歸一化數據序列到n_t，其中NOR(x_t)是正規化運算，||x_t||，是x_t的模。

進一步地，降維模塊還用于對變電設備運行狀態的實時多維度歸一化數據序列n_t進行降維運算：

y_t＝PCA(n_t)

得到t時刻變電設備運行狀態的實時降維數據序列y_t，其中PCA(x_t)是降(jiang)維運算(suan)，通過對變電(dian)設(she)備運行狀態的(de)實時多維度歸(gui)一化數(shu)據序列(lie)應用降(jiang)維操作，產生變電(dian)設(she)備運行狀態的(de)實時降(jiang)維數(shu)據序列(lie)。

進一步地，分值計算模塊還用于應用變電設備運行狀態的實時降維數據序列y_t和變電(dian)設備運行(xing)狀態的實時數(shu)據(ju)及預測數(shu)據(ju)進行(xing)分值計算(suan)，

得到變電設備運行狀態分值到z_t。

進一步(bu)地，閾值計算(suan)模塊還用于(yu)計算(suan)變電設備的行(xing)狀態閾值區間，具(ju)體為(wei)：

[Q₁-1.5IQR，Q₃+1.5IQR]

其中，Q₁-1.5IQR為上閾值；Q₃+1.5IQR為下閾值；四分位數間距IQR＝Q₃-Q₁。

進一步地，異常檢測模塊還用于判斷當前時刻分值是否在閾值區間范圍，并做出變電設備運行狀態是否異常的結論是指使用變電設備運行狀態分值到z_t與變電設備運行狀態閾值區間[Q₁-1.5IQR，Q₃+1.5IQR]進行比較，如果z_t在該區間(jian)范(fan)圍，則(ze)變電(dian)設備狀態(tai)正常；否則(ze)，變電(dian)設備狀態(tai)異常。

本發明還提(ti)供了一種基于閾(yu)值(zhi)自適應設(she)置的(de)設(she)備參數異常(chang)檢測方法，依次(ci)包(bao)括如下步驟：

步驟1:變電(dian)設備(bei)運行狀態(tai)多(duo)維度實時(shi)測點數據接入，并進行歸(gui)一化處理，獲得變電(dian)設備(bei)運行狀態(tai)的實時(shi)多(duo)維度歸(gui)一化數據序列(lie)；

步驟(zou)2:通過對變電設備(bei)運行(xing)狀態的(de)實時多維度歸一(yi)化數(shu)據序列應用降維操作，產生變電設備(bei)運行(xing)狀態的(de)實時降維數(shu)據序列；

步驟3:應用可(ke)配置的(de)預測器，對變電(dian)設備運行(xing)(xing)狀態的(de)實時降維數據序列進行(xing)(xing)預測計算，產生(sheng)變電(dian)設備運行(xing)(xing)狀態的(de)預測數據序列；

步驟4:應用變(bian)電(dian)設備運行(xing)狀(zhuang)態(tai)的實時數據(ju)及預測數據(ju)進行(xing)分值(zhi)計算，得(de)到變(bian)電(dian)設備運行(xing)狀(zhuang)態(tai)分值(zhi)；

步(bu)驟(zou)5:確定變電(dian)設備(bei)運行狀(zhuang)態閾值(zhi)區間，包括上閾值(zhi)界(jie)、下(xia)閾值(zhi)界(jie)；

步驟(zou)6:應(ying)用變(bian)電設備運(yun)(yun)行狀態閾值區間(jian)，判斷當前(qian)時刻分值是否在閾值區間(jian)范圍(wei)，并做出變(bian)電設備運(yun)(yun)行狀態是否異常的結論。

本發明的(de)基于閾值自適(shi)應設置的(de)設備(bei)參數異常(chang)檢測系統及(ji)方法，可以實現：

解決變電(dian)設(she)備(bei)狀態參數異常(chang)檢測(ce)閾值區間較多依(yi)賴(lai)變電(dian)設(she)備(bei)專家離線計算(suan)及主(zhu)觀經驗，而無法根據設(she)備(bei)運行實(shi)時狀態自適應方(fang)式變化的(de)問題，利(li)用特定順(shun)序和(he)特殊(shu)的(de)處理方(fang)式，實(shi)時的(de)采集處理變電(dian)設(she)備(bei)數據，提高了運算(suan)效率(lv)，并且能(neng)夠實(shi)時快速、自動化的(de)檢測(ce)設(she)備(bei)異常(chang)情況。

附圖說明

圖1為基于閾值(zhi)自(zi)適應(ying)設(she)置的設(she)備參數異(yi)常檢測系統的結構圖

圖2為處理器(qi)中各個模塊處理流程圖

圖(tu)3為基于閾值自適應設置的(de)設備參數異常檢測方法流程圖(tu)

具體實施方式

下面詳(xiang)細(xi)說明(ming)本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)的(de)(de)具體實施，有必要在此指出的(de)(de)是，以下實施只是用(yong)于(yu)本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)的(de)(de)進一步(bu)說明(ming)，不能理解為對本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)保護范圍的(de)(de)限制(zhi)，該領(ling)域技術熟(shu)練人(ren)員根據上述本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)內容對本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)做出的(de)(de)一些非(fei)本(ben)(ben)質(zhi)的(de)(de)改進和調整，仍然屬于(yu)本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)的(de)(de)保護范圍。

本(ben)發明提供(gong)了(le)一種基于閾(yu)值(zhi)自(zi)適應設(she)置的設(she)備(bei)參(can)數異常檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)，如圖1所示，系(xi)統(tong)主要(yao)包括(kuo)變電設(she)備(bei)11、集中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)(qi)14、傳(chuan)輸線(xian)路15和檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)16，其中(zhong)(zhong)變電設(she)備(bei)11包括(kuo)N個監測(ce)點(dian)(dian)12、13，檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)包括(kuo)接(jie)收器(qi)(qi)(qi)17和處理器(qi)(qi)(qi)18，N個監測(ce)點(dian)(dian)分別與集中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)(qi)14連(lian)接(jie)，集中(zhong)(zhong)器(qi)(qi)(qi)14通過傳(chuan)輸線(xian)路15與檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)16中(zhong)(zhong)的接(jie)收器(qi)(qi)(qi)17連(lian)接(jie)，接(jie)收器(qi)(qi)(qi)17與處理器(qi)(qi)(qi)18連(lian)接(jie)。

N個(ge)(ge)監(jian)測(ce)點(dian)(dian)用于實時檢(jian)測(ce)變(bian)電設備11的(de)運行狀態，實時獲取多維(wei)度實時測(ce)點(dian)(dian)數(shu)據(ju)并傳(chuan)輸至(zhi)集中器(qi)(qi)(qi)14，集中器(qi)(qi)(qi)14接(jie)(jie)(jie)收(shou)到(dao)N個(ge)(ge)監(jian)測(ce)點(dian)(dian)發送(song)來(lai)的(de)測(ce)點(dian)(dian)數(shu)據(ju)后，按照接(jie)(jie)(jie)收(shou)時間分(fen)批(pi)次將(jiang)不同(tong)時間接(jie)(jie)(jie)收(shou)的(de)測(ce)點(dian)(dian)數(shu)據(ju)通過傳(chuan)輸線(xian)(xian)路15發送(song)至(zhi)接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)，其中傳(chuan)輸線(xian)(xian)路15可(ke)以(yi)為有線(xian)(xian)的(de)方(fang)(fang)式(shi)，也可(ke)以(yi)是無線(xian)(xian)的(de)方(fang)(fang)式(shi)，甚至(zhi)可(ke)以(yi)是有線(xian)(xian)和無線(xian)(xian)結(jie)合的(de)方(fang)(fang)式(shi)，接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)17接(jie)(jie)(jie)收(shou)到(dao)來(lai)自(zi)集中器(qi)(qi)(qi)14發送(song)的(de)測(ce)點(dian)(dian)數(shu)據(ju)以(yi)后，進行預(yu)(yu)處(chu)理后發送(song)至(zhi)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)18，其中預(yu)(yu)處(chu)理為濾波(bo)、放大等處(chu)理。如(ru)圖2所示，處(chu)理器(qi)(qi)(qi)18包括正則化模(mo)塊21，降維(wei)模(mo)塊22，預(yu)(yu)測(ce)模(mo)塊23，分(fen)值計算模(mo)塊24，閾值計算模(mo)塊25和異常(chang)檢(jian)測(ce)模(mo)塊26，處(chu)理器(qi)(qi)(qi)18接(jie)(jie)(jie)收(shou)到(dao)來(lai)自(zi)接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)17預(yu)(yu)處(chu)理后的(de)測(ce)點(dian)(dian)數(shu)據(ju)以(yi)后，進行以(yi)下處(chu)理：

(1)對預(yu)處理(li)后(hou)的(de)測(ce)點數(shu)據進行歸一化運(yun)算(suan)，具(ju)體為；

多維度實時變電設備參數x_t定義為t時刻變電設備數據集合，x⁽ⁱ⁾定(ding)義為多維度變電設備數據的第(di)i維，i＝1，2，…，n，表示為：

x_t＝(x⁽¹⁾，x⁽²⁾，…，x⁽ⁱ⁾，…，x⁽ⁿ⁾)

所述歸一化處理，是指對多維度實時變電設備參數x_t進行正規化，實現歸一(yi)化運(yun)算，

得到t時刻變電設備運行狀態的實時多維度歸一化數據序列到n_t，其中NOR(x_t)是正規化運算，||x_t||，是x_t的模。

其中所(suo)述變(bian)電(dian)(dian)設備(bei)包(bao)括(但不限(xian)于)開(kai)關刀閘、變(bian)壓器等，所(suo)述變(bian)電(dian)(dian)設備(bei)狀態參數包(bao)括(但不限(xian)于)電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)壓、功(gong)率、功(gong)率因(yin)數、油(you)溫、油(you)中氣(qi)體數據等。

(2)對(dui)歸一(yi)化處理后的數據序列進行多維度變電設(she)備數據降維，具體(ti)為：

所述進行降維操作，是指對變電設備運行狀態的實時多維度歸一化數據序列n_t進行降維運算：

y_t＝PCA(n_t)

得到t時刻變電設備運行狀態的實時降維數據序列y_t，其中PCA(x_t)是降維運算，通過對變電設備運行狀態的實時多維度歸一化數據序列應用降維操作，產生變電設備運行狀態的實時降維數據序列；所述降維運算PCA(x_t)包括(但(dan)不限于)離散余弦變換、主(zhu)成(cheng)分分析、離散小波變換等(deng)。

(3)對變電(dian)(dian)設備運行狀態(tai)的實時降維數(shu)據序(xu)列進行預測計(ji)算，產(chan)生(sheng)變電(dian)(dian)設備運行狀態(tai)的預測數(shu)據序(xu)列，具體為：

所述預測計算，是指對變電設備運行狀態的實時降維數據序列y_t進行預測計算，

得到t時刻變電設備運行狀態的預測數據序列其中AR(y_t)是預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)；其中所述預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)包(bao)括(但(dan)不限于)：多項式回歸(gui)預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)、支持(chi)向量機預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)、人(ren)工神(shen)經網絡預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)、卡爾(er)曼(man)預(yu)測濾(lv)波器(qi)(qi)(qi)(qi)、決策樹回歸(gui)預(yu)測器(qi)(qi)(qi)(qi)。

(4)利用變電設備實際數(shu)據與預測數(shu)據進行(xing)分值(zhi)計算，得(de)到當前時刻(ke)電設備運行(xing)狀態分值(zhi)，具體為：

所述分值計算，是指應用變電設備運行狀態的實時降維數據序列y_t和變電設備(bei)運行狀態的實時數據及預(yu)測數據進(jin)行分值計算，

得到變電設備運行狀態分值到z_t；

(5)確定變(bian)電設備運行狀態閾(yu)值區間，包括上閾(yu)值界(jie)、下閾(yu)值界(jie)，計算正常(chang)閾(yu)值范圍，具體為(wei)：

所述變電(dian)設備運行狀態閾值區間，是指

[Q₁-1.5IQR，Q₃+1.5IQR]

其中，Q₁-1.5IQR為上閾值；Q₃+1.5IQR為下閾值；四分位數間距IQR＝Q₃-Q₁。

(6)判斷當(dang)前時刻分值是否在閾值范圍內，得到(dao)是否異常的(de)結果。

所述判斷當前時刻分值是否在閾值區間范圍，并做出變電設備運行狀態是否異常的結論是指使用變電設備運行狀態分值到z_t與變電設備運行狀態閾值區間[Q₁-1.5IQR，Q₃+1.5IQR]進行比較，如果z_t在該區(qu)間范圍(wei)，則變電設備狀態正常；否則，變電設備狀態異常。

本發(fa)明還提供了一(yi)種基于閾值自適(shi)應設置的變電(dian)設備狀態參數異常(chang)檢測方法，如圖3所示，包(bao)括以下步(bu)驟：

步驟1:變(bian)電設備(bei)運行(xing)狀(zhuang)態多(duo)維度實(shi)時測點數(shu)據接入，并進行(xing)歸一化處理，獲得變(bian)電設備(bei)運行(xing)狀(zhuang)態的實(shi)時多(duo)維度歸一化數(shu)據序列(lie)；

步驟(zou)2:通過對變電設備(bei)運行狀(zhuang)態的實(shi)時(shi)多(duo)維(wei)度歸一化數(shu)據序列應用降(jiang)維(wei)操作(zuo)，產生(sheng)變電設備(bei)運行狀(zhuang)態的實(shi)時(shi)降(jiang)維(wei)數(shu)據序列；

步驟3:應用可(ke)配置的預測(ce)(ce)器，對變電(dian)設(she)(she)備(bei)運行(xing)狀態(tai)的實時降維數據(ju)序列進(jin)行(xing)預測(ce)(ce)計算(suan)，產生變電(dian)設(she)(she)備(bei)運行(xing)狀態(tai)的預測(ce)(ce)數據(ju)序列；

步驟4:應用變電設備運行狀(zhuang)態的實(shi)時數據及預測數據進行分值計算，得到變電設備運行狀(zhuang)態分值；

步驟5:確定變電設備(bei)運行狀態閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)區間(jian)，包括(kuo)上閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)界、下閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)界；

步驟6:應用變電設(she)備(bei)運行狀態閾(yu)值(zhi)區(qu)(qu)間，判斷當前時刻(ke)分值(zhi)是否在閾(yu)值(zhi)區(qu)(qu)間范圍，并做出(chu)變電設(she)備(bei)運行狀態是否異常(chang)的結(jie)論。

盡管(guan)為了(le)說明(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)，已描(miao)述(shu)(shu)了(le)本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)示例性實(shi)施方式，但是(shi)本(ben)領域的(de)(de)(de)技術(shu)人員將理解(jie)，不脫(tuo)離(li)所附權利(li)要求(qiu)中(zhong)公開的(de)(de)(de)發(fa)明(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)和(he)精神的(de)(de)(de)情況下，可以在形(xing)式和(he)細節(jie)上(shang)進(jin)行各種修改、添加和(he)替換等的(de)(de)(de)改變，而所有這些改變都應屬(shu)于本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)所附權利(li)要求(qiu)的(de)(de)(de)保護范(fan)(fan)圍(wei)，并且本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)要求(qiu)保護的(de)(de)(de)產品各個部門和(he)方法中(zhong)的(de)(de)(de)各個步驟(zou)，可以以任意組(zu)合的(de)(de)(de)形(xing)式組(zu)合在一起。因(yin)此，對本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)中(zhong)所公開的(de)(de)(de)實(shi)施方式的(de)(de)(de)描(miao)述(shu)(shu)并非(fei)為了(le)限(xian)制本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)，而是(shi)用(yong)于描(miao)述(shu)(shu)本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)。相應地，本(ben)發(fa)明(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)不受以上(shang)實(shi)施方式的(de)(de)(de)限(xian)制，而是(shi)由權利(li)要求(qiu)或(huo)其等同物(wu)進(jin)行限(xian)定。