一種基于時(shí)間序列法的電容器電容值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能質(zhì)量分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于時(shí)間序列法的電容器電容 值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，換流設(shè)備、電弧爐以及不對(duì)稱負(fù)荷等非線性用電設(shè)備在直 流輸電、冶金、化工和電氣化鐵路等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這些非線性用電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn) 生大量的無(wú)功功率需求，并產(chǎn)生大量諧波注入電網(wǎng)，造成電壓波形畸變，電能質(zhì)量下降。在 電力系統(tǒng)與廣大電力用戶中安裝并聯(lián)電容器是補(bǔ)償無(wú)功功率和濾除諧波最為重要且應(yīng)用 廣泛的技術(shù)手段。
[0003] 電力系統(tǒng)中，變電站以及負(fù)載處裝設(shè)的并聯(lián)電容器如果經(jīng)常運(yùn)行在較為惡劣的諧 波環(huán)境中，其內(nèi)部絕緣將加速老化，使用壽命大為縮短，并可能引發(fā)事故。老化的電容器可 能會(huì)對(duì)諧波電流產(chǎn)生放大，加劇諧波危害，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生諧波諧振，使諧波電流放大幾倍 甚至幾十倍，造成過電流和過電壓的危險(xiǎn)，使電容器和電抗器損傷或燒毀。以大容量集合式 電容器為例，如果其內(nèi)部已有小電容元件故障，盡管基本不影響其工頻穩(wěn)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償性能， 但諧波容易造成其內(nèi)部故障保護(hù)誤動(dòng)作，影響電容器的正常工作。
[0004] 若能預(yù)知電容器的電容值及其變化趨勢(shì)，便可分辨出電容器是否將要損壞。因此， 有必要對(duì)電容器電容值及其變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以防止電容器突發(fā)故障，擴(kuò)大事故范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺乏對(duì)電容器電容值及其變化趨勢(shì)的有效預(yù)測(cè)，本發(fā)明提供了一種 基于時(shí)間序列法的電容器電容值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于時(shí)間序列法的電容器電容值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] (a)采集樣本數(shù)據(jù)
[0009] 從電容器開始投入運(yùn)行時(shí)刻開始到進(jìn)行預(yù)測(cè)的時(shí)刻為止，依次將電容器的累積運(yùn) 行時(shí)間按照等時(shí)間間隔H進(jìn)行劃分，將每一時(shí)間間隔H內(nèi)電容器的平均電容值作為一個(gè)樣 本C 1，其中i = 1，2，···，N，為N為樣本容量；將每一樣本C1賦予一個(gè)樣本時(shí)刻T(i)，T(i) =i，i = 1，2,…，N0
[0010] (b)建立電容值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型
[0011] (b-l)計(jì)算電容值變化趨勢(shì)λ Cn
[0012] 按照公式1計(jì)算T⑴時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C1:
[0013] AC1=Cw-C1 (1)
[0014] 公式1中，AC1S T⑴時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)，C1S T⑴時(shí)刻的電容值，C 1+1為 T(i+1)時(shí)刻的電容值，i = 1，2, "·，Ν。
[0015] 利用公式1和步驟（a)采集到的樣本數(shù)據(jù)依次計(jì)算T(1)，T(2)，···，T(N-I)時(shí)刻的 電容值變化趨勢(shì)A C1, Δ C2，…，Δ Cn 1<3
[0016] T(N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)ACn與前k個(gè)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)有關(guān)，見公式 2 ：
[0017]
(2)
[0018] 公式2中，△ Cn為T (N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)，Δ C N p為T (N-p)時(shí)刻的電容值變 化趨勢(shì)，ω p為T (N-p)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C N p對(duì)T (N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C N的 影響權(quán)值。
[0019] (b_2)計(jì)算權(quán)值 ωρ
[0020] 按照公式3計(jì)算權(quán)值ωρ:
[0021] ωρ=Γρ· Snp(ACnp) (3)
[0022] 公式3中，rp為時(shí)間先后順序?qū)?quán)值ω ρ的影響因素并且
；sN ρ ( Δ Cn ρ)為 Τ(Ν-ρ)時(shí)刻電容值變化速度對(duì)權(quán)值ωρ的影響因素 ，s N p(ACNp)的計(jì)算按照公式4。
[0023]
(4>
[0024] 公式4中，Sj(ACj)為T(j)時(shí)刻電容值變化速度對(duì)權(quán)值的影響因素，
[0025] (b_3)建立電容值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型
[0026] 將公式3~4代入公式2得到電容值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型，見公式5 :
[0027]
C5)
[0028] (C)建立電容值預(yù)測(cè)模型并預(yù)測(cè)電容值CN+1
[0029] 根據(jù)公式1建立電容值預(yù)測(cè)模型，見公式6 :
[0030] Cn+1=Cn+ACn (6)
[0031] 公式6中，(；+1為T (N+1)時(shí)刻的電容值，C ,為T (N)時(shí)刻的電容值，Δ c N為T (N)時(shí) 刻的電容值變化趨勢(shì)；電容值Cn由步驟（a)采集得到；電容值變化趨勢(shì)ACn由步驟（b)計(jì) 算得到；將電容值C n和電容值變化趨勢(shì)△ C 入公式6計(jì)算得到預(yù)測(cè)電容值C N+1。
[0032] 具體的，步驟（b-2)中&的計(jì)算按照公式（7):
[0033] Tp-- C7)
[0034] 公式7中，rp為時(shí)間先后順序?qū)?quán)值ω p的影響因素 ，ρ = 1，2,…，k。
[0035] 具體的，步驟（b_2)中&利用層次分析法計(jì)算。
[0036] 具體的，步驟（b)中k = 4。
[0037] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明對(duì)電容值的預(yù)測(cè)不同于通常所用的預(yù)測(cè)方法，通常的 預(yù)測(cè)是直接使用前段時(shí)間的電容值預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的電容值。本發(fā)明結(jié)合電容值隨時(shí)間的變 化規(guī)律，首先建立了電容值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型，借助于對(duì)電容值變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)電 容值的預(yù)測(cè)，這樣做比直接對(duì)電容值進(jìn)行預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確。本發(fā)明中的預(yù)測(cè)方法不僅是簡(jiǎn)單的 時(shí)間序列法，發(fā)明中涉及了兩個(gè)因素，一是電容值變化速度，二是時(shí)間的先后順序。因素一 采用s型分布函數(shù)計(jì)算電容值變化速度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，不屬于時(shí)間序列法。因素二屬 于時(shí)間序列法，因素二的計(jì)算方法包括兩種方法，一是平均值法，二是結(jié)合了層次分析法的 加權(quán)移動(dòng)平均法。本發(fā)明結(jié)合電容值變化速度和時(shí)間的先后順序這兩個(gè)因素，建立了電容 值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型和電容值預(yù)測(cè)模型并預(yù)測(cè)電容值。本發(fā)明的算法設(shè)計(jì)考慮較為周全， 實(shí)施成本較低，預(yù)測(cè)效果可靠，與電力行業(yè)現(xiàn)有的各類電容器均具有良好的適配性，應(yīng)用前 景廣闊。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 實(shí)施例采用本發(fā)明的電容器電容值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，其具體實(shí)施步驟如 下：
[0039] (a)采集樣本數(shù)據(jù)
[0040] 從電容器開始投入運(yùn)行時(shí)刻開始到進(jìn)行預(yù)測(cè)的時(shí)刻為止，依次將電容器的累積運(yùn) 行時(shí)間按照等時(shí)間間隔H進(jìn)行劃分，將每一時(shí)間間隔H內(nèi)電容器的平均電容值作為一個(gè)樣 本C1，其中i = 1，2，···，N，為N為樣本容量；將每一樣本C1賦予一個(gè)樣本時(shí)刻T(i)，T(i) =i，i = 1，2,…，N0
[0041] 在對(duì)電容器的累積運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行等時(shí)間間隔劃分時(shí)，對(duì)于最后剩余的時(shí)間段，當(dāng) 其運(yùn)行時(shí)間小于H/2時(shí)忽略此段；當(dāng)其運(yùn)行時(shí)間不少于H/2時(shí)，將該時(shí)間段內(nèi)電容器的平均 電容值也作為一個(gè)樣本。
[0042] 本實(shí)施例中，時(shí)間間隔H取值為15天。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，時(shí)間間隔H取15天時(shí)，能夠 在樣本采集計(jì)算時(shí)既保證采樣精度，又能夠合理控制采樣的計(jì)算量，縮短采樣耗時(shí)。
[0043] (b)建立電容值變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型
[0044] (b-Ι)計(jì)算電容值變化趨勢(shì)ACn
[0045] 按照公式1計(jì)算T⑴時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C1:
[0046] AC1=Cw-C1 (1)
[0047] 公式1中，Λ C1為T(i)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)，C1S T(i)時(shí)刻的電容值，C 1+1為 T(i+1)時(shí)刻的電容值，i = 1，2, "·，Ν。
[0048] 利用公式1和步驟（a)采集到的樣本數(shù)據(jù)依次計(jì)算T(l)，Τ(2)，…，T(N-I)時(shí)刻的 電容值變化趨勢(shì)A C1, Δ C2，…，Δ Cn 1<3
[0049] T (N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)△ Cn與前k個(gè)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)有關(guān)，見公式 2 ：
[0050] (2)
[0051 ] 公式2中，Δ Cn為T (N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)，Δ C N p為T (N-p)時(shí)刻的電容值變 化趨勢(shì)，ω p為T (N-p)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C N p對(duì)T (N)時(shí)刻的電容值變化趨勢(shì)Δ C N的 影響權(quán)值。本實(shí)施例中，k的取值為4。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，k = 4時(shí)，能夠在保證電容值及其變化 趨勢(shì)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的前提下，合理控制計(jì)算量，避免計(jì)算耗時(shí)過長(zhǎng)。
[0052] (b_2)計(jì)算權(quán)值 ωρ
[0053] 本實(shí)施例在計(jì)算權(quán)值ωρ時(shí)不僅采用了簡(jiǎn)單的時(shí)間序列法，還充分考慮了影響權(quán) 值ω ρ的兩個(gè)因素，一是電容值變化速度，二是時(shí)間的先后順序，見公式3。
[0054] ωρ=Γρ· Snp(ACnp) (3)
[0055] 公式3中，rp為時(shí)間先后順序?qū)?quán)值ω ρ的影響因素，并且
；sNp(ACNp) 為T(N-p)時(shí)刻電容值變化速度對(duì)權(quán)值ωρ的影響因素。
[0056] 因素一（即電容值變化速度對(duì)權(quán)值ωρ的影響）采用S型分布函數(shù)計(jì)算電容值變 化速度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，不屬于時(shí)間序列法?？紤]電容值變化速度對(duì)權(quán)值ω ρ的影響時(shí)， 首先分析電容器的運(yùn)行特點(diǎn)。在許多情況下，隨著電容器運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，多數(shù)電容器的電 容值會(huì)呈現(xiàn)出遞減的規(guī)律，當(dāng)然也有部分電容器在開始投入運(yùn)行的較短一段時(shí)間內(nèi)其電容 值會(huì)先增大，但是最終也會(huì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。電容值的變化趨勢(shì)即反映了電容值變化的大 小。由電容值變化趨勢(shì)的定義可知，電容器電容值是隨著其變化趨勢(shì)的增大而增大，減小而 減小，滿足S型分布函數(shù)的變化特征。電容值變化趨勢(shì)的增大或減小反應(yīng)為電容值的變化 速度。綜上所述，電容值變化速度對(duì)電容值的影響s N p ( A Cn ρ)可采用S型分布函數(shù)計(jì)算，見 公式4。
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C4)
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