一种电力变压器状态感知和评估系统及方法

摘要

本发明涉及一种电力变压器状态感知和评估系统及方法，数据获取模块，用于获取电力变压器设备的多个状态参量感知信号，并对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取多个状态参量处理数据；智能网关，用于对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，根据所述边缘计算结果通过变压器状态评估模型确定变压器的状态评估结果；网络传输模块，用于将所述边缘计算结果和状态评估结果发送至企业数据中心；企业数据中心，用于根据所述边缘计算结果和状态评估结果对所述电力变压器设备进行智能诊断和故障可视化分析。本发明能够实现对变压器多种状态的独立监测和统一评估，显著提高了变电站的运检效率，具有良好的扩展性和灵活性。

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，并且更具体地，涉及一种电力变压器状态感知和评估系统及方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中最关键的电力设备。目前，变压器发生内部故障并烧毁的现象仍有发生，甚至扩大为变电站火灾，造成严重经济损失，并威胁电网安全。由于变压器结构复杂，各部件与组件的状态特征都决定和反映了电力变压器设备的综合状态。目前已存在针对变压器不同部件的状态感知及评估系统，但不同系统间相互独立，数据格式以及接口无统一标准，无法对各种状态数据统一管理与综合评估，造成了状态数据的低效利用。现有状态在线监测系统尚不能适应快速发展型故障的准确预警及诊断，为变电智能运检带来了巨大困难。

因此，需要一种快速准确地实现电力变压器状态感知和评估的系统。

发明内容

本发明提出一种电力变压器状态感知和评估系统及方法，以解决如何快速准确地确定电力变压器状态的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电力变压器状态感知和评估系统，所述系统包括：

数据获取模块，用于获取电力变压器设备的多个状态参量感知信号，并对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取多个状态参量处理数据；

智能网关，用于对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，根据所述边缘计算结果通过变压器状态评估模型确定变压器的状态评估结果；

网络传输模块，用于将所述边缘计算结果和状态评估结果发送至企业数据中心；

企业数据中心，用于根据所述边缘计算结果和状态评估结果对所述电力变压器设备进行智能诊断和故障可视化分析。

优选地，其中所述状态参量包括：变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩和油温度。

优选地，其中所述数据获取模块，对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取状态参量处理数据，包括：

对每个状态参量感知信号进行信号调理，以获取调理信号，并将所述调理信号由模拟量信号转换为数字量信号，以获取状态参量处理数据。

优选地，其中所述智能网关，对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，包括：

对所述多个状态参量处理数据进行筛选、状态特征提取和特征融合处理，以确定边缘计算结果。

优选地，其中所述智能网关，还用于：

发送控制指令至数据获取模块中的多个监测单元；其中，监测单元和状态参量为一一对应关系，所述控制指令包括：监测单元的工作状态切换指令、监测单元工作模式的切换指令、监测单元的应用程序更新指令和监测单元的工作参数调整指令。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电力变压器状态感知和评估方法，所述方法包括：

数据获取模块获取电力变压器设备的多个状态参量感知信号，并对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取多个状态参量处理数据；

智能网关对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，根据所述边缘计算结果通过变压器状态评估模型确定变压器的状态评估结果；

网络传输模块将所述边缘计算结果和状态评估结果发送至企业数据中心；

企业数据中心根据所述边缘计算结果和状态评估结果对所述电力变压器设备进行智能诊断和故障可视化分析。

优选地，其中所述状态参量包括：变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩和油温度。

优选地，其中所述对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取状态参量处理数据，包括：

对每个状态参量感知信号进行信号调理，以获取调理信号，并将所述调理信号由模拟量信号转换为数字量信号，以获取状态参量处理数据。

优选地，其中所述对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，包括：

对所述多个状态参量处理数据进行筛选、状态特征提取和特征融合处理，以确定边缘计算结果。

优选地，其中所述方法还包括：

智能网关发送控制指令至数据获取模块中的多个监测单元；其中，监测单元和状态参量为一一对应关系，所述控制指令包括：监测单元的工作状态切换指令、监测单元工作模式的切换指令、监测单元的应用程序更新指令和监测单元的工作参数调整指令。

本发明提供了一种电力变压器状态感知和评估系统及方法，基于设备侧状态感知层、边缘物联代理层、网络传输层以及企业平台层四个部分，实现电力变压器状态的感知、监测、信息传递和评估过程，能够实现对变压器多种状态的独立监测和统一评估，显著提高了变电站的运检效率，具有良好的扩展性和灵活性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估系统100的结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估系统的架构图；

图3为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估方法300的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估系统100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的电力变压器状态感知和评估系统，基于设备侧状态感知层、边缘物联代理层、网络传输层以及企业平台层四个部分，实现电力变压器状态的感知、监测、信息传递和评估过程，能够实现对变压器多种状态的独立监测和统一评估，显著提高了变电站的运检效率，具有良好的扩展性和灵活性。本发明实施方式提供的电力变压器状态感知和评估系统100，包括：数据获取模块101、智能网关102、网络传输模块103和企业数据中心104。

优选地，所述数据获取模块101，用于获取电力变压器设备的多个状态参量感知信号，并对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取多个状态参量处理数据。

优选地，其中所述状态参量包括：变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩和油温度。

优选地，其中所述数据获取模块101，对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取状态参量处理数据，包括：

对每个状态参量感知信号进行信号调理，以获取调理信号，并将所述调理信号由模拟量信号转换为数字量信号，以获取状态参量处理数据。

在本发明的实施方式中，数据获取模块位于系统的设备侧状态感知层。数据获取模块包括：多个传感器和监测单元。电力变压器的状态参量包括：变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩和油温度等。多个传感器用于感知变压器的多种状态参量并将其转换为电信号模拟量；每个监测单元用于对与其对应的传感器输出的感知信号进行调理、模数转换和信号过滤处理，以获取状态参量处理数据。监测单元输出的状态参量处理数据为精简状态数据集。监测单元按照系统统一规划的格式和要求将精简状态数据集、监测时间、监测单元电量等信息共同通过通讯模块发送至智能网关。在本发明的实施方式中，传感器既包括变电站内先前独立部署的带有数据接口的状态传感器，也包括与监测单元集成一体的智能传感单元。

优选地，所述智能网关102，用于对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，根据所述边缘计算结果通过变压器状态评估模型确定变压器的状态评估结果。

优选地，其中所述智能网关102，对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，包括：

对所述多个状态参量处理数据进行筛选、状态特征提取和特征融合处理，以确定边缘计算结果。

优选地，其中所述智能网关102，还用于：

发送控制指令至数据获取模块中的多个监测单元；其中，监测单元和状态参量为一一对应关系，所述控制指令包括：监测单元的工作状态切换指令、监测单元工作模式的切换指令、监测单元的应用程序更新指令和监测单元的工作参数调整指令。

在本发明的实施方式中，智能网关即边缘物联代理，位于系统的边缘物联代理层。边缘联代理层通过智能网关接收不同的状态监测单元的输出信号，并进行边缘计算，以及向监测单元下达控制指令。其中，控制指令包括：监测单元的工作状态切换指令(例如待机、睡眠、唤醒状态互相切换指令)、监测单元工作模式的切换指令(如自动校准、周期监测、连续监测和手动监测模式相互切换指令)、监测单元的应用程序更新指令和监测单元的工作参数调整指令等。智能网关的边缘计算主要包括多源数据融合和设备状态初步评估过程。其中，多源数据融合是通过对不同监测单元上传的变压器状态量(异构数据)进行筛选、状态特征提取(如进行时间序列、频率分析、小波分析等)和特征融合(将特征数据与状态评估规则进行匹配)得到经综合分析的边缘计算结果，状态初步评估是通过变压器状态评估模型获得变压器的状态评估结果。另外，智能网关具有数据传输、数据管理和远程配置功能，可远程对监测单元进行配置、调试以及软件升级。

优选地，所述网络传输模块103，用于将所述边缘计算结果和状态评估结果发送至企业数据中心。

在本发明的实施方式中，网络传输模块位于系统的网络传输层。网络传输模块包括：安全隔离网关、电力光纤网及电力专网等，能够基于《DL/T 860变电站通信网络和系统》标准实现边缘物联代理与企业平台间的网络通信。

优选地，所述企业数据中心104，用于根据所述边缘计算结果和状态评估结果对所述电力变压器设备进行智能诊断和故障可视化分析。

在本发明的实施方式中，企业数据中心位于系统的企业平台层。企业平台层包括企业中台与数据中心，可以实现包括设备管理、接入管理、应用管理、安全监测等物联管理功能，以及包括数据存储、智能诊断、智能决策、故障可视化分析、模型训练与更新等系统应用功能。其中，数据中心储存的数据包括上述智能网关上传的设备状态特征和评估结果，并作为后续对变压器设备进行智能诊断、智能决策和故障可视化分析，以及对状态评估模型进行训练与更新的数据基础。

图2为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估系统的架构图。如图2所示，本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估系统包括：设备侧状态感知层(1)、边缘物联代理层(2)、网络传输层(3)以及企业平台层(4)四个部分，涵盖了电力变压器状态的感知、监测、信息传递和评估过程，可实现对变压器状态的标准化、统一化监测与评估，提高了变电站的运检效率，具有良好的扩展性和灵活性。

设备侧状态感知层包括电力变压器，多种状态传感器以及监测单元三个部分。电力变压器的状态量包括已广泛应用的变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩、温度、铁芯夹件接地电流以及仍在试点应用阶段的单氢、振动等；传感器用于感知变压器的多种状态量并将其转换为电信号；监测单元用于对传感器输出的感知信号进行调理、采集、处理以及结果的传输。变压器的油中溶解气体、温度、介质损耗等状态传感器采用变电站内独立部署的带有数据接口的状态传感器，状态传感器在监测单元外部，两者之间按照传感器的数据接口进行连接。变压器的局部放电、油压、分接开关力矩等状态传感器采用与监测单元一体化的方式，状态传感器与监测单元集成无需考虑数据接口兼容问题。所述的监测单元输出信号需按照系统统一规划的格式和要求进行设置，输出内容包括精简状态数据集、监测时间、监测单元电量等。

边缘物联代理层通过智能网关接收不同状态监测单元的输出信号，并向监测单元下达控制指令。智能网关的功能包括数据传输、数据管理、边缘计算(多源数据融合、设备状态初步评估)以及远程配置功能，可远程对监测单元进行配置、调试以及软件升级。

网络传输层包括安全隔离网关、电力光纤网及电力专网等，能够支持《DL/T 860变电站通信网络和系统》标准实现边缘物联代理与企业平台间的网络通信。包括本体连接、远程连接及规约转化均采用标准化的规则。

企业平台层包括企业中台与数据中心，可以实现包括设备管理、接入管理、应用管理、安全监测等物联管理功能，以及包括数据存储、智能诊断、智能决策、故障可视化分析、模型训练与更新等变压器设备状态监测与评估功能。

图3为根据本发明实施方式的电力变压器状态感知和评估方法300的流程图。如图3所示，本发明实施方式提供的电力变压器状态感知和评估方法300，从步骤301处开始，在步骤301数据获取模块获取电力变压器设备的多个状态参量感知信号，并对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取多个状态参量处理数据。

优选地，其中所述状态参量包括：变压器油中溶解气体、局部放电、油压、套管介质损耗、分接开关力矩和油温度。

优选地，其中所述对所述多个状态参量感知信号进行处理，以获取状态参量处理数据，包括：

对每个状态参量感知信号进行信号调理，以获取调理信号，并将所述调理信号由模拟量信号转换为数字量信号，以获取状态参量处理数据。

在步骤302，智能网关对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，根据所述边缘计算结果通过变压器状态评估模型确定变压器的状态评估结果。

优选地，其中所述对所述多个状态参量处理数据进行边缘计算，以确定边缘计算结果，包括：

对所述多个状态参量处理数据进行筛选、状态特征提取和特征融合处理，以确定边缘计算结果。

在步骤303，网络传输模块将所述边缘计算结果和状态评估结果发送至企业数据中心。

在步骤304，企业数据中心根据所述边缘计算结果和状态评估结果对所述电力变压器设备进行智能诊断和故障可视化分析。

优选地，其中所述方法还包括：

智能网关发送控制指令至数据获取模块中的多个监测单元；其中，监测单元和状态参量为一一对应关系，所述控制指令包括：监测单元的工作状态切换指令、监测单元工作模式的切换指令、监测单元的应用程序更新指令和监测单元的工作参数调整指令。

本发明的实施例的电力变压器状态感知和评估方法300与本发明的另一个实施例的电力变压器状态感知和评估系统100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。