一种主备式站用交直流电源监测智慧终端及其监控方法

本发明属于电力监测，具体涉及一种主备式站用交直流电源监测智慧终端及其监控方法。

背景技术：

1、变电站交直流电源由交流电源、直流电源、逆变模块、整流模块、蓄电池以及通信模块组成。为实现信息共享与交互操作，需要对各单元进行监测并组网通信。正常运行时，交流电源为照明系统、通风设备、监控设备、计量设备等交流用电装置提供稳定交流电源；直流电源负责为控制、保护及断路器等自动设备负载提供稳定的直流电源。当某一回路进线电源发生故障时，可通过分段母线调控实现主备电源切换，保持供电。当主备回路均发生停电事故时，则启用蓄电池以提供保障正常运行的电能，并通过逆变模块向监测、计量、事故照明等重要交流负荷提供可靠电源。

2、目前，站用交直流电源系统通过分布式方式进行实时监测。数据监测终端分别采集交直流电源、逆变模块、整流模块或蓄电池内的多个状态，通过rs485或局域无线网方式上送至监测子系统，各监测子系统通过以太网（iec61850/goose通信协议）连接监测主系统，监测主系统通过以太网（iec61850/mms通信协议）连接监控中心。海量监测信息依赖于层级间的快速可靠通信方式进行传递，这种通信方式不仅成本高昂，而且故障依然难以避免。当电源发生故障时，主备电源的切换、逆变模块的投入都需要顶层监测主系统或监控主机的指令进行操作。而动作指令的生成则依赖于故障前后的多维度细颗粒度监测数据。为此，亟需设计一种主备式站用交直流电源监测智慧终端及其监控方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的中的不足，本发明的目的在于克服现有不足，提供一种主备式站用交直流电源监测监控方法，所述方法包括如下：

2、根据主备式站用交直流电源的电路拓扑，基于电气仿真软件进行电路建模，构建蓄电池的电压与剩余电量关系模型，构建交流负载与直流负载的运行模式与功率关系模型；

3、根据所述电气仿真软件设置逆变器、整流器和开关投切逻辑，进行数值仿真，获取系统正常运行、电池运维、交流故障、直流故障、电池故障等场景下的交流电压、直流电压、蓄电池电压以及逆变器、整流器和开关状态的仿真数据；

4、构建用于描述遥测数据子集与遥信数据子集的运行状态判断模型以及描述遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型，输入量为20ms时间段的交流电压、直流电压、蓄电池电压以及逆变器、整流器和开关状态的数值，采样频率为1khz至5khz；

5、将上述模型传输至边缘计算模块，基于边缘计算模块验证用于描述遥测数据子集与遥信数据子集的运行状态判断模型以及描述遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型的判断结果。

6、作为上述方案的进一步优化，所述模型构建方法包括如下：

7、s31，设置用于构建模型的数据集合，基于1khz至5khz的采样频率采集交流电压、直流电压、蓄电池电压，所述集合为遥测数据子集；以不小于50hz的采样频率采集逆变器、整流器和开关状态，所述集合为遥信数据子集；将主备式站用交直流电源的运行状态包括正常运行、电池运维、交流故障、直流故障、电池故障等，作为状态数据子集；

8、s32，分别设置20ms为周期计算遥测数据子集中的特征值、遥信数据子集的特征值和状态数据特征值；

9、s33，将上述数据乱序划分为6:2:2三部分，分别为训练集、开发验证集和测试集，基于训练集进行用于描述遥测数据子集与遥信数据子集的运行状态判断模型以及描述遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型训练。

10、作为上述方案的进一步优化，任意的遥测数据子集的特征值获取方法如下：

11、分别构建描述遥测数据子集特征值关于遥信数据子集特征值和状态数据子集特征值的二维数组，设置20ms为周期进行单次获取；

12、遍历所述二维数组，检测所述数组的遥信数据子集特征值和状态数据子集特征值：

13、若在任意的连续r个周期内，存在遥信数据子集特征值显示故障，删除对应周期的二维数组数据；

14、若在任意的连续r个周期内，存在状态数据子集特征值显示故障，删除对应周期的二维数组数据。

15、作为上述方案的进一步优化，构建遥信数据子集与遥测数据子集的运行状态判断模型：

16、s331，基于采集的站用运行样本数据，计算任意的遥信数据子集中的特征值对应的原始权重：

17、

18、s332，基于采集的站用运行样本数据，选取训练集，对选取的所述训练集进行深度神经训练，获取遥信数据子集的预测状态；获取所述遥信数据子集的训练集对应的实际状态，计算实际状态与遥信数据子集的预测状态的差异之和；

19、s333，基于遥信数据子集的所有状态数，构建状态数与原始权重映射关系：

20、

21、s334，基于构建的状态数与原始权重映射关系，计算映射关系在遥信数据子集的状态判断误差；再根据所述判断误差计算更新后的遥信数据子集中的特征值对应的序列权重。

22、作为上述方案的进一步优化，所述运行状态判断模型还包括如下：

23、获取更新后的遥信数据子集中的特征值对应的序列权重，计算以20ms为周期的下一周期采集的遥信数据子集的样本权重；

24、<msub><mi>q</mi><mrow><mi>x</mi><mi>+1</mi></mrow></msub><mi>x</mi></mfenced><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>q</mi><mi>x</mi></mfenced></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>f</mi></mrow></mfrac><mi>×</mi><mi>exp</mi><mi>[-x</mi><mi>x</mi></mfenced><mi>·</mi><mi>△</mi><mi>·</mi><msup><mi>q</mi><mi>'</mi></msup><mi>x</mi></mfenced><mi>](3)</mi>

25、其中，为归一系数，的取值为1和-1，若遥信数据子集的运行状态预测与实际状态对应，，否则取-1：

26、

27、上式中，为任意的遥信数据子集影响权重，为遥信数据子集中的平均数值，式（4）分母为任一遥信数据子集中的特征值的占比反馈。

28、作为上述方案的进一步优化，基于构建的状态数与原始权重映射关系和遥信数据子集的样本权重，获取用于描述遥信数据子集与遥测数据子集的运行状态判断模型：

29、。

30、作为上述方案的进一步优化，构建遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型：

31、

32、作为上述方案的进一步优化，设用于表示描述遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型的精准度：

33、

34、其中，为运行状态判断模型准确判断状态数据子集的运行状态对应情况，为将非状态数据子集数据错误判断为状态数据子集的运行状态对应情况，为将状态数据子集数据错误判断为非状态数据子集的运行状态对应情况，为将非状态数据子集数据准确判断为状态数据子集的运行状态对应情况；

35、若，删除当前设置20ms为周期计算的遥测数据子集中的特征值、遥信数据子集的特征值和状态数据子集的特征值记录，进行新一轮设置20ms为周期的特征值采集；

36、若，输出运行状态判断模型。

37、本发明还公开了一种主备式站用交直流电源监测智慧终端，所述终端包括如下：

38、模拟量输入模块，用于连接交流母线的电压互感器以及直流母线的电压变送器，用于采集交流主电源和交流备用电源的三相交流电压模拟量，采集直流主电源和直流备用电源的直流电压模拟量；

39、数字量输入模块，用于连接蓄电池巡检仪，通过通讯接口采集蓄电池的电压、电流、剩余电量（soc）等数字量，数字量传送至边缘计算模块；

40、开关量输入模块，用于连接整流器、逆变器以及开关，采集整流器、逆变器以及开关的投切反馈状态；所述开关包括主备用电源的进线开关、馈线开关、交流母线联接开关、直流母线联接开关、蓄电池开关。

41、开关量输出模块，用于连接整流器、逆变器以及开关，控制整流器、逆变器以及开关的投切；

42、边缘计算模块，用于与模拟量输入模块、数字量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块和通讯模块连接；

43、通讯模块，用于连接监控中心，接收算法模型、配置参数和手动控制指令；

44、作为上述方案的进一步优化，模拟量输入模块将输入的模拟量转换为数字量，传送至边缘计算模块；模拟量输入模块使用芯片ad7606进行采集与转换，采集与转换速度为1khz至5khz。

45、本发明采用上述的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

46、1.本发明通过设计了用于描述遥信数据子集与遥测数据子集的运行状态判断模型和用于描述遥测数据子集与状态数据子集的运行状态判断模型，通过数据学习，构建学习模型，能够根据现有的站用交直流电源的局部运行状态判断整个监测系统运行情况，从而再根据设置的对应的不同运行场景，设置对应解决方案，控制站用交直流电源监测体系的设备投切，能够有效提升系统的智能化和安全性能，降低运维风险。

47、2.本发明构建了遥测数据子集中的特征值、遥信数据子集的特征值和状态数据特征值，具体通过选择站用交直流电源运行过程的电源数据，采集任意时刻电源数据对应的电路运行状态，能够有效完成电源数据与电路运行状态的预测判断；为了进一步提升本发明的准确性，本发明实施例还采集记录遥信数据子集特征值，具体表现为记录逆变器、整流器和开关状态，通过对电源数据与遥信数据子集以及状态数据子集的综合分析，有效提升本发明技术的准确度，避免因样本数据的片面影响最终的模型判断结果。