一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统的制作方法

1.本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统。

背景技术：

2.随着变电站中电压等级的升高，输变电设备的运行对周围居民造成的影响明显增加。大型电力变压器及变电站已经越来越多地出现在住宅区及公共场所，这就对变压器及变电站噪声提出了一定的要求。
3.电力变压器运行故障是导致电力系统大范围停电事故的关键原因。变压器30%以上典型故障缺陷（如：过励磁、三相不平衡负载、谐波负载、冷却系统缺陷、直流偏磁、绕组与铁芯松动、附件松动、过载等）可利用噪声进行检测。
4.现有与变压器噪声有关的故障检测方法主要依靠运行人员利用人耳听、利用经验判断故障类型，或者利用声音信号的波形、频谱并从中提取一定数量的声音特征作为区分不同运行状态的依据。前者主要依赖人员经验，存在难以普遍适用、误判几率大、识别准确度低等问题；后者由于变压器故障类型较多，能够明显区别不同故障类型的声音特征提取十分困难，容易造成特征信息不足、故障诊断准确率较低的问题；而且，由于变压设备区域占地面积较大，检修人员无法在第一时间准确的到发生故障的来源，影响检修效率。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，解决以下技术问题：如何能够更加快速的出变电设备中的故障设备，提升检修维护效率。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，包括：多个监听模组，分布设置于变电设备区域的边缘；针对一个所述监听模组，所述监听模组包括多个监听单元，每个所述监听单元距离所述变电设备区域中心的距离不同；每个所述监听单元均内置有设备信息码，用于按照预设频率获取与所述设备信息码关联的声波数据；声信号处理单元，用于对所述声波数据进行特征提取处理，获取与所述声波数据对应的声纹图像特征信息；声纹识别单元，判断所述声纹图像特征信息中是否包含变压设备噪声数据；故障预估单元，用于根据同一所述监听模组中的所述变压设备噪声数据的采样时间戳的先后顺序获取对应的第一噪声预判方向，然后根据所有所述监听模组的所述第一噪声预判方向的第一交叉点来确定第一故障预估区域；控制单元，用于按照预设顺序对目标设备进行功率变化调整；所述目标设备为所
述第一故障预估区域内的工作设备；验证调整单元，用于在检测到所述第一交叉点发生变化时，按照预设方式调整所述第一故障预估区域的覆盖范围。
7.通过上述技术方案，可通过分布在变电设备区域的边缘的多个监听模组同时对变电设备区域内进行噪声采集，由不同位置的监听单元不断的获得与设备信息码相关的声波数据，若判断存在变压设备噪声数据，由于相同的噪声到达不同位置的监听单元处的时间不同，可根据变压设备噪声数据所对应的采样时间戳的先后顺序判断噪声来源，如此，可通过多个监听模组所对应的多个第一噪声预判方向的交叉点所确定的第一故障预估区域，工作人员根据第一故障预估区域所覆盖的范围对目标设备进行检查，极大的提升检修效率；与此同时，控制单元能够对相关的目标设备进行功率调整，因此有可能使得相关噪声发生发生变化，此时可以实时的根据第一交叉点实时的对第一故障预估区域进行动态调整，进一步提升噪声来源判断的准确性。
8.作为本发明进一步的方案：将所有所述第一交叉点进行连接，将连接后所围成的最大范围作为估计区域，获取所述估计区域的重心位置，以所述重心位置为圆心，以第一预设距离为半径生成所述第一故障预估区域。
9.通过上述技术方案，第一交叉点之间的连线所围成的最大区域不一定真实反映噪声源的位置，因此需要在取估计区域的重心位置为圆心，生成大于估计区域面积的第一故障预估区域，以保证噪声来源判断的精准度。
10.作为本发明进一步的方案：所述预设顺序包括：选择靠近所述第一故障预估区域边缘的工作设备作为所述目标设备，沿顺时针方向变更所述目标设备的选择；所述预设方式包括：将所述第一预设距离降低预设值。
11.通过上述技术方案，先对第一竟是区域边缘处的目标设备进行功率调整，若预设时间内第一交叉点无变化，则可按顺时针方向选择下一目标设备，直至第一交叉点发生变化，此时将第一预设距离降低预设值，缩小第一故障预估区域，进一步提升检修效率。
12.作为本发明进一步的方案：以所有所述第一交叉点为圆心，以预设半径作圆得到区域集合为所述第一故障预估区域。
13.通过上述技术方案，可得到形状不规则的第一故障预估区域，同样可以供工作人员对目标设备进行检查，极大的提升检修效率。
14.作为本发明进一步的方案：所述故障预估单元，还用于根据所述同一所述监听模组中的所述变压设备噪声数据的声波幅度衰减方向确定第二噪声预判方向，然后根据所有所述监听模组的所述第二噪声预判方向的第二交叉点来确定第二故障预估区域；将所述第一故障预估区域和所述第二故障预估区域的重合部分确定为高故障概率区域。
15.通过上述技术方案，由于噪声在传输的过程中存在能量衰减，因此可将统一监听模组中不同位置监听单元所体现的噪声幅度衰减变化方向作为第二噪声预判方向的，如此可以通过第二噪声预判方向的交叉点来确定第二故障预估区域；而且，由于第二噪声预判方向和第一噪声预判方向并不一定真实指向噪声来源的准确位置，因此将第一故障预估区域和第二故障预估区域的重合交差部分确定为高故障概率区域，可以在一定程度上提升噪
声源搜索的准确度。
16.作为本发明进一步的方案：所述设备信息码包括所述监听单元的序列号和对应的安装坐标；针对一个所述监听模组中的所有所述监听单元，在预设时间段内，获取最早的所述采样时间戳所对应的第一设备信息码和最晚的所述采样时间戳所对应的第二设备信息码；根据所述第一设备信息码和所述第二设备信息码的安装坐标的连线可确定所述第一噪声预判方向；获取声波幅度最大的所述变压设备噪声数据所对应的第三设备信息码和声波幅度最小的所述变压设备噪声数据所对应的第四设备信息码；根据所述第三设备信息码和所述第四设备信息码的安装坐标的连线可确定所述第二噪声预判方向。
17.通过上述技术方案，针对一个监听模组，将最晚和最晚获得同一变压设备噪声数据的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第一噪声预判方向，将声波幅度最大和最小的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第二噪声预判方向，通过设备信息码所包含的信息可以快速且准确的对第一噪声预判方向和第二噪声预判方向进行确定。
18.作为本发明进一步的方案：还包括统计模块，针对同一所述监听模组，统计所述监听模组中所述监听单元的所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向的差异率s；；其中，p为所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向不同的所述监听模组的数量，q为所述监听模组的总数；针对所述第一噪声预判方向与所述第二噪声预判方向不同的所述监听单元：若s大于预设第一阈值，则将所述第一噪声预判方向向对应所述第二噪声预判方向调整角度；若s大于预设第二阈值，则将所述第一噪声预判方向向对应所述第二噪声预判方向调整角度；所述第一阈值小于所述第二阈值，。
19.通过上述技术方案，针对变电设备区域，若第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向不同的所述监听模组的数量较多，说明监听模组中的监听单元数量偏少，导致精度不够，此时可以声波幅度为主，以时间戳擦顺序为辅，将第一噪声预判方向向靠近第二噪声预判方向的方向进行调整，以此来提升高故障概率区域判断的精准度。
20.作为本发明进一步的方案：若s大于预设第三阈值，则将所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向同时相互靠近调整角度；其中，所述第二阈值小于所述第三阈值，。
21.通过上述技术方案，可以进一步的对高故障概率区域的覆盖区域进行修正。
22.本发明的有益效果：
（1）本发明可通过分布在变电设备区域的边缘的多个监听模组同时对变电设备区域内进行噪声采集，由不同位置的监听单元不断的获得与设备信息码相关的声波数据，若判断存在变压设备噪声数据，由于相同的噪声到达不同位置的监听单元处的时间不同，可根据变压设备噪声数据所对应的采样时间戳的先后顺序判断噪声来源，如此，可通过多个监听模组所对应的多个第一噪声预判方向的交叉点所确定的第一故障预估区域，工作人员根据第一故障预估区域所覆盖的范围对目标设备进行检查，极大的提升检修效率；与此同时，控制单元能够对相关的目标设备进行功率调整，因此有可能使得相关噪声发生发生变化，此时可以实时的根据第一交叉点实时的对第一故障预估区域进行动态调整，进一步提升噪声来源判断的准确性；（2）在本发明中，第一交叉点之间的连线所围成的最大区域不一定真实反映噪声源的位置，因此需要在取估计区域的重心位置为圆心，生成大于估计区域面积的第一故障预估区域，以保证噪声来源判断的精准度；（3）对一个监听模组，将最晚和最晚获得同一变压设备噪声数据的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第一噪声预判方向，将声波幅度最大和最小的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第二噪声预判方向，通过设备信息码所包含的信息可以快速且准确的对第一噪声预判方向和第二噪声预判方向进行确定。
附图说明
23.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
24.图1为本发明中变电站设备运行状态监测控制系统的模块连接示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参阅图1所示，本发明为一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，包括：多个监听模组，分布设置于变电设备区域的边缘；针对一个监听模组，监听模组包括多个监听单元，每个监听单元距离变电设备区域中心的距离不同；每个监听单元均内置有设备信息码，用于按照预设频率获取与设备信息码关联的声波数据；声信号处理单元，用于对声波数据进行特征提取处理，获取与声波数据对应的声纹图像特征信息；声纹识别单元，判断声纹图像特征信息中是否包含变压设备噪声数据；故障预估单元，用于根据同一监听模组中的变压设备噪声数据的采样时间戳的先后顺序获取对应的第一噪声预判方向，然后根据所有监听模组的第一噪声预判方向的第一交叉点来确定第一故障预估区域；
控制单元，用于按照预设顺序对目标设备进行功率变化调整；目标设备为第一故障预估区域内的工作设备；验证调整单元，用于在检测到第一交叉点发生变化时，按照预设方式调整第一故障预估区域的覆盖范围。
27.通过上述技术方案，可通过分布在变电设备区域的边缘的多个监听模组同时对变电设备区域内进行噪声采集，由不同位置的监听单元不断的获得与设备信息码相关的声波数据，若判断存在变压设备噪声数据，由于相同的噪声到达不同位置的监听单元处的时间不同，可根据变压设备噪声数据所对应的采样时间戳的先后顺序判断噪声来源，如此，可通过多个监听模组所对应的多个第一噪声预判方向的交叉点所确定的第一故障预估区域，工作人员根据第一故障预估区域所覆盖的范围对目标设备进行检查，极大的提升检修效率；与此同时，控制单元能够对相关的目标设备进行功率调整，因此有可能使得相关噪声发生发生变化，此时可以实时的根据第一交叉点实时的对第一故障预估区域进行动态调整，进一步提升噪声来源判断的准确性。
28.其中，声信号处理单元可根据声音信号生成声纹特征图像，并提取声纹特征图像中的声纹图像特征信息，然后将声纹图像特征信息和预设的变压器状态特征识别库进行比对或者将声纹图像特征信息输入预先训练好的人工智能机器学习模型，也就是声纹识别单元，识别出目标变压设备与噪声相关的状态。变压器状态特征识别库包含声纹图像特征信息、变压器与噪声相关的不同状态之间的映射关系，人工智能机器学习模型被预先训练建立了声纹图像特征信息、变压器与噪声相关的不同状态之间的映射关系。
29.其中，生成的声纹特征图像为二维彩图像，且横轴、纵轴分别为时间与频率，以彩图像颜的深浅表示信号幅值的大小。提取声纹特征图像中的声纹图像特征信息具体是指提取声纹特征图像中的噪声信号频谱范围，以及噪声信号频谱范围内的集中的目标频率整数倍频率分量；且，提取声纹特征图像中的声纹图像特征信息具体是指采用卷积神经网络提取声纹特征图像中的特征得到声纹图像特征信息。
30.如此，声纹识别单元能够给出具体的噪声来源的设备所在地，但是由于变电设备区域内的噪声来源多样且复杂，因此声纹识别单元具备一定的错误率，为防止判断出错，若该设备所在地与第一故障预估区域不一致，则可以不予置信，若一致，则将第一故障预估区域内的设备作为排查对象。
31.作为本发明进一步的方案：将所有第一交叉点进行连接，将连接后所围成的最大范围作为估计区域，获取估计区域的重心位置，以重心位置为圆心，以第一预设距离为半径生成第一故障预估区域。
32.通过上述技术方案，第一交叉点之间的连线所围成的最大区域不一定真实反映噪声源的位置，因此需要在取估计区域的重心位置为圆心，生成大于估计区域面积的第一故障预估区域，以保证噪声来源判断的精准度。
33.作为本发明进一步的方案：预设顺序包括：选择靠近第一故障预估区域边缘的工作设备作为目标设备，沿顺时针方向变更目标设备的选择；预设方式包括：将第一预设距离降低预设值。
34.通过上述技术方案，先对第一竟是区域边缘处的目标设备进行功率调整，若预设
时间内第一交叉点无变化，则可按顺时针方向选择下一目标设备，直至第一交叉点发生变化，此时将第一预设距离降低预设值，缩小第一故障预估区域，进一步提升检修效率。
35.作为本发明进一步的方案：以所有第一交叉点为圆心，以预设半径作圆得到区域集合为第一故障预估区域。
36.通过上述技术方案，可得到形状不规则的第一故障预估区域，同样可以供工作人员对目标设备进行检查，极大的提升检修效率。
37.作为本发明进一步的方案：故障预估单元，还用于根据同一监听模组中的变压设备噪声数据的声波幅度衰减方向确定第二噪声预判方向，然后根据所有监听模组的第二噪声预判方向的第二交叉点来确定第二故障预估区域；将第一故障预估区域和第二故障预估区域的重合部分确定为高故障概率区域。
38.通过上述技术方案，由于噪声在传输的过程中存在能量衰减，因此可将统一监听模组中不同位置监听单元所体现的噪声幅度衰减变化方向作为第二噪声预判方向的，如此可以通过第二噪声预判方向的交叉点来确定第二故障预估区域；而且，由于第二噪声预判方向和第一噪声预判方向并不一定真实指向噪声来源的准确位置，因此将第一故障预估区域和第二故障预估区域的重合交差部分确定为高故障概率区域，可以在一定程度上提升噪声源搜索的准确度。
39.作为本发明进一步的方案：设备信息码包括监听单元的序列号和对应的安装坐标；针对一个监听模组中的所有监听单元，在预设时间段内，获取最早的采样时间戳所对应的第一设备信息码和最晚的采样时间戳所对应的第二设备信息码；根据第一设备信息码和第二设备信息码的安装坐标的连线可确定第一噪声预判方向；获取声波幅度最大的变压设备噪声数据所对应的第三设备信息码和声波幅度最小的变压设备噪声数据所对应的第四设备信息码；根据第三设备信息码和第四设备信息码的安装坐标的连线可确定第二噪声预判方向。
40.通过上述技术方案，针对一个监听模组，将最晚和最晚获得同一变压设备噪声数据的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第一噪声预判方向，将声波幅度最大和最小的两个监听单元的所在位置之间的连线作为第二噪声预判方向，通过设备信息码所包含的信息可以快速且准确的对第一噪声预判方向和第二噪声预判方向进行确定。
41.作为本发明进一步的方案：还包括统计模块，针对同一监听模组，统计监听模组中监听单元的第一噪声预判方向和第二噪声预判方向的差异率s；；其中，p为第一噪声预判方向和第二噪声预判方向不同的监听模组的数量，q为监听模组的总数；针对第一噪声预判方向与第二噪声预判方向不同的监听单元：若s大于预设第一阈值，则将第一噪声预判方向向对应第二噪声预判方向调整角度；
若s大于预设第二阈值，则将第一噪声预判方向向对应第二噪声预判方向调整角度；第一阈值小于第二阈值，。
42.通过上述技术方案，针对变电设备区域，若第一噪声预判方向和第二噪声预判方向不同的监听模组的数量较多，说明监听模组中的监听单元数量偏少，导致精度不够，此时可以声波幅度为主，以时间戳擦顺序为辅，将第一噪声预判方向向靠近第二噪声预判方向的方向进行调整，以此来提升高故障概率区域判断的精准度。
43.作为本发明进一步的方案：若s大于预设第三阈值，则将第一噪声预判方向和第二噪声预判方向同时相互靠近调整角度；其中，第二阈值小于第三阈值，。
44.通过上述技术方案，可以进一步的对高故障概率区域的覆盖区域进行修正。
45.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：

1.一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，包括：多个监听模组，分布设置于变电设备区域的边缘；针对一个所述监听模组，所述监听模组包括多个监听单元，每个所述监听单元距离所述变电设备区域中心的距离不同；每个所述监听单元均内置有设备信息码，用于按照预设频率获取与所述设备信息码关联的声波数据；声信号处理单元，用于对所述声波数据进行特征提取处理，获取与所述声波数据对应的声纹图像特征信息；声纹识别单元，判断所述声纹图像特征信息中是否包含变压设备噪声数据；故障预估单元，用于根据同一所述监听模组中的所述变压设备噪声数据的采样时间戳的先后顺序获取对应的第一噪声预判方向，然后根据所有所述监听模组的所述第一噪声预判方向的第一交叉点来确定第一故障预估区域；控制单元，用于按照预设顺序对目标设备进行功率变化调整；所述目标设备为所述第一故障预估区域内的工作设备；验证调整单元，用于在检测到所述第一交叉点发生变化时，按照预设方式调整所述第一故障预估区域的覆盖范围。2.根据权利要求1所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，将所有所述第一交叉点进行连接，将连接后所围成的最大范围作为估计区域，获取所述估计区域的重心位置，以所述重心位置为圆心，以第一预设距离为半径生成所述第一故障预估区域。3.根据权利要求2所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，所述预设顺序包括：选择靠近所述第一故障预估区域边缘的工作设备作为所述目标设备，沿顺时针方向变更所述目标设备的选择；所述预设方式包括：将所述第一预设距离降低预设值。4.根据权利要求1所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，以所有所述第一交叉点为圆心，以预设半径作圆得到区域集合为所述第一故障预估区域。5.根据权利要求1所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，所述故障预估单元，还用于根据所述同一所述监听模组中的所述变压设备噪声数据的声波幅度衰减方向确定第二噪声预判方向，然后根据所有所述监听模组的所述第二噪声预判方向的第二交叉点来确定第二故障预估区域；将所述第一故障预估区域和所述第二故障预估区域的重合部分确定为高故障概率区域。6.根据权利要求5所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，所述设备信息码包括所述监听单元的序列号和对应的安装坐标；针对一个所述监听模组中的所有所述监听单元，在预设时间段内，获取最早的所述采样时间戳所对应的第一设备信息码和最晚的所述采样时间戳所对应的第二设备信息码；根据所述第一设备信息码和所述第二设备信息码的安装坐标的连线可确定所述第一
噪声预判方向；获取声波幅度最大的所述变压设备噪声数据所对应的第三设备信息码和声波幅度最小的所述变压设备噪声数据所对应的第四设备信息码；根据所述第三设备信息码和所述第四设备信息码的安装坐标的连线可确定所述第二噪声预判方向。7.根据权利要求6所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，还包括统计模块，针对同一所述监听模组，统计所述监听模组中所述监听单元的所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向的差异率s；；其中，p为所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向不同的所述监听模组的数量，q为所述监听模组的总数；针对所述第一噪声预判方向与所述第二噪声预判方向不同的所述监听单元：若s大于预设第一阈值，则将所述第一噪声预判方向向对应所述第二噪声预判方向调整角度；若s大于预设第二阈值，则将所述第一噪声预判方向向对应所述第二噪声预判方向调整角度；所述第一阈值小于所述第二阈值，。8.根据权利要求7所述的基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，其特征在于，若s大于预设第三阈值，则将所述第一噪声预判方向和所述第二噪声预判方向同时相互靠近调整角度；其中，所述第二阈值小于所述第三阈值，。

技术总结

本发明涉及数据处理技术领域，公开了一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，包括：分布设置于变电设备区域边缘的多个监听模组；对声波数据进行特征提取处理，并获取与声波数据对应的声纹图像特征信息的声信号处理单元；判断声纹图像特征信息中是否包含变压设备噪声数据的声纹识别单元；确定第一故障预估区域的故障预估单元；按照预设顺序对第一故障预估区域内的工作设备进行功率变化调整的控制单元以及按照预设方式调整第一故障预估区域覆盖范围的验证调整单元。本发明可以快速的出变电设备中的故障设备，提升检修维护效率。维护效率。维护效率。