本發(fā)明涉及斷路器監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種基于分閘壓力曲線檢測斷路器剛分點的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

斷路器是實現(xiàn)電力系統(tǒng)有效控制的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生故障將帶來嚴重后果，以往對斷路器檢修存在很大的盲目性，而且頻繁拆卸可能會降低斷路器動作的可靠性，有效運用斷路器對保護電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。因此，及時了解斷路器工作狀態(tài)，提早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的部位，提高檢修針對性，避免不必要的停電損失。有效監(jiān)測機械特性參數(shù)的關(guān)鍵在于剛分時刻的確定，但現(xiàn)有的檢測方法中使用單一傳感器，容易產(chǎn)生干擾偏差，同時現(xiàn)有的檢測方法存在數(shù)據(jù)處理結(jié)果不精確的問題，若對數(shù)據(jù)的處理方式不當，將導致曲線數(shù)據(jù)分析時，得出的實際剛分點定位不準確，大小與實際值偏差較大，以致無法準確判斷斷路器狀態(tài)，最終電力系統(tǒng)不能及時對故障進行監(jiān)測，系統(tǒng)控制不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測方法，用于解決因單純的依據(jù)一條曲線進行數(shù)據(jù)分析導致的斷路器剛分點檢測不準確的問題。同時，本發(fā)明還提供了一種基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測系統(tǒng)。

為解決上述問題，本發(fā)明利用基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測方法，包括如下步驟：

1)獲取分閘過程中的壓力-時間曲線和位移-時間曲線；

2)在壓力-時間曲線上求取曲線數(shù)值中的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻t_m；

3)依據(jù)對應(yīng)時刻t_m在位移-時間曲線上找取點S_m，對數(shù)據(jù){S_k～S_m}進行數(shù)據(jù)處理，S_k為數(shù)據(jù)的起始數(shù)值，求取數(shù)據(jù)中各點對應(yīng)的速度，則速度最大值位置S_c即為實際剛分點。

進一步的，步驟2)中對壓力-時間曲線上的數(shù)據(jù)按時刻從前往后進行分組，每N個數(shù)據(jù)為一組，并求取每組數(shù)據(jù)的均值，依次判斷相鄰組均值的大小，當出現(xiàn)接連幾個組的均值具有下降趨勢，且緊鄰的下一組均值具有上升趨勢，則判定所求點在最后兩個下降趨勢的均值所在的數(shù)據(jù)中；

將得到的數(shù)據(jù)再進行分組，每N1個數(shù)據(jù)為一組，同樣對每組數(shù)據(jù)求取均值，當存在一個均值不大于下一個均值時，則取當前均值對應(yīng)數(shù)據(jù)中的最小值，即壓力-時間曲線上的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻。

進一步的，有下降趨勢的連續(xù)數(shù)據(jù)組數(shù)為3～4。

進一步的，在步驟3)中找取位移-時間曲線的起始位置作為數(shù)據(jù){S_k～S_m}中的起始數(shù)值S_k；

對于位移-時間曲線先平緩后下降的情況，首先對包含起始位置的數(shù)據(jù)X1{x₁～x_T}計算其概率密度，找到概率最大值對應(yīng)的數(shù)值x_p，然后在所述數(shù)據(jù)X1中找到時刻上最后一個大于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)X2{x₁～x_n}根據(jù)直線擬合法求取直線x＝k，以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，最后在所述數(shù)據(jù)X2中找到時刻上最后一個大于x_d的數(shù)值x_z，將x_z對應(yīng)的點記為曲線上的起始位置；

對于位移-時間曲線先平緩后上升的情況，首先對包含起始位置的數(shù)據(jù)X1{x₁～x_T}計算其概率密度，找到概率最大值對應(yīng)的數(shù)值x_p，然后在所述數(shù)據(jù)X1中找到時刻上最后一個小于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)X2{x₁～x_n}根據(jù)直線擬合法求取直線x＝k，以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，最后在所述數(shù)據(jù)X2中找到時刻上最后一個小于x_d的數(shù)值x_z，將x_z對應(yīng)的點記為曲線上的起始位置。

進一步的，對位移-時間曲線先平緩后下降情況中的所述數(shù)據(jù)X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求均值x_m，將概率最大值x_p與直線擬合數(shù)值k進行歸一加權(quán)處理得到轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)數(shù)值x_d，加權(quán)系數(shù)與k、x_p和x_m有關(guān)；

對位移-時間曲線先平緩后上升情況中的所述數(shù)據(jù)X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求均值x_m，將概率最大值x_p與直線擬合數(shù)值k進行歸一加權(quán)處理得到轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)數(shù)值x_d，加權(quán)系數(shù)與k、x_p和x_m有關(guān)；

所述轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)值x_d為：其中，為加權(quán)系數(shù)。

本發(fā)明還提出基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如下模塊：

1)用于獲取分閘過程中的壓力-時間曲線和位移-時間曲線的模塊；

2)用于在壓力-時間曲線上求取曲線數(shù)值中的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻t_m的模塊；

3)用于依據(jù)對應(yīng)時刻t_m在位移-時間曲線上找取點S_m，對數(shù)據(jù){S_k～S_m}進行數(shù)據(jù)處理，S_k為數(shù)據(jù)的起始數(shù)值，求取數(shù)據(jù)中各點對應(yīng)的速度，則速度最大值位置S_c即為實際剛分點的模塊。

進一步的，模塊2)中對壓力-時間曲線上的數(shù)據(jù)按時刻從前往后進行分組，每N個數(shù)據(jù)為一組，并求取每組數(shù)據(jù)的均值，依次判斷相鄰組均值的大小，當出現(xiàn)接連幾個組的均值具有下降趨勢，且緊鄰的下一組均值具有上升趨勢，則判定所求點在最后兩個下降趨勢的均值所在的數(shù)據(jù)中；

將得到的數(shù)據(jù)再進行分組，每N1個數(shù)據(jù)為一組，同樣對每組數(shù)據(jù)求取均值，當存在一個均值不大于下一個均值時，則取當前均值對應(yīng)數(shù)據(jù)中的最小值，即壓力-時間曲線上的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻。

進一步的，有下降趨勢的連續(xù)數(shù)據(jù)組數(shù)為3～4。

進一步的，在模塊3)中找取位移-時間曲線的起始位置作為數(shù)據(jù){S_k～S_m}中的起始數(shù)值S_k；

對于位移-時間曲線先平緩后下降的情況，首先對包含起始位置的數(shù)據(jù)X1{x₁～x_T}計算其概率密度，找到概率最大值對應(yīng)的數(shù)值x_p，然后在所述數(shù)據(jù)X1中找到時刻上最后一個大于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)X2{x₁～x_n}根據(jù)直線擬合法求取直線x＝k，以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，最后在所述數(shù)據(jù)X2中找到時刻上最后一個大于x_d的數(shù)值x_z，將x_z對應(yīng)的點記為曲線上的起始位置；

對于位移-時間曲線先平緩后上升的情況，首先對包含起始位置的數(shù)據(jù)X1{x₁～x_T}計算其概率密度，找到概率最大值對應(yīng)的數(shù)值x_p，然后在所述數(shù)據(jù)X1中找到時刻上最后一個小于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)X2{x₁～x_n}根據(jù)直線擬合法求取直線x＝k，以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，最后在所述數(shù)據(jù)X2中找到時刻上最后一個小于x_d的數(shù)值x_z，將x_z對應(yīng)的點記為曲線上的起始位置。

進一步的，對于位移-時間曲線先平緩后下降情況中的所述數(shù)據(jù)X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求均值x_m，將概率最大值x_p與直線擬合數(shù)值k進行歸一加權(quán)處理得到轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)數(shù)值x_d，加權(quán)系數(shù)與k、x_p和x_m有關(guān)；

對位移-時間曲線先平緩后上升情況中的所述數(shù)據(jù)X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求均值x_m，將概率最大值x_p與直線擬合數(shù)值k進行歸一加權(quán)處理得到轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)數(shù)值x_d，加權(quán)系數(shù)與k、x_p和x_m有關(guān)；

所述轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)值x_d為：其中，為加權(quán)系數(shù)。

本發(fā)明提出的斷路器剛分點檢測方法簡便有效，該方法引入壓力傳感器采集壓力信號，綜合分析壓力-時間曲線和位移-時間曲線精確判定斷路器剛分點，有效提高了計算方法的計算速度，同時，避免了當位移傳感器出現(xiàn)噪聲污染時不可計算的問題。實時監(jiān)測斷路器工作狀態(tài)的過程需要精準確定斷路器剛分點的位置，從而斷路器才可以準確判斷曲線異常值，預(yù)警故障，同時該方法的運用并不局限于某種斷路器型號，具有普遍適用性。

本發(fā)明在壓力-時間曲線分析過程中為快速地求取出曲線極小值，提出縮減區(qū)域求極值的方法，該方法不僅快速而且計算結(jié)果精確。

本發(fā)明在求取最大速度獲取實際剛分點的過程中，采用概率估計法尋找位移-時間曲線上的起始位置，該方法能夠更加精準地確定曲線的起始位置，進而為后續(xù)求取最大速度提供精確的數(shù)據(jù)段，簡化計算程序，且能夠在噪聲情況下進行有效地計算。

本發(fā)明還提出了斷路器剛分點檢測系統(tǒng)，采用多個傳感器采集信號得出信號曲線，綜合分析曲線，精確地求取斷路器的剛分點，從而為監(jiān)測斷路器工作狀態(tài)提供準確判據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常值，預(yù)警故障。

附圖說明

圖1為真空斷路器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；

圖2為兩種情況的分閘位移曲線模型；

圖3為分閘壓力曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。

圖1所示為真空斷路器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)在線或非在線監(jiān)測。該系統(tǒng)包括斷路器、真空斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測裝置、通訊單元、顯示單元、存儲單元、報警單元，其中斷路器包括用于采集信號的霍爾傳感器、壓力傳感器、位移傳感器和無線測溫模塊。通過A/D轉(zhuǎn)換電路將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過監(jiān)測裝置進行處理，將采集得到的數(shù)據(jù)顯示、存儲和計算，并對計算的特征值與存儲的歷史數(shù)據(jù)對比，超出閾值或出現(xiàn)異常值則進行報警。

該技術(shù)方案的基本方法步驟為：

步驟一、獲取分閘過程中的壓力-時間曲線和位移-時間曲線；

步驟二、在壓力-時間曲線上求取曲線數(shù)值中的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻t_m；

步驟三、依據(jù)對應(yīng)時刻t_m在位移-時間曲線上找取點S_m，對數(shù)組{S_k～S_m}進行數(shù)據(jù)處理，S_k為數(shù)組的起始數(shù)值，求取數(shù)組中各點對應(yīng)的速度，則速度最大值位置S_c即為實際剛分點。

上述各步驟的詳細過程介紹如下：

步驟一、利用兩個傳感器采集分閘斷路器的壓力信號和位移信號，由顯示單元得出分閘過程中的壓力-時間曲線和位移-時間曲線。本實施例中采用壓力傳感器采集壓力信號，采用位移傳感器采集位移信號，作為其他實施方案，壓力信號和位移信號的采集還會采用其他相應(yīng)的的模擬信號采集器。

步驟二、求取圖3所示的壓力-時間曲線上的極小值M1，并記錄極小值M1位置對應(yīng)的時刻t_m。

本實施例采用的是縮減判斷區(qū)域的方法求取壓力-時間曲線上的極小值M1，詳細過程如下：

(1)圖3所示的分閘壓力-時間曲線中，對分閘壓力數(shù)據(jù)P₀按時間順序從前往后進行分組，每N個數(shù)據(jù)為一組，并求取每一組中數(shù)據(jù)的均值p_i，本實施例中，經(jīng)過多次實驗且考慮到編程設(shè)計，設(shè)置N為32，即每32個數(shù)據(jù)為一組。

(2)對步驟二中得到的多個均值進行比較，依次判斷相鄰均值的大小，當出現(xiàn)連續(xù)幾個均值具有下降趨勢，即p_i-3＞p_i-2＞p_i-1＞p_i，且緊鄰的后一個均值具有上升趨勢，即p_i＜p_i+1，則判定所求點在均值p_i-1和p_i對應(yīng)的數(shù)組P_z內(nèi)。

本實施例中取的連續(xù)下降趨勢數(shù)組組數(shù)為3～4，下降趨勢跟斷路器采樣頻率有關(guān)，可以根據(jù)實際情況調(diào)整。

本實施例中，數(shù)組P_z包含64個數(shù)據(jù)。

(3)將數(shù)組P_z再進一步分組，每N1個數(shù)據(jù)為一組，并求取每一組中數(shù)據(jù)的均值，然后依次判斷相鄰均值的大小，當存在一個均值不大于下一個均值時，則判定所求點在當前均值對應(yīng)數(shù)組內(nèi)，這里取數(shù)組中最小值即為壓力-時間曲線上的極小值M1，并記錄M1對應(yīng)的時刻。本實施例中，經(jīng)過多次實驗且考慮到編程設(shè)計，設(shè)置N1為4，即每4個數(shù)據(jù)為一組。

步驟三、依據(jù)對應(yīng)時刻t_m在位移-時間曲線上找取點S_m，對數(shù)組{S_k～S_m}進行平滑濾波處理，S_k為數(shù)組的起始數(shù)值，求取各數(shù)據(jù)點對應(yīng)的速度，速度最大值位置S_c記為實際剛分點。

本實施例中求取位移-時間曲線的起始位置作為數(shù)組{S_k～S_m}中的起始數(shù)值S_k，然后對進行數(shù)據(jù)處理，找取速度最大值位置S_c。如圖2所示，根據(jù)位移傳感器的安裝位置不同，得到的位移-時間曲線有兩種曲線模型，依據(jù)不同的曲線模型，下面詳細描述位移-時間曲線上的起始位置求取的方法。

對于圖2中的情況1，詳細計算過程為：

(1)對包含起始值的數(shù)據(jù)段X{x_k,k＝1,2,...,t}使用移動平滑濾波得到X_s，根據(jù)判定條件x_s＞(max(X_s)+min(X_s))/2得到X_s中符合條件的最大時刻T；

(2)對數(shù)據(jù)段X1{x₁～x_T}計算其概率密度分布，找到概率最大值P_max對應(yīng)的數(shù)值x_p，且x_p應(yīng)滿足x_p∈X1；

(3)在數(shù)據(jù)段X1中找到時刻上最后一個大于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)段X2{x_n～x_t}采用直線擬合法求取直線x＝k；

(4)以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，在數(shù)據(jù)段X2中找到時刻上最后一個大于x_d的數(shù)值x_z，x_z對應(yīng)的點記為位移起始位置。

實際上，以上述計算得到的k找到的起始位置已經(jīng)很精確，但這里為了找到更精確的起始位置，便于系統(tǒng)故障分析，針對上述步驟又提出了以下方法：

(5)對數(shù)據(jù)段X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求取其均值

(6)根據(jù)歸一化加權(quán)思想，求取實際帶有噪聲的位移-時間曲線起始轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)值x_d，表達式為：

$x_d=\frac{k-x_m}{x_p+k-2x_m}{x}_p+\frac{x_p-x_m}{x_p+k-2x_m}k$

其中，為加權(quán)系數(shù)；

(7)在數(shù)據(jù)段X1中找到時刻上最后一個大于x_d的數(shù)x_z，將位移-時間曲線上x_z對應(yīng)的點記為位移起始位置。

對于圖2中的情況2，位移起始位置的詳細計算過程：

(1)對包含起始值的數(shù)據(jù)段X{x_k,k＝1,2,...,t}使用移動平滑濾波得到X_s，根據(jù)判定條件x_s＜(max(X_s)+min(X_s))/2得到X_s中符合條件的最大時刻T；

(2)對數(shù)據(jù)段X1{x₁～x_T}計算其概率密度分布，找到概率最大值P_max對應(yīng)的數(shù)值x_p，且x_p應(yīng)滿足x_p∈X1；

(3)在數(shù)據(jù)段X1中找到時刻上最后一個小于x_p的數(shù)x_n，對數(shù)據(jù)段X2{x₁～x_n}采用直線擬合法求取直線x＝k；

(4)以k為轉(zhuǎn)折時刻最優(yōu)值x_d，在數(shù)據(jù)段X2中找到時刻上最后一個小于x_d的數(shù)值x_z，x_z對應(yīng)的點記為位移起始位置。

實際上，以上述計算得到的k找到的起始位置已經(jīng)很精確，但這里為了找到更精確的起始位置，便于系統(tǒng)故障分析，針對上述步驟又提出了以下方法：

(5)對數(shù)據(jù)段X2的前半段X3{x₁～x_n/2}求取其均值

(6)根據(jù)歸一化加權(quán)思想，求取實際帶有噪聲的位移-時間曲線初始轉(zhuǎn)折時刻的最優(yōu)值x_d，表達式為：

$x_d=\frac{k-x_m}{x_p+k-2x_m}{x}_p+\frac{x_p-x_m}{x_p+k-2x_m}k$

其中，為加權(quán)系數(shù)；

(7)在數(shù)據(jù)段X1中找到時刻上最后一個小于x_d的數(shù)x_z，將位移-時間曲線上x_z對應(yīng)的點記為位移起始位置。

本發(fā)明實施例還提供了基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如下模塊：

1)用于獲取分閘過程中的壓力-時間曲線和位移-時間曲線的模塊；

2)用于在壓力-時間曲線上求取曲線數(shù)值中的極小值，并記錄極小值位置對應(yīng)的時刻t_m的模塊；

3)用于依據(jù)對應(yīng)時刻t_m在位移-時間曲線上找取點S_m，對數(shù)組{S_k～S_m}進行數(shù)據(jù)處理，S_k為數(shù)組的起始數(shù)值，求取數(shù)據(jù)點對應(yīng)的速度，取速度最大值位置S_c為實際剛分點的模塊。

將得到的實際剛分點與設(shè)定的閾值比較，若超出設(shè)定的閾值偏差范圍，則進行故障報警。

保存歷史數(shù)據(jù)，將最后一次動作計算的數(shù)值與最近若干次動作數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對異常的剛分點數(shù)值通過顯示屏顯示預(yù)警信息，且進一步修正閾值，利于以后對系統(tǒng)故障的精確判斷。

上述模塊是系統(tǒng)中為實現(xiàn)該方法的各步驟所建立的功能模塊，實際上是一種根據(jù)以上基于分閘壓力曲線的斷路器剛分點檢測的方法進行編程，與方法步驟對應(yīng)的軟件進程，用于控制器中。因此，對于各個模塊，下面不再進行詳細介紹。