一種基于時間序列法的電容器電容值及其變化趨勢預測方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能質(zhì)量分析技術(shù)領域，特別涉及一種基于時間序列法的電容器電容 值及其變化趨勢預測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，換流設備、電弧爐以及不對稱負荷等非線性用電設備在直 流輸電、冶金、化工和電氣化鐵路等領域得到廣泛應用，這些非線性用電設備在運行時會產(chǎn) 生大量的無功功率需求，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)電容器是補償無功功率和濾除諧波最為重要且應用 廣泛的技術(shù)手段。
[0003] 電力系統(tǒng)中，變電站以及負載處裝設的并聯(lián)電容器如果經(jīng)常運行在較為惡劣的諧 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 能會對諧波電流產(chǎn)生放大，加劇諧波危害，嚴重時可能產(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，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)無功補償性能， 但諧波容易造成其內(nèi)部故障保護誤動作，影響電容器的正常工作。
[0004] 若能預知電容器的電容值及其變化趨勢，便可分辨出電容器是否將要損壞。因此， 有必要對電容器電容值及其變化趨勢進行預測，以防止電容器突發(fā)故障，擴大事故范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

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