專利名稱：基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于輸電線路在線監測的層次化監控機制，尤其涉及基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統。
背景技術：
輸變線路是電力系統的重要組成部分，是電力系統的動脈，然而輸電線路基本上暴露在外，容易受到氣候、地質、人為因素的影響，每年污閃、雷擊、覆冰、舞動等災害給電網造成了巨大的損失，其運行狀態直接決定電力系統的安全和效益。隨著國家新能源體制的建立，對電網安全性能提出了更高的要求。為增強我國電力系統運行的可靠性，提高輸電管理的信息化、網絡化、智能化水平，在線監測與故障診斷技術進行預知維修成為設備檢修的發展方向，是提高輸電效率必要的基礎條件，亦是電網走向智能化的前提與基礎。輸電線路狀態檢修時依靠先進監測手段、試驗技術為技術保障，建立在預知診斷基礎上的科學檢修管理方法。隨著網絡化信息化社會的進步，由于各種信息發布硬件設備的能力不同，相同的信息在不同的終端上可能無法以適當的形式表示出來，甚至不能正確的反映原意，而不便人們識別。如果信息能夠以層次化的結構進行發布，就可以根據終端設備的種類和承載能力，以恰當的形式表示，從而大大減少其失真程度，因此，在發布能力強，資源較多的設備上采用層次較低的信息段集合進行發布，而在發布能力弱、資源相對較有限的設備采用層次較高的信息段集合進行發布。這樣，各種設備都可以準確方便地反映出信息的全貌。一種層次化監控和遠程網絡診斷功能的開放式數控系統(專利公開號 CN1365031A)公開了一種層次化監控和遠程網絡診斷功能的開放式數控系統。該發明具有層次化、智能化、網絡化的狀態監測和故障診斷功能，并采用層次化監控策略。但該發明主要是針對數控系統，其監測對象為數控機床特征參數。因此，本發明提供了一種基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，考慮到輸電線路狀態監測信息量含量較大，其采集和傳輸將耗費較多系統資源，將系統診斷劃分為本地監測系統、數據處理及通訊系統和監測中心三個層次，減輕了信道壓力，增強監測信息的可信性，實現了遠端監測中心方便的調度實時輸電線路狀態信息。
發明內容
本發明的研發目的是提供一種基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，其克服了輸電線路狀態監測信息海量傳輸的問題，減輕了信道壓力，實現了遠端監測中心方便的調度實時輸電線路狀態信息，使電力部門能夠實時、連續地掌握輸電線路等級狀態，從而據其指導對輸電線路開展相應的維護、檢修等工作。本發明解決技術問題的方案如下基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統由層次化分級診斷系統和多信息融合診斷系統兩部分組成。
層次化分級診斷系統主要是將系統診斷劃分為本地監測系統、數據處理及通訊系統和監測中心三個層次；1)各部件的構成本地監測系統由CXD高速攝像頭、在線監測模塊、監測預警單元組成；在線監測模塊由傳感單元、信號處理特征提取單元、本地診斷單元和本地監測子系統組成；傳感單元由傾角傳感器、加速度傳感器、拉力傳感器、溫度傳感器、氣象傳感器、精密電流傳感器、紅外熱像傳感器、振動傳感器、電位傳感器、電流傳感器和可見光圖像傳感器組成；本地診斷單元由專家系統和知識庫兩部分構成；本地監測子系統包括覆冰監測、舞動監測、污穢監測、 微氣象監測、雷擊識別、防汛和實時數據搜集系統；數據處理及通訊系統由數據緩沖區一、數據緩沖區二、數據緩沖區三、數據處理及通訊單元和監控單元組成，數據處理及通訊單元設有端口 I、端口 II、端口 III和端口 IV，監控單元設有端口 I、端口 II、端口 III和端口 IV ；2)各部件的連接關系CXD高速攝像頭一端與監控單元的端口 I相連，另一端與數據緩沖區二的一端相連；在線監測模塊一端與監控單元的端口 II相連，另一端與數據緩沖區三10的一端相連； 監測預警單元7 —端與監控單元12的端口 IV相連，另一端與數據緩沖區一的一端相連；數據緩沖區一，數據緩沖區二，數據緩沖區三分別與數據處理及通訊單元的端口 I、端口 II、 端口 III相連；數據處理及通訊單元的端口 IV與監控單元的端口 III相連；在線監測模塊中的傳感單元中各傳感器分別與信號處理特征提取單元相連；信號處理特征提取單元與本地診斷單元相連，具體與其中專家系統部分和知識庫部分的一端相連；本地診斷單元的另一端分別和本地監測子系統的覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛和實時數據搜集的一端相連；本地監測子系統與數據處理及通訊系統相連，具體與其中的數據緩沖區三相連；數據處理及通訊系統和監測中心通過高速網絡接口連接；3)各部件的作用監控單元控制C⑶高速攝像頭拍攝取證，其將所拍攝的信息傳送至數據緩沖區二 ；在線監測模塊接到監控單元命令后開始工作，將所采集數據傳送至數據緩沖區三。監測預警單元收到數據處理及通訊系統發送的預警信息后，即發送警報到監控單元；數據緩沖區一，數據緩沖區二，數據緩沖區三將數據處理及通訊系統所需的數據傳送至數據處理及通訊單元；在線監測模塊中的傳感單元中各傳感器為信號處理特征提取單元提供狀態本地監測系統所需原始數據；本地診斷單元分析所有狀態信息后，將數據傳送至本地監測子系統，完成覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛以及實時數據搜集；本地監測子系統經數據緩沖區三傳輸數據給處理及通訊系統。基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，所述在線監測模塊中的傳感單元中的11種傳感器不僅限于這11種，可以相應增減。多信息融合診斷系統主要由特征向量、傳感向量、傳感器-特征量關聯矩陣、數據分析模塊、傳感器可靠性分析模塊、數據融合分析模塊和特征量提取模塊組成；1)各部件的構成特征向量由N個特征量組成；傳感向量由N個傳感量組成；傳感器-特征量關聯矩陣設有N+2個端口 ；數據分析模塊設有端口 I、端口 II、端口 III ；數據融合分析模塊設有端口 I、端口 II、端口 III 和端口 IV ；2)各部件的連接關系特征向量與傳感向量交叉互連；傳感向量與傳感器-特征量關聯矩陣相連；傳感器-特征量關聯矩陣的一端與數據分析模塊的端口 I相連，另一端與數據融合分析模塊的端口 I相連；數據分析模塊的端口 III和數據融合分析模塊的端口 II相連；傳感器可靠性分析模塊的一端與數據分析模塊的端口 II相連、另一端與數據融合分析模塊的端口 III相連；數據融合分析模塊的端口 IV與與特征量提取模塊的一端相連；特征量提取模塊的另一端與本地監測系統相連。3)各部件的作用特征向量與傳感向量信息形成傳感器-特征量關聯矩陣；再經數據分析模塊進行數據分析，接著經傳感器可靠性分析模塊進行傳感器可靠性分析，然后由數據融合分析模塊基于傳感器可靠性的多信息數據融合分析，隨即由特征量提取模塊提取特征量，最后上傳至本地監測系統進行相應對比。多信息融合診斷系統利用輸電線路各狀態量監測用傳感器復用的特點，響應本地監測系統1上傳的預警信息，并綜合所有傳感監測信息進行診斷。本發明與現有技術比較的優點有1.基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，提供了一種基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷方法，實現了遠端監測中心方便的調度實時輸電線路狀態信息。2.基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，將系統診斷劃分為監測裝置本地系統、數據處理及通訊系統和監測中心綜合診斷三個層次，減輕了信道壓力，增強監測信息的可信性。3.基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，通過模塊化、標準化、層次化、 智能化設計，在提高監測精度的同時，最大限度的優化傳感資源配置，節約系統資源，降低了裝置成本和通信費用。4.基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，實時監測輸電線路上的各有效參數，為監測中心提供實時數據與計算結果，從而診斷輸電線路運行狀態，為大幅度提高輸電線路的安全經濟運行水平，并為輸電線路運行等級的劃分提供必要的依據；通過將數據傳輸到后臺專家系統進行診斷與評估，能準確反映出輸電線路發生的各種狀態，得出診斷結果，從而指導電力部門開展相應的維護和檢修工作。
圖1是本發明基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的層次化分級診斷系統結構示意圖。圖2是本發明基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的在線監測模塊的結構圖。圖3是本發明基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的多信息融合診斷系統架構圖。圖4是本發明基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的層次化分級診斷系統架構圖。
圖中本地監測系統1，數據處理及通訊系統2，監測中心3，高速網絡接口 4，CXD 高速攝像頭5，在線監測模塊6，監測預警單元7，數據緩沖區一 8、數據緩沖區二 9、數據緩沖區三10、數據處理及通訊單元11和監控單元12，傳感單元13、信號處理特征提取單元14、 本地診斷單元15、本地監測子系統16、特征向量17、傳感向量18、傳感器-特征量關聯矩陣 19、數據分析模塊20、傳感器可靠性分析模塊21、數據融合分析模塊22和特征量提取模塊 23。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
，結合附圖對本發明作進一步說明。如圖1所示，基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的層次化分級診斷系統主要是將系統診斷劃分為本地監測系統1、數據處理及通訊系統2和監測中心3三個層次。本地監測系統1由C⑶高速攝像頭5、在線監測模塊6、監測預警單元7組成。數據處理及通訊系統2由數據緩沖區一8、數據緩沖區二9、數據緩沖區三10、數據處理及通訊單元 11和監控單元12組成。數據處理及通訊單元11設有四個端口，分別為端口 I、端口 II、 端口 III和端口 IV，監控單元12設有四個端口，分別為端口 I、端口 II、端口 III和端口 IV。各部件的位置和連接關系是CXD高速攝像頭5 —端與監控單元12的端口 I相連，另一端與數據緩沖區二 9的一端相連；在線監測模塊6 —端與監控單元12的端口 II相連，另一端與數據緩沖區三10 的一端相連；監測預警單元7 —端與監控單元12的端口 IV相連，另一端與數據緩沖區一 8 的一端相連；數據緩沖區一 8，數據緩沖區二 9，數據緩沖區三10分別與數據處理及通訊單元11的端口 I、端口 II、端口 III相連；數據處理及通訊單元11的端口 IV與監控單元12 的端口 III相連；數據處理及通訊系統2和監測中心3通過高速網絡接口 4連接。本地監測系統1負責監測狀態的采集，將所采集的數據傳輸到數據緩沖區，當監測中心3將所需監測狀態指令發送到數據處理及通訊系統2中的監控單元12后，監控單元 12向本地監測系統1下達指令，則數據處理及通訊系統2將所需監測狀態信息通過高速網絡接口 4傳輸到監測中心3。監控單元12負責確保數據處理及通訊系統2同一時刻最多只分析診斷一種狀態。監測預警單元7收到數據處理及通訊系統2發送的預警信息后，即發送警報到監控單元12，隨即控制CXD高速攝像頭5拍攝取證，進一步分析。如圖2所示，基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的本地監測系統1中的在線監測模塊6，由傳感單元13、信號處理特征提取單元14、本地診斷單元15和本地監測子系統16組成。其中傳感單元13包含測量輸電線路特征值的所有傳感設備傾角傳感器、加速度傳感器、拉力傳感器、溫度傳感器、氣象傳感器、精密電流傳感器、紅外熱像傳感器、可見光圖像傳感器、振動傳感器、電位傳感器和電流傳感器。各部件的位置和連接關系是傳感單元13中各傳感器分別與信號處理特征提取單元14相連；信號處理特征提取單元14與本地診斷單元15相連，具體與其中專家系統部分和知識庫部分的一端相連；本地診斷單元15的另一端分別和本地監測子系統16的覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛和實時數據搜集的一端相連；本地監測子系統16與數據處理及通
7訊系統2相連。傳感單元13將上述傳感器測得的基本參數傳輸到信號處理特征提取單元14，由信號處理特征提取單元14傳輸到本地診斷單元15，本地診斷單元15分析所有狀態信息后， 得出覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象在線監測、雷擊識別、防汛以及實時數據傳輸到數據處理及通訊系統2。如圖3所示，基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統的多信息融合診斷系統，由特征向量17、傳感向量18、傳感器-特征量關聯矩陣19、數據分析模塊20、傳感器可靠性分析模塊21、數據融合分析模塊22和特征量提取模塊23組成。特征向量17由N個特征量組成；傳感向量18由N個傳感量組成；傳感器-特征量關聯矩陣19設有N+2個端口 ； 數據分析模塊20設有端口 I、端口 II、端口 III ；數據融合分析模塊22設有端口 I、端口 II、 端口 III和端口 IV ；各部件的位置和連接關系是特征向量17與傳感向量18交叉互連；傳感向量18與傳感器-特征量關聯矩陣19 相連；傳感器-特征量關聯矩陣19的一端與數據分析模塊20的端口 I相連，另一端與數據融合分析模塊22的端口 I相連；數據分析模塊20的端口 III和數據融合分析模塊22的端口 II相連；傳感器可靠性分析模塊21的一端與數據分析模塊20的端口 II相連、另一端與數據融合分析模塊22的端口 III相連；數據融合分析模塊22的端口 IV與與特征量提取模 ±夬23的一端相連；特征量提取模塊23的另一端與本地監測系統1相連。多信息融合診斷系統利用輸電線路各狀態量監測用傳感器復用的特點，響應本地監測系統1上傳的預警信息，并綜合所有傳感監測信息進行診斷；主要是在數據處理及通訊系統2中利用輸電線路各狀態量監測用傳感器復用的特點，響應本地監測系統1上傳的預警信息，并綜合所有傳感監測信息進行診斷。特征量矩陣X= [Xl，x2，…，xn]；傳感器陣列F= [f1;f2，…，fn]，則傳感器-特征量關聯矩陣為 Z = FrxX =
乂"」1_Z”1 Zn2 ... Znn_其中，表示第i個傳感器監測的第j個特征量，Zij = 0表示傳感器與特征量之間沒有任何聯系。傳感器-特征量關聯矩陣19生成后，對矩陣中的多傳感器和多源測量信息的相關性進行定量分析，按照傳感器統一的判斷原則，將信息分為不同類的集合，首先根據傳感器-特征量關聯矩陣19，提取某一特征量關聯的傳感信息，利用信息間的關聯度，對傳感器的可靠性進行分析，給出各傳感器監測信息可信度評價，然后將傳感器監測信息可信度評價及各特征量關聯的傳感信息上傳至數據融合分析模塊20，由數據融合分析模塊20，篩選出可信的傳感信息，再次對特征量進行分析，比較本地監測系統1的診斷結果，得出分析結^ ο如圖4所示，本實施例由傳感單元13將采集的各種監測狀態信息經信號處理特
、
^12 Z22
Z2
X1, X2 , · · · , Xii J =
Λ Λ征提取單元處理后傳輸到本地監測系統1 ；本地系統根據本地診斷單元15中的專家系統以及知識庫進行狀態評估及預警，對于狀態評價線路狀態異常的信息向數據處理及通訊系統 2預警，數據處理及通訊系統2啟用基于多參量狀態診斷算法對線路的狀態進行分析，通過把狀態評價導則轉化為專家系統知識庫，采用專家系統推理機綜合輸電線路的各類狀態量數據對線路狀態以及傳感器可信度進行全面評價，并將狀態評估結果及傳感器可信度評價發送到監測中心3進行綜合診斷。監測中心3在接收到數據處理單元上傳的狀態信息及傳感器可信度評價后，綜合其所轄區域內所有監測裝置上傳的該類監測信息，進行統一斷面分析，并結合歷史信息，進一步綜合分析，以診斷并確定狀態量變化，根據確定的狀態量變化，結合專家系統對狀態、風險進行評估、預測，給出檢修策略。
權利要求
1.基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，其特征在于，由層次化分級診斷系統和多信息融合診斷系統兩部分組成；層次化分級診斷系統主要是將系統診斷劃分為本地監測系統、數據處理及通訊系統和監測中心三個層次，1)各部件的構成本地監測系統由CCD高速攝像頭、在線監測模塊、監測預警單元組成；在線監測模塊由傳感單元、信號處理特征提取單元、本地診斷單元和本地監測子系統組成；傳感單元由傾角傳感器、加速度傳感器、拉力傳感器、溫度傳感器、氣象傳感器、精密電流傳感器、紅外熱像傳感器、振動傳感器、電位傳感器、電流傳感器和可見光圖像傳感器組成；本地診斷單元由專家系統和知識庫兩部分構成；本地監測子系統包括覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛和實時數據搜集系統；數據處理及通訊系統由數據緩沖區一、數據緩沖區二、數據緩沖區三、數據處理及通訊單元和監控單元組成；數據處理及通訊單元設有端口 I、端口 II、端口 III和端口 IV，監控單元設有端口 I、端口 II、端口 III和端口 IV ；2)各部件的連接關系CXD高速攝像頭一端與監控單元的端口 I相連，另一端與數據緩沖區二的一端相連；在線監測模塊一端與監控單元的端口 II相連，另一端與數據緩沖區三的一端相連；監測預警單元一端與監控單元的端口 IV相連，另一端與數據緩沖區一的一端相連；數據緩沖區一， 數據緩沖區二，數據緩沖區三分別與數據處理及通訊單元的端口 I、端口 II、端口 III相連； 數據處理及通訊單元的端口 IV與監控單元的端口 III相連；在線監測模塊中的傳感單元中各傳感器分別與信號處理特征提取單元相連；信號處理特征提取單元與本地診斷單元相連，具體與其中專家系統部分和知識庫部分的一端相連； 本地診斷單元的另一端分別和本地監測子系統的覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛和實時數據搜集的一端相連；本地監測子系統與數據處理及通訊系統相連，具體與其中的數據緩沖區三相連；數據處理及通訊系統和監測中心通過高速網絡接口連接；3)各部件的作用監控單元控制CXD高速攝像頭拍攝取證，其將所拍攝的信息傳送至數據緩沖區二 ；在線監測模塊接到監控單元命令后開始工作，將所采集數據傳送至數據緩沖區三；監測預警單元收到數據處理及通訊系統發送的預警信息后，即發送警報到監控單元；數據緩沖區一， 數據緩沖區二，數據緩沖區三將數據處理及通訊系統所需的數據傳送至數據處理及通訊單元；在線監測模塊中的傳感單元中各傳感器為信號處理特征提取單元提供狀態本地監測系統所需原始數據；本地診斷單元分析所有狀態信息后，將數據傳送至本地監測子系統，完成覆冰監測、舞動監測、污穢監測、微氣象監測、雷擊識別、防汛以及實時數據搜集；本地監測子系統經數據緩沖區三傳輸數據給處理及通訊系統；多信息融合診斷系統主要由特征向量、傳感向量、傳感器-特征量關聯矩陣、數據分析模塊、傳感器可靠性分析模塊、數據融合分析模塊和特征量提取模塊組成；1)各部件的構成特征向量由N個特征量組成；傳感向量由N個傳感量組成；傳感器-特征量關聯矩陣設有N+2個端口 ；數據分析模塊設有端口 I、端口 II、端口 III ；數據融合分析模塊設有端口 I、端口 II、端口 III 和端口 IV ；2)各部件的連接關系特征向量與傳感向量交叉互連；傳感向量與傳感器-特征量關聯矩陣相連；傳感器-特征量關聯矩陣的一端與數據分析模塊的端口 I相連，另一端與數據融合分析模塊的端口 I相連；數據分析模塊的端口 III和數據融合分析模塊的端口 II相連；傳感器可靠性分析模塊的一端與數據分析模塊的端口 II相連、另一端與數據融合分析模塊的端口 III相連；數據融合分析模塊的端口 IV與與特征量提取模塊的一端相連；特征量提取模塊的另一端與本地監測系統相連；3)各部件的作用特征向量與傳感向量形成傳感器-特征量關聯矩陣；再經數據分析模塊進行數據分析，接著經傳感器可靠性分析模塊進行傳感器可靠性分析，然后由數據融合分析模塊基于傳感器可靠性的多信息數據融合分析，隨即由特征量提取模塊提取特征量，最后上傳至本地監測系統進行相應對比；多信息融合診斷系統利用輸電線路各狀態量監測用傳感器復用的特點，響應本地監測系統1上傳的預警信息，并綜合所有傳感監測信息進行診斷。
2.根據權利要求1所述的基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，其特征在于，所述在線監測模塊中的傳感單元中的11種傳感器不僅限于這11種，可以相應增減。
全文摘要
本發明公開了基于多參量融合的輸電線路狀態分級診斷系統，屬于輸電線路在線監測的層次化監控機制，尤其涉及多信息融合診斷方法。為克服輸電線路狀態監測信息海量傳輸的問題，減輕信道壓力，本發明將診斷系統劃分為本地監測系統、數據處理及通訊系統和監測中心三個層次，盡可能融合本層面的所有信息進行綜合分析，利用各參量傳感技術間的復用性對傳感器的可靠性進行分析，大大減少了輸電線路狀態信息的失真度，能夠全面的反映監測信息的全貌，同時實現遠端監測中心方便的調度實時輸電線路狀態信息。
文檔編號H02J13/00GK102201700SQ201110105879
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者吳彪, 吳遠利, 奉斌, 廖源, 朱時陽, 汪麗川, 王樂, 王海濤, 鄧雨榮 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司, 廣西電網公司電力科學研究院