基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估方法及系统与流程

本发明涉及电器元件性能劣化评估，具体而言，涉及基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估方法及系统。

背景技术：

1、随着经济社会快速发展和用电需求不断提升，用户已不再满足于基本的用电需求，对电网供电可靠性、电能质量和抢修响应等供电服务的要求持续提高。近年来，电网用电负荷快速增长，配电网设备数量不断增多，据统计，70-80％的故障是发生在配电侧的，开关柜是配电网中的重要组成部分，智能开关柜需要准确对电力设备的运行状态进行实时监控与了解，电缆接头开关柜中的薄弱环节之一，但目前电缆接头的实时状态分析与劣化趋势预测存在很大不足。

2、目前电网对配电设备采取的是定期巡检的管理方式，未来各种型号、等级的配电设备数量会不断增加，如果只依靠巡检数据和人工经验很难准确评价设备当前的劣化状态包括未来的故障预测和剩余寿命等有效信息，无法满足未来电力设备深度参与需求响应和电网运行的需求。

3、现有的技术方案中，基本方法分为两大类。一类是基于温度特征的电缆接头劣化状态监测：主要分为电信号测温法和光信号测温法。电信号测温法可以使用热电偶测温或数字式传感测温。当电缆接头发生绝缘故障使得温度出现异常时，通过对电缆接头温度的监测能够表征电缆接头的劣化状态。

4、另一类是基于局部放电特征的电缆接头劣化状态监测：电缆接头发生绝缘故障时，点场分布会发生畸变，出现局部放电现象，对局部放电信号提取相关特征量能够表征电缆接头的劣化状态，特征量的提取方法主要有基于时域波形和基于相位分布两种。

5、以上两类方法均是对电缆接头的单一特征量进行监测，导致易受外界影响、准确率低等难题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估方法和系统，旨在监测开关柜内电缆接头当前的性能状态及其劣化趋势，减少生产力损失和停机时间，以避免灾难性故障，提高开关柜运行的可靠性，保证开关柜的安全稳定运行，从而提高电网的供电可靠性。

2、本方案中的一种基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估方法，包括以下步骤：

3、s1，获取运行数据和物联感知多参量监测数据；

4、s2，提取表征电缆接头劣化趋势特征指标；

5、s3，使用fpca方法对电缆接头劣化趋势指标降维；

6、s4，构建电缆接头综合劣化损伤评估指标。

7、进一步，其中步骤s1种获取数据具体为：根据传感器获取电压、电流、温度和局部放电的物联感知多参量监测数据，对所采集到的数据进行时域、频域、时频域的信号处理，提取出原始特征。

8、进一步，其中步骤s2中提取特征的方法具体为：在随机森林的决策树算法中使用信息增益来选择特征，信息增益越大，这个特征的选择性越好，信息熵表示分类混乱程度，分类越混乱，信息熵越大；

9、其中，信息增益和信息熵的计算公式分别为：

10、

11、

12、其中，pi是指在每种数据集中有k类，其中每类在数据集中占的比例；

13、对随机森林方法进行改进，定义信息增益率计算公式为：

14、

15、首先对输入随机森林的原始特征根据信息增益率排序，选择信息增益率大的特征作为子集，然后确定该子集的随机森林模型精度，并与具有总特征的模型精度相比，取具有最大精度的最小子集来作为最优特征子集。

16、进一步，其中步骤s3中fpca方法具体为：对提取出的表征电缆接头劣化趋势指标的数据进行拟合曲线χi(t)，其中t∈t，i＝1，k，n；

17、

18、s.t.||μ||2＝∫tμ(t)μ(t)dt＝1

19、∫tμ(t)μr(t)dt＝0,r＝1,k,k

20、其中，μ(t)是权重函数，ξi为主成分得分，ξi＝∫tμ(t)χi(t)dt。

21、那么特征方程为：

22、∫tu(t,v)μ(v)dv＝λμ(t)

23、其中，u(t，v)为协方差函数，λ为特征值。

24、使用特征值的贡献率来衡量主成分所占比例，计算公式为

25、

26、进一步，其中步骤s4中，构建电缆接头综合劣化损伤评估指标具体为：根据电缆接头特性，一个能够体现电缆接头综合性能的劣化指标应该满足以下条件：

27、(1)劣化过程是一个不可逆的过程，是单调性的，即单调性参数；

28、(2)特征随着电缆接头性能的劣化而变化，具有预测性，即预测性参数；

29、(3)对外界噪声干扰应有抵抗能力，即信噪比参数；

30、所以综合选取单调性参数、预测性参数、信噪比参数三个参数构建合适的电缆接头综合劣化损伤评估指标。

31、进一步，所述单调性参数评估特征的增加或减少趋势信息，特征总体的单调性参数计算公式为：

32、

33、其中n表示样本中观测值的个数。

34、进一步，所述预测性参数测量了系统群体中关键失效值的差异，量化了每个特征的最终失效值的方差分数和趋势范围的均值，预测性参数的计算公式为：

35、

36、进一步，所述信噪比参数是期望信号的功率和不期望噪声的功率之比，是衡量信号质量的一个指标；

37、信噪比参数的计算公式为：

38、

39、其中，ps是信号功率，pn是噪声功率。

40、进一步，对于所述单调性参数、预测性参数、信噪比参数三个参数中正向指标：

41、

42、对于所述三个参数中负向指标：

43、

44、其中i表示单调性、预测性和信噪比三个特性，i＝1，2，3，j表示第i个特性中的第j个指标；

45、第i个特性中第j个指标的比重为：

46、

47、第j项指标的熵值为：

48、

49、定义第j项指标的差异系数lj，差异系数越大表示该指标起作用越大。

50、lj＝1-γj

51、电缆接头的综合劣化指标为：

52、

53、本方案中的一种基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估系统，包括：

54、数据处理单元：用于获取开关柜电缆接头的运行数据和物联感知多参量监测数据，并对采集到的数据进行信号处理，提取出原始特征；

55、特征选择单元：通过在随机森林的决策树算法中使用信息增益来对所述原始特征进行选择特征，对特征进行增益率排序，选择信息增益率大的特征作为子集，然后确定该子集的随机森林模型精度，并与具有总特征的模型精度相比，取具有最大精度的最小子集来作为最优特征子集；

56、数据融合单元：使用fpca方法将能够反映劣化趋势的特征指标进行融合，包括对提取出的表征电缆接头劣化趋势指标的数据进行拟合曲线，使用特征值的贡献率来衡量主成分所占比例，并选取单调性参数、预测性参数、信噪比参数三个参数构建合适的电缆接头综合劣化损伤评估指标本发明提供一种基于物联感知的开关柜电缆接头性能劣化评估方法和系统，旨在监测开关柜内电缆接头当前的性能状态及其劣化趋势，减少生产力损失和停机时间，以避免灾难性故障，提高开关柜运行的可靠性，保证开关柜的安全稳定运行，从而提高电网的供电可靠性。

57、本发明公开了以下技术效果：

58、本发明充分利用开关柜内的运行数据和物联感知多参量状态监测数据提取出能够表征电缆接头劣化趋势的特征指标，并利用数据融合模型构建出一个能够体现电缆接头综合性能的劣化评价模型，具有以下优点：

59、(1)方法考虑更加全面，能够从运行数据和物联感知监测数据提取出能够反映劣化趋势数据，剔除不能反映劣化趋势的数据；

60、(2)准确度高，利用数据融合对能够反映劣化趋势的特征指标进行融合，更能准确反映电缆接头的劣化趋势；

61、(3)实用性高，能够给运维人员提供更为准确的劣化趋势模型。