配电电压互感器不必停电拆检:把基尔霍夫电压约束和电缆热平衡写进损失,在线评估误差
核心概要
配电电压互感器长期只能停电拆回、用标准互感器比对来检定,效率低且频繁中断供电。国网武汉供电公司的研究把开关站基尔霍夫电压约束与电缆热平衡方程作为软约束嵌入神经网络,并用径向基函数提取多尺度时间特征、残差注意力加权输入,从而在线估计互感器误差。实验室物理仿真平台上,该方法相对次优的MRSA-DGCN把RMSE降低35.2%、MAE降低36.4%,R²提高2.63个百分点;在武汉一个10 kV台区的现场应用中,它识别出一台超差互感器,结论与停电检定一致。
深度剖析
配电电压互感器的误差评估从停电比对改为在线估计,评估对象是同一开关站母线下相邻配电房之间的电压传递关系。 按规程,电压互感器需周期性停电、拆回,再用标准互感器比对检定,这一模式耗费人力物力、效率低,并带来频繁停电。 实验室物理仿真平台按武汉一个典型10 kV配电拓扑搭建,覆盖变电站出线、开关站、配电线路和可调误差互感器,误差注入幅值与方式可精确控制。
模型把物理规律当作训练时的软约束,而不是先解出精确线路参数再反推误差。 纯物理方法依赖精确的线路参数,而配电房电磁环境复杂、线路参数强时变;纯数据方法又难以区分误差劣化与外部扰动。 损失函数由数据拟合项、开关站母线电压一致性约束项和电缆热平衡微分约束项加权组成,电缆导体温度对时间的导数由径向基网络自动微分直接求出,不依赖数值差分。
在相同数据划分下,引入物理约束与两个数据侧模块后,比值误差的估计精度高于六种对照模型。 对照中排名第二的MRSA-DGCN取得R²为0.9547,纯PINN的R²为0.9065,单结构MLP与TCN的R²低于0.88。 在10,800条有效记录上,前90%按8:1划分训练集与验证集、后10%作测试集,该方法RMSE为0.001662、MAE为0.000757、R²为0.9810,相对MRSA-DGCN的RMSE降低35.2%、MAE降低36.4%。
现场试点的在线评估结果与停电检定结论逐台一致。 试点在武汉一个10 kV台区的一回变电站出线和三座配电房进线A相上部署同步采集与在线评估系统,用前3000条记录训练、其余375条评估。 四台互感器中VT3的比值误差超出0.2级允许限值而被判为异常,停电检定同样判为异常;在线与停电检定的比值误差最大绝对偏差为0.11%,相位误差最大绝对偏差为1.3′。
启示与展望
该方法目前只做单相建模,现场试点选取的是四台互感器的A相;评估依赖同步采集的电压与电流数据,并在实验室可调误差互感器上验证了对0.2%突变误差和0到0.4%渐变误差的识别,偏差绝对值不超过0.05%。现场部分是一个10 kV台区、四台互感器、375条评估记录的结果,适用于具备同步采集与拓扑信息的配电房场景。
单相建模意味着三相不平衡场景尚未覆盖;传感器故障、数据缺失和环境噪声都可能影响评估精度。现场在线与停电检定的比值误差最大绝对偏差为0.11%、相位误差为1.3′,这一偏差水平是在一个台区的四台互感器上得到的。
