一種變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變壓器檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常檢測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器作為電力系統(tǒng)中及其重要的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn) 定運行，隨著狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)成熟度的不斷提高和監(jiān)測裝置的廣泛應(yīng)用，狀態(tài)監(jiān)測在狀態(tài)評 估和故障診斷方面起到了重要作用。變壓器在實際運行過程中會受到過負荷、過電壓、內(nèi)部 絕緣老化、自然環(huán)境等異常事件影響，這些異常運行狀態(tài)會導(dǎo)致設(shè)備缺陷、故障的發(fā)生，通 過先進的狀態(tài)評估方法分析狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而實時反映運行情況及異常狀態(tài)模式是設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展的必然趨勢。
[0003] 目前，國內(nèi)外對變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常檢測研究較少，大體分為以下兩類：
[0004] 1)在現(xiàn)有的輸電設(shè)備狀態(tài)評價規(guī)范中，國網(wǎng)狀態(tài)評價導(dǎo)則及電力行業(yè)標準中都是 基于單一系統(tǒng)的部分設(shè)備信息，采用簡單閾值判定方法來檢測設(shè)備的異常數(shù)據(jù)，并發(fā)出報 警信號。這種基于閾值判定法難以及時發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備的異常情況，甄別噪聲數(shù)據(jù)。
[0005] 2)國內(nèi)外一些文獻對于變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，常用的異常點檢測算法有時間序列 分析、分類算法、距離算法等，但這些方法常適用于單一靜態(tài)的特征量，無法處理實時、動態(tài) 的多元數(shù)據(jù)。而變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集周期短、數(shù)據(jù)量大，通常以數(shù)據(jù)流的形式傳輸?shù)?評估后臺，需要實時快速檢出數(shù)據(jù)流中的異常。
[0006] 運行中的輸電線路，由于外界環(huán)境條件和內(nèi)部性能在不斷變化，其整體運行狀態(tài) 也是不斷變化的。因此，全面有效地對輸電設(shè)備進行狀態(tài)評估，及時發(fā)現(xiàn)輸電設(shè)備存在的缺 陷及安全隱患，不僅能為檢修決策提供依據(jù)，實現(xiàn)輸電設(shè)備的狀態(tài)檢修，更能確保電網(wǎng)的安 全穩(wěn)定運行。
[0007] 選取最具代表性且能夠靈敏反映輸電設(shè)備工況的關(guān)鍵參量，建立關(guān)鍵參數(shù)體系具 有很大的必要性。一方面，建立關(guān)鍵參數(shù)體系能夠降低狀態(tài)評價參量的復(fù)雜性，同時保證對 輸電設(shè)備運行狀態(tài)評價的全面性和準確性;另一方面，由于輸電線路分布地理位置廣、運行 環(huán)境惡劣，導(dǎo)致大量的參量信息收集整理困難，因此建立關(guān)鍵參數(shù)體系在保留原有狀態(tài)評 價信息的基礎(chǔ)上去除了和故障缺陷相關(guān)性不大的參量，保留信息整理的參量。
[0008] 目前，國內(nèi)外對輸電設(shè)備的狀態(tài)評價參數(shù)體系的研究較少，大體分為以下兩類：
[0009] 1)在現(xiàn)有的輸電設(shè)備狀態(tài)評價規(guī)范中，國網(wǎng)狀態(tài)評價導(dǎo)則及電力行業(yè)標準中將輸 電線路分為基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、金具、接地、附屬設(shè)施、通道環(huán)境這8個部件，對每個部 件建立相關(guān)的巡視參量，最終根據(jù)線路總得分來判斷輸電線路運行狀態(tài)。但是導(dǎo)則、行業(yè)標 準中規(guī)定的評價參量不全面且存在差異，導(dǎo)致對同一條線路往往會出現(xiàn)不同的評價結(jié)果； [0010] 2)在國內(nèi)的一些狀態(tài)評價文獻中，大部分以參量獲取方式作為分類基礎(chǔ)，將參數(shù) 體系分為日常巡視、狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)防性試驗、帶電檢測這四個方面，日常巡視中的參量可通 過直接觀測得到，預(yù)防性試驗、狀態(tài)監(jiān)測、帶電檢測中的參量(如等值覆冰厚度)通過檢測數(shù) 據(jù)的數(shù)學(xué)模型計算得到，但是由于不同來源中的參量存在交叉重疊，會導(dǎo)致不同來源對應(yīng) 的同一參量評價結(jié)果不統(tǒng)一，影響線路整體的狀態(tài)評價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常檢測 方法，它具有實現(xiàn)異常狀態(tài)實時檢測的優(yōu)點。
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0013] -種變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常檢測方法，包括如下步驟：
[0014] 步驟S1，對多維的變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到標準化的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟S2，針對標準化的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立滑動窗口，并對滑動窗口中的數(shù)據(jù)進行 k_均值聚類；
[0016] 步驟S3,篩選出滑動窗口中的異常數(shù)據(jù)以及異常時刻，建立異常數(shù)據(jù)集；
[0017] 步驟S4,根據(jù)步驟S3中的異常數(shù)據(jù)集，得到狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的是變壓器運行狀態(tài)異 常數(shù)據(jù)還是傳感器噪聲，若是變壓器運行狀態(tài)異常數(shù)據(jù)，則同時檢測出變壓器運行狀態(tài)的 異常時刻;若是傳感器噪聲，則對傳感器噪聲進行驅(qū)除。
[0018]所述步驟S1具體包括：
[0019] 變壓器看作為動態(tài)系統(tǒng)，在變壓器正常運行時，觀測到的數(shù)據(jù)視為時間序列。對于 ti時亥丨」，令K =(.vWn，.-，.v;?)，則I表示ti時刻的多維數(shù)組，（yu，yi2,...，yi n)是數(shù)組中的值， 與變壓器負荷的狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)量對應(yīng)。
[0020] 步驟S11:計算平均的絕對偏差Sij
[0021]
[0022] 其中Π?縣（vn .Vi9.....Vi η)的平均值，艮P
[0023]
[0024] 步驟S12:計算標準化的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，即多維數(shù)組A :
[0025]
[0026]
[0027]所述步驟S2具體包括：
[0028]定義SW[t-w:t]為步驟S1中預(yù)處理后的數(shù)據(jù)在時亥Ijt之前的時間間隔為w的滑動窗 口，其中t和w的單位相同，且t>w。
[0029] 所述滑動窗口內(nèi)數(shù)據(jù)點表示為3評@''1 = 0^>，..>氧4，為），其中父^，...4-14 分別代表t-W時刻至t時刻的多維數(shù)組并與式(3)對應(yīng)，Xt-w=(X(t-w)l，X(t-w)2, . . .，X(t-w)n)。
[0030] 對滑動窗口中的數(shù)據(jù)通過k-均值方法進行聚類，分成了k個子集，即U2, . . .，Wk， 其中每個W稱為一個簇(cluster)，聚類簇中心依次為Ci，C2, ...，Ck，聚類中心也是多維數(shù) 組，表為Ck- ( Ckl，Ck2，· · ·，Ckn)。
[0031] 所述步驟S3具體包括：
[0032] 選定時刻ti至?xí)r刻t的一段時間序列，根據(jù)步驟S2建立滑動窗口 ，求出 聚類中心為Ci，C2, ...，&，具體判斷異常模式的過程如下：
[0033] 步驟S31:計算滑動窗口內(nèi)各個時刻的多維數(shù)組到所有聚類中心的距離之和;令d (Xt-w). . .，d(Xt-icKXt)分別表示數(shù)據(jù)Xt-w，. . .，Xt-hXt到聚類中心ChC% . . .，Ck的距離之 和，公式如(4)所示：
[0034]
[0035] 步驟S32:計算滑動窗口內(nèi)所有時刻數(shù)據(jù)到聚類中心的平均距離avg(<w)p
[0036]
[0037] avg是表示所有距離的均值函數(shù)；
[0038]步驟S33:計算相鄰時刻的數(shù)據(jù)到聚類中心距離之和的差值，表示為Zti, . . . Jt-i， Zt ；
[0039]
[0040]
[0041] avgpi'l表示相鄰時刻的數(shù)據(jù)到聚類中心聚類之和的差值均值，從而計算出位于 均值附近設(shè)定距離的m丨直：
[0042]
[0043]步驟S34:t為設(shè)定的閾值；
[0044] 如果卜tKO-m/'' <r，貝lj滑動窗口沿著時間序列向后移動一個單位；
[0045] 如果，則標記t時刻的數(shù)據(jù)點，并將時刻t的多維數(shù)組Xt加入候選異 常數(shù)據(jù)集D，同時用代替時刻t的數(shù)據(jù)點的距離d(X t)。
[0046] 步驟S35:重復(fù)S32至S34的步驟，直到整段時間序列篩選完為止，得到帶有時間點 標記的候選異常數(shù)據(jù)集D，《=! W，>其中七，義，…，氣均為時刻tl，t2, . . .，tm的多 維數(shù)組。
[0047] 步驟S4，根據(jù)步驟S3中檢測出的異常數(shù)據(jù)集β = Ρ?，···，￥"};
[0048] 步驟S41:若ti時刻是孤立的時刻或是ti，ti+1，. . .，ti+P-段相鄰時刻，其中ρ<5,則 判斷時刻^的異常數(shù)據(jù)是孤立的異常值，孤立的異常值屬于傳感器噪聲;所述孤立的時刻 是ti和ti-l，ti+l不相鄰。
[0049]步驟S42:若tj，tj+i, · · ·，tj+P是一段相鄰的時刻，其中5,則判斷tj，tj+i, · · ·，tj+P 時刻的異常數(shù)據(jù)是變壓器運行狀態(tài)異常數(shù)據(jù)。
[0050]步驟S41孤立的異常值由測量設(shè)備受到外界的干擾或是自身的擾動產(chǎn)生的誤差造 成的，異常值的出現(xiàn)并不波及到鄰近的觀測值。由于變壓器運行的環(huán)境各不相同，各種裝置 數(shù)據(jù)采集在某個時刻也容易受環(huán)境或者是傳感器裝置本身的不穩(wěn)定性影響，在時刻^產(chǎn)生 異常數(shù)據(jù)，因此該時刻的異常數(shù)據(jù)為傳感器噪聲。
[0051] 步驟S42變壓器運行狀態(tài)異常是當變壓器運行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化導(dǎo)致各監(jiān)測參量出現(xiàn)異常，因此某個時間段k，tj+1，...，tj+P會產(chǎn)生大量異常點。 [0052]本發(fā)明的有益效果：
[0053]通過滑動窗口將數(shù)據(jù)進行時間上的劃分，能適用于體量大、維度高的狀態(tài)監(jiān)測數(shù) 據(jù)中，并能用于實時的異常狀態(tài)檢測；