[發明專利]一種基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法

有效

• 申請號: 202010956515.4
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112083299B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張開迪;李世勉;梁瑜;馮宗琮;王毅;董其宇;馮波;冉小康;徐溦;葉松;劉人豪;余佩
• 申請（專利權）人: 國網重慶市電力公司北碚供電分公司;重慶理工大學;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R27/02
• 代理公司: 重慶企進專利代理事務所(普通合伙) 50251
• 代理人: 周輝

1.一種基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取直流母線對地的絕緣電阻值，建立母線對地絕緣電阻的數據庫；

S2、在每次獲取直流母線對地的絕緣電阻值后，計算當前數據庫的平均絕緣電阻

S3、計算前一時刻的平均絕緣電阻與后一時刻的平均絕緣電阻的電阻差值ΔR_i,i∈[1,N)；

S4、計算電阻差值ΔR_i與對應檢測間隔時間ΔT_i的比值作為比值系數X_i；

S5、利用卡爾曼濾波分析比值系數的變化趨勢，并預測下一時刻的比值系數X；

S6、計算下一時刻的絕緣電阻增加值ΔR：

ΔR＝X×T

S7、計算得到下一時刻的預測絕緣電阻值R：

R＝R_n+ΔR

式中：R_n為預測絕緣電阻值R的前一時刻實際絕緣電阻值，T為預測絕緣電阻值R與前一時刻的間隔時間；

所述步驟S1中，采用如下結構的支路絕緣電阻檢測單元獲取直流母線對地的絕緣電阻值，包括儀用放大器，串聯設置在直流母線的正極和負極之間的檢測電阻R3和R4，以及接地電阻R5，所述接地電阻R5的一端接地，另一端連接在所述檢測電阻R3和R4之間；所述儀用放大器的正電源端通過第一隔離電源與直流母線的正極相連，所述儀用放大器的負電源端通過第二隔離電源與直流母線的負極相連；所述儀用放大器的同相輸入端接地，且反相輸入端連接在所述檢測電阻R3和R4之間；所述儀用放大器上還具有外部增益控制電阻R6。

2.如權利要求1所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述儀用放大器為AD620儀用放大器。

3.如權利要求1所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述第一隔離電源和第二隔離電源均為反激式電源。

4.如權利要求1所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述儀用放大器的輸出端連接有單片機，所述單片機上設置有顯示屏。

5.如權利要求4所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述單片機上還設置有無線通訊模塊。

6.如權利要求5所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述無線通訊模塊為藍牙模塊。

7.如權利要求4所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述單片機上還設置有用于存儲檢測電阻阻值的存儲模塊。

8.如權利要求1所述的基于卡爾曼濾波的直流系統絕緣故障預測方法，其特征在于，所述卡爾曼濾波分析預測的狀態方程和觀測方程如下：

X_k+1＝A*X_k+B*U_k+1+W_k+1

Z_k+1＝H*X_k+1+V_k+1

式中：X_k為第k次檢測的絕緣電阻增長率；X_k+1為預測的后一次檢測的絕緣電阻增長率；U_k+1為控制輸入；Z_k+1為狀態矩陣X_k+1的觀測量；W_k+1為系統噪聲；V_k+1為觀測噪聲；A、B、H為參數矩陣；

其中，系統噪聲和觀測噪聲滿足下式：

E[W_k(W_k)^T]＝Q,E[V_k(V_k)^T]＝Y

式中：W_k為系統噪聲；V_k為觀測噪聲；Q為系統噪聲的協方差陣；Y為觀測噪聲的協方差陣；

卡爾曼濾波預測模型的狀態預測方程為：

卡爾曼濾波預測模型的狀態更新方程為：

式中：為已知Z_k+1前的狀態預測值；為已知Z_k+1后的最優估計值；K為卡爾曼增益矩陣，表示真實值與預測值之間的協方差；P_k+1表示真實值與最優估計值之間的協方差；并滿足下式：

式中：表示先驗狀態誤差；e_k+1表示后驗狀態誤差。