一种基于电能质量评估的牵引供电系统故障风险预警方法

摘要

一种基于电能质量评估的牵引供电系统故障风险预警方法，其步骤为：a、数据采集与预处理：菜集得到牵引变压器一次侧各相电压的总谐波畸变率，三相电压不平衡度，以及二次侧母线电压有效值等数据矩阵；b、计算电能质量数据的概率分布：得到各电能质量因素的概率密度函数；c、计算电能质量因素的风险值：以各个故障风险严重度函数反映风险事件造成后果的严重程度，结合电能质量因素的概率密度函数得到电能质量因素风险值；d、故障风险预警：给出风险发生时间及风险对应的电能质量因素的预警信息。该方法能使维护人员及时掌握高故障风险的时间及导致风险的电能质量因素，从而采取更有针对性的分时巡检、维护措施，更有效地降低或排除系统的故障。

主权项

一种基于电能质量评估的牵引供电系统故障风险预警方法，其步骤为：a、数据采集与预处理安装在牵引供电系统中的数据采集装置，采集得到以下数据矩阵：a1、牵引变压器一次侧的A相电压总谐波畸变率矩阵D_A：$D_A=\left[\begin{array}{c}{d}_{A1}^1,d_{A1}^2,...,d_{A1}^j,...,d_{A1}^J\\ d_{A2}^1,d_{A2}^2,...,d_{A2}^j,...,d_{A2}^J\\ ......\\ d_{Ai}^1,d_{Ai}^2,...,d_{Ai}^j,...,d_{Ai}^J\\ ......\\ d_{AI}^1,d_{AI}^2,...,d_{AI}^j,...,d_{AI}^J\end{array}\right]$其中，为第i天第j个采样时刻的A相电压谐波畸变率，i＝1，2，…，I；j＝1，2，…，J；I为采样的总天数，J为每一天的采样总次数；a2、牵引变压器一次侧B相的电压总谐波畸变率矩阵D_B：$D_B=\left[\begin{array}{c}{d}_{B1}^1,d_{B1}^2,...,d_{B1}^j,...,d_{B1}^J\\ d_{B2}^1,d_{B2}^2,...,d_{B2}^j,...,d_{B2}^J\\ ......\\ d_{Bi}^1,d_{Bi}^2,...,d_{Bi}^j,...,d_{Bi}^J\\ ......\\ d_{BI}^1,d_{BI}^2,...,d_{BI}^j,...,d_{BI}^J\end{array}\right]$其中，表示第i天第j个采样时刻的B相电压谐波畸变率；a3、牵引变压器一次侧C相的电压总谐波畸变率矩阵D_C：$D_C=\left[\begin{array}{c}{d}_{C1}^1,d_{C1}^2,...,d_{C1}^j,...,d_{C1}^J\\ d_{C2}^1,d_{C2}^2,...,d_{C2}^j,...,d_{C2}^J\\ ......\\ d_{Ci}^1,d_{Ci}^2,...,d_{Ci}^j,...,d_{Ci}^J\\ ......\\ d_{CI}^1,d_{CI}^2,...,d_{CI}^j,...,d_{CI}^J\end{array}\right]$其中，表示第i天第j个采样时刻的C相电压谐波畸变率；a4、牵引变压器一次侧电压不平衡度矩阵Ε：$E=\left[\begin{array}{c}{e}_1^1,e_1^2,...,e_1^j,...,e_1^J\\ e_2^1,e_2^2,...,e_2^j,...,e_2^J\\ ......\\ e_i^1,e_i^2,...,e_i^j,...,e_i^J\\ ......\\ e_I^1,e_I^2,...,e_I^j,...,e_I^J\end{array}\right]$其中，表示第i天第j个采样时刻的电压不平衡度值；a5、牵引变压器二次侧母线电压有效值矩阵V：$V=\left[\begin{array}{c}{v}_1^1,v_1^2,...,v_1^j,...,v_1^J\\ v_2^1,v_2^2,...,v_2^j,...,v_2^J\\ ......\\ v_i^1,v_i^2,...,v_i^j,...,v_i^J\\ ......\\ v_I^1,v_I^2,...,v_I^j,...,v_I^J\end{array}\right]$其中，表示第i天第j个采样时刻的牵引侧母线电压有效值；b、计算电能质量数据的概率分布b1、计算谐波畸变率数据的概率分布b1.1、数据处理装置算出A相电压总谐波畸变率矩阵D_A中第j列的平均值，也即I天中的第j个采样时刻的A相电压总谐波畸变率的平均值同时算出A相电压总谐波畸变率矩阵D_A中第j列的方差，也即I天中的第j个采样时刻的A相电压总谐波畸变率的方差进而得到第j个采样时刻的A相电压总谐波畸变率的概率密度函数其中exp表示指数函数运算；b1.2、数据处理装置同时算出B相电压总谐波畸变率矩阵D_B中第j列的平均值，也即I天中的第j个采样时刻的B相电压总谐波畸变率的平均值并算出B相电压总谐波畸变率矩阵D_B中第j列的方差，也即I天中的第j个采样时刻的B相电压总谐波畸变率的方差进而得到第j个采样时刻的B相电压总谐波畸变率的概率密度函数b1.3、算出C相电压总谐波畸变率矩阵D_C中第j列的平均值，也即I天中的第j个采样时刻的C相电压总谐波畸变率的平均值同时算出C相电压总谐波畸变率矩阵D_C中第j列的方差，也即I天中的第j个采样时刻的C相电压总谐波畸变率的方差进而得到第j个采样时刻的C相电压总谐波畸变率的概率密度函数b2、计算电压不平衡度数据的概率分布数据处理装置算出电压不平衡度矩阵E中第j列的平均值，也即I天中的第j个采样时刻的电压不平衡度平均值同时算出电压不平衡度矩阵E中第j列的方差，也即I天中的第j个采样时刻的电压不平衡度的方差进而得到第j个采样时刻电压不平衡度e^j的概率密度函数f(e^j)，b3、计算电压偏差数据的概率分布数据处理装置算出电压偏差矩阵V中第j列的平均值，也即I天中的第j个采样时刻的电压偏差数据平均值同时算出电压偏差矩阵V中第j列的方差，也即I天中的第j个采样时刻的电压偏差数据的方差进而得到第j个采样时刻电压偏差数据v^j的概率密度函数f(v^j)，c、计算电能质量因素的风险值c1、计算谐波风险值c1.1由下式得到第j个采样时刻A相电压谐波畸变率的严重度函数$S_D\left(d_A^j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& d_A^j\le 0.5\%\\ \frac{d_A^j-0.5\%}{2\%-0.5\%}& d_A^j>0.5\%\end{array}\right.;$进而得到j个采样时刻A相电压谐波的风险值其中表示对进行微分运算，表示从负无穷大到正无穷大的无穷积分；c1.2由下式得到第j个采样时刻B相电压谐波畸变率的严重度函数$S_D\left(d_B^j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& d_B^j\le 0.5\%\\ \frac{d_B^j-0.5\%}{2\%-0.5\%}& d_B^j>0.5\%\end{array}\right.;$进而得到j个采样时刻B相电压谐波的风险值其中表示对进行微分运算；c1.3由下式得到第j个采样时刻C相电压谐波畸变率的严重度函数$S_D\left(d_C^j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& d_C^j\le 0.5\%\\ \frac{d_C^j-0.5\%}{2\%-0.5\%}& d_C^j>0.5\%\end{array}\right.;$进而得到第j个采样时刻的C相电压谐波风险值其中表示对进行微分运算；c2、计算电压不平衡风险值由下式得到第j个采样时刻电压不平衡风险度e^j严重度函数S_E(e^j)，$S_E\left(e^j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& e^j\le 0.5\%\\ \frac{e^j-0.5\%}{2\%-0.5\%}& e^j>0.5\%\end{array}\right.$进而将电压不平衡风险严重度函数S_E(e^j)与电压不平衡度e^j的概率密度函数f(e^j)相乘，再计算其无穷积分，即得到j个采样时刻电压不平衡风险值其中de^j表示对e^j进行微分运算；c3、计算电压偏差风险值由下式得到第j个采样时刻电压偏差v^j严重度函数S_V(v^j)，$S_V\left(v^j\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{27000-v^j}{27000-24750}& v^j<27000\\ 0& 27000\le v^j\le 28000\\ \frac{v^j-28000}{30250-28000}& v^j>28000\end{array}\right.$进而将电压偏差风险严重度函数S_V(v^j)与电压偏差v^j的概率密度函数f(v^j)相乘，再计算其无穷积分，即得到j个采样时刻电压偏差风险值其中dv^j表示对v^j进行微分运算；d、故障风险预警d1、如第j个采样时刻A相电压谐波的风险值小于1，则判定系统A相不会出现谐波故障，不给出谐波风险预警信息；否则，判定系统A相出现谐波故障的可能性大，给出系统在j时刻可能出现A相谐波故障的风险预警信息；如第j个采样时刻B相电压谐波的风险值小于1，则判定系统B相不会出现谐波故障，不给出谐波风险预警信息；否则，判定系统B相出现谐波故障的可能性大，给出系统在j时刻可能出现B相谐波故障的风险预警信息；如第j个采样时刻C相电压谐波的风险值小于1，则判定系统C相不会出现谐波故障，不给出谐波风险预警信息；否则，判定系统C相出现谐波故障的可能性大，给出系统在j时刻可能出现C相谐波故障的风险预警信息；d2、电压不平衡风险预警如第j个采样时刻电压不平衡风险值小于1，则判定系统不会出现电压不平衡故障，不给出电压不平衡风险预警信息；否则，判定系统出现电压不平衡的可能性大，给出系统在j时刻可能出现电压不平衡故障的风险预警信息；d3、电压偏差风险预警如第j个采样时刻电压偏差风险值小于1，则判定系统不会出现电压偏差故障，不给出电压偏差风险预警信息；否则，判定系统出现电压偏差的可能性大，给出系统在j时刻可能出现电压偏差故障的风险预警信息。