一种基于功率因数的主变压器过载保护方法及系统与流程

本发明涉及主变压器过载保护，特别是一种基于功率因数的主变压器过载保护方法及系统。

背景技术：

1、在现代电力系统中，主变压器作为电力传输和分配的关键设备，其安全和稳定运行对整个电网的可靠性至关重要。主变压器在运行过程中可能由于过载而面临严重的风险，如绝缘材料老化、热损伤甚至设备完全损坏，这些情况都会严重影响电力系统的稳定性和安全性。

2、传统的主变压器过载保护方法主要包括基于温度的保护和基于电流的保护。这些方法的共同特点是通过监测变压器的温度或电流来评估其是否处于过载状态。例如，温度传感器可以监测变压器绕组的温度，而电流传感器则用于监测流经变压器的电流量。一旦这些参数超过预设的安全阈值，相应的保护系统便会启动，如通过断路器切断电源，以防止进一步的损害。

3、然而，这些传统方法存在一定的局限性。首先，温度监测可能存在时间延迟，因为绕组温度的升高需要时间才能被传感器检测到，这样的延迟可能导致在变压器实际发生过载时未能及时响应，增加了损害的风险。其次，仅依赖电流测量也可能不足以全面评估变压器的负载状况，尤其是在电流突然增加的情况下，过载保护可能不会立即触发，从而无法有效防止短时间内的高负载伤害。

4、基于这些现有技术的不足，本发明旨在提供一种更为高效和实时的过载保护方法。通过引入基于功率因数的保护机制，本发明能够更精确地监控和评估变压器的实时负载情况，及时发现过载的迹象，从而显著提高变压器保护的灵敏度和响应速度，确保电力系统的高效和安全运行。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于：现有的温度监测存在时间延迟，其次，仅依赖电流测量也不足以全面评估变压器的负载状况。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于功率因数的主变压器过载保护方法，其包括，基于历史操作数据和操作环境，设置主调公式和辅调公式，将主调公式与辅调公式进行整合，通过自适应算法动态调整功率因数的阈值；采集传感器数据，计算出当前功率因数，通过机器学习算法计算出预测功率因数；将当前功率因数和预测功率因数与阈值进行对比，根据对比结果进行相应的措施。

4、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述历史操作数据包括历史功率因数阈值数据、历史负载电流和电压数据；所述操作环境包括历史环境温度和湿度数据和变压器的运行模式；所述传感器数据包括当前电压、电流数据，当前环境温度和湿度数据。

5、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述设置主调公式和辅调公式包括，根据历史功率因数阈值数据设置主调公式表示为，

6、

7、其中，pft表示为预计t时刻的功率因数阈值，pfavg表示为历史功率因数阈值的平均值，λ表示为调整系数，α表示为非线性响应强度参数，δpf表示为当前功率因数阈值与历史功率因数阈值的平均值的差值；根据历史负载电流和电压数据设置电流、电压辅调公式eiv(t)表示为，

8、

9、其中，it表示为t时刻的负载电流，vt表示为t时刻的负载电压，vref表示为参考电压；根据历史环境温度和湿度数据设置温度、湿度辅调公式eth(t)表示为，

10、

11、其中，tt表示为t时刻的环境温度，tnorm表示为标准工作温度，tscale表示为尺度因子，用于调整温度变化感知，ht表示为t时刻的环境湿度；根据变压器的运行模式设置运行模式辅调公式em(t)表示为，

12、

13、其中，表示为变压器的运行模式，0表示空载，1表示半载，2表示满载，ζ表示为调整因子，用于调节运行模式对阈值的总体影响。

14、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述通过自适应算法动态调整功率因数的阈值包括，总辅调公式表示为，

15、

16、其中，w1、w2、w3表示为对应辐调项的权重系数；将主调公式、总辅调公式和公式中的参数向量进行整合，整合为输入参量表示为，

17、

18、其中，表示为公式中的参数向量；将输入参量代入自适应算法中得到功率因数阈值调控模型表示为，

19、

20、其中，θt+1表示为下一时刻的功率因数阈值，θt表示为当前功率因数阈值，η表示为学习率。

21、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述计算出当前功率因数包括，基于采集的传感器数据，计算出当前功率因数fp，公式表示为，

22、

23、其中，v表示为当前电压数据，i表示为当前电流数据，t表示为当前环境温度，h表示为当前环境湿度，qf()表示为无功功率调整函数，pf()表示为有功功率调整函数；qf(v,i,t,h)的具体表达式为，

24、qf(v,i,t,h)＝q0·e-(t+βh)

25、q0＝v×i×sin(φ)

26、pf(v,i,t,h)的具体表达式为，

27、pf(v,i,t,h)＝p0·(1+γlog(1+t/δ))

28、p0＝v×i×cos(φ)

29、其中，β表示为湿度影响的调整系数，φ表示为相位角，γ和δ表示为温度影响的调整系数。

30、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述通过机器学习算法计算出预测功率因数包括，基于历史功率因数数据，通过svm进行训练得到功率因数预测模型表示为，

31、fppred＝svm(x)

32、其中，x为一个特征向量包括历史功率因数pfhist，历史平均电流i，历史平均电压以及变化率δfp；

33、其中，δfp表示为历史数据中两时间点功率因数的变化率，具体公式表示为，

34、

35、作为本发明所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的一种优选方案，其中：所述根据对比结果进行相应的措施包括，通过功率因数阈值调控模型得到当前的功率因数阈值和下一时序的功率因数阈值；通过功率因数预测模型得到下一时序的功率因数；将当前功率因数与当前的功率因数阈值进行对比，若大于当前的功率因数阈值，则触发保护机制，进行断路器操作，若小于当前的功率因数阈值，则进行下一步；将当前功率因数与下一时序的功率因数阈值进行对比，若大于下一时序的功率因数阈值，则触发警报，将相关参数发送至控制终端，若小于下一时序的功率因数阈值，则进行下一步；将下一时序的功率因数与当前的功率因数阈值进行对比，若大于当前的功率因数阈值，则触发警报，将相关参数发送至控制终端，若小于当前的功率因数阈值，则进行下一步；将下一时序的功率因数与下一时序的功率因数阈值进行对比，若大于下一时序的功率因数阈值，则将相关参数载入安全记录中，待下一时序工作时将安全记录在控制终端中弹出，若小于下一时序的功率因数阈值，则系统正常工作。

36、本发明的另外一个目的是提供一种基于功率因数的主变压器过载保护系统，此系统可动态调整功率因数的阈值，并将当前功率因数和预测功率因数与阈值进行对比，根据对比结果进行相应的措施。

37、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的系统，包括：阈值设置模块、功率因数计算模块和措施模块；所述阈值设置模块基于历史操作数据和操作环境，设置主调公式和辅调公式，将主调公式与辅调公式进行整合，通过自适应算法动态调整功率因数的阈值；所述功率因数计算模块采集传感器数据，计算出当前功率因数，通过机器学习算法计算出预测功率因数；所述措施模块将当前功率因数和预测功率因数与阈值进行对比，根据对比结果进行相应的措施。

38、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的步骤。

39、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述一种基于功率因数的主变压器过载保护方法的步骤。

40、本发明有益效果为：本发明利用功率因数作为监控指标，相比传统的基于温度或电流的方法，可以更早地检测到潜在的过载问题，从而进行更及时的响应。

41、本发明利用自适应算法能够根据变压器的实际运行状态和环境条件动态调整阈值，使保护系统更加灵活和适应性强，减少误报和漏报。

42、通过预测未来的功率因数，系统能够预防性地采取措施，避免过载事件发生，从而保护设备免受损害，延长其使用寿命。