本发明涉及一种企业变压器剩余有效寿命评估的方法、装置、设备和介质，具体地说是一种基于聚类分析和伽马过程的企业变压器剩余有效寿命评估的方法、装置、设备和介质，属于电气设备状态监测。
背景技术：
1、变压器作为电力系统的重要装置之一，其安全稳定运行对电力系统的可靠性有着重大意义。为了保证变压器的安全稳定运行，对其进行状态监测和健康管理是必要的措施。在评价变压器健康度的诸多指标中，剩余有效寿命，凭借直观和可操作性强等特点，成为了变压器健康度评价时常用的技术指标。
2、目前，有关变压器剩余有效寿命方面的研究，主要集中在输/配电网方面的变压器。由于这类变压器的数目较多，与健康度相关的指标可以通过统计的方式得到。而对于企业级电网的变压器，其数目相对较少，一般达不到统计分析的要求，这就意味着对企业级电网变压器剩余有效寿命的评估，只能依据变压器自身的运行状况。就理论而言，随机过程是一种非常好的用于分析设备退化过程的模型。而目前，用于描述变压器退化过程的随机过程，基本都集中在维纳过程这一种模型上。对于输/配电网方面的变压器，由于影响其负荷的因素很多，因此，维纳过程中的正态分布可以很好描述相关随机变量的概率分布。但对于企业级电网的变压器，由于企业的生产往往具有很强的计划性，影响其变压器负荷的因素没有输/配电网的多，此外，变压器退化是一个不可逆的过程，即，任意时间段的退化量都是大于零的值，因此，任意时间段增量可正可负的维纳过程不太适用于描述企业级变压器的退化过程。
3、此外，由于预知性检修等技术的发展水平，还没有达到完全取代预防性检修的地步。因此，对于企业而言，特别是石化、钢铁等重资产行业的工业企业，目前采用的设备检修方式主要还是预防性检修。而预防性检修的实施，会对企业的生产计划产生较大的影响，进而影响变压器的负荷。又由于变压器的衰减，与变压器的负荷紧密关联。如何在描述这类企业级变压器的退化过程时，考虑这种因检修等计划造成的明显的负荷变化，还需要新的分析方法。因此，本发明提出了一种企业变压器剩余有效寿命评估的方法。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出了一种企业变压器剩余有效寿命评估的方法、装置、设备和介质，能够解决由于样本数量少而导致的统计分析无法应用于企业级变压器剩余有效寿命评估的问题。
2、本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：
3、第一方面，本发明实施例提供的一种企业变压器剩余有效寿命评估的方法，包括如下步骤：
4、步骤s1，获取企业变压器运行一年的历史负载数据，并基于k均值聚类对历史负载数据进行分析处理分为case1、case2和case3三类，其中case1对应着企业变压器正常工作时的负载；case2对应着生产设备检修时企业变压器的负载；case3对应着备份企业变压器检修时企业变压器的负载；
5、步骤s2，依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法将企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据，所述企业变压器包括没有分接开关的企业变压器和有分接开关的企业变压器；
6、步骤s3，对于步骤s2得到的企业变压器绝缘寿命损失数据，进行基于伽马过程的参数拟合，得到相应的三个线性伽马过程x1′(t)、x2′(t)和x3′(t)的参数；
7、步骤s4，将case1、case2和case3三类企业变压器的绝缘寿命损失对应的三个线性伽马过程x1′(t)、x2′(t)和x3′(t)进行合并，并分析得到企业变压器寿命的分布，进而得到企业变压器剩余有效寿命的估计值。
8、作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s1包括如下步骤：
9、步骤s1.1，以年为数据采集单位，以小时为数据采集间隔，对企业变压器的电压、电流信号进行带时标的采样，并通过计算得到企业变压器在一年中每隔一小时的负载数据，总共获得24×365＝8760个负载数据点；
10、步骤s1.2，对步骤s1.1得到的负载数据进行基于k均值聚类分析，将其分为case1、case2和case3三类；
11、所述步骤s1.2包括如下步骤：
12、步骤s1.2.1，初始化3个簇中心点v1、v2和v3，其中，v1对应着case1类负载的中心点，取值为一年负载数据的均值；v2对应着case2类负载的中心点，取值为一年负载数据的均值乘以0.7；v3对应着case3类负载的中心点，取值为一年负载数据的均值乘以1.3；步骤s1.2.2，计算每一个负载点datai与3个簇中心点的距离di,j：
13、di,j＝|datai-vj| (1)
14、其中，i为[1,8760]中的任一整数，j为[1,3]中的任一整数；
15、根据datai对应的di,1、di,2和di,3这3个值的大小，将datai归类到di,j最小的那个簇中心对应的类别，即case1、case2和case3中符合条件的一个；
16、步骤s1.2.3，重新计算case1、case2和case3这3个类别的簇中心点，取该类所包含的所有数据点的均值；
17、步骤s1.2.4，重复步骤s1.2.2和s1.2.3，直至簇中心点的变化小于5％；
18、步骤s1.2.5，检查通过k均值聚类得到的case2和case3这2个负载类所包含的数据点的时标，将包含数据点最多的月份，确定为企业进行设备检修的月份；
19、步骤s1.2.6，将步骤s1.2.5确定的设备检修月份的企业变压器负载数据，按时间先后顺序，以10天为一个单位，分为3组，分别求每组的平均值，并将平均值最高的那一组对应的负载数据归类于case3类；该月剩下的负载数据，归类于case2类；其他月份的负载数据，归类于case1类。
20、作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤s2中，依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法，将没有分接开关的企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据的具体过程，包括如下步骤：
21、步骤s2.1.1，计算绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升δθto：
22、
23、其中，δθto,r表示的是额定负载下企业变压器内部的温度达到稳定时，绝缘油顶部的温度相对于环境温度的温升；k表示的是负载与额定负载的比值；r表示的是额定负载下的损耗与空载损耗之间的比值；n表征的是绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升，受负载的作用；
24、步骤s2.1.2，计算绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升δθh为：
25、δθh＝δθh,rk2m (3)
26、其中，δθh,r表示的是额定负载下，绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升；k表示的是负载与额定负载的比值；m表示的是绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升，受负载的作用；
27、步骤s2.1.3，计算企业变压器绕组最热点温度θh：
28、θh＝θa+δθto+δθh (4)
29、其中，θa表示环境温度(采用当地气象局公布的日平均温度)，δθto表示绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升，δθh表示绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升；
30、步骤s2.1.4，基于绕组最热点温度θh，通过ieee c57.91-2011标准提供的绝缘寿命损失折算方法，即，折算到绕组最热点温度为110℃下的绝缘寿命损失t：
31、
32、作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤s2中，依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法，将有分接开关的企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据的具体过程，包括如下步骤：
33、步骤s2.2.1，计算企业变压器在相应分接开关档位下，满负载运行，且内部温度达到稳定时，绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升δθ′to,r：
34、
35、其中，δθto,r为标称额定负载下企业变压器内部的温度达到稳定时，绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升；pt,r表示的是企业变压器在标称额定负载下的损耗；pt′,r表示的是企业变压器在相应分接档位对应的额定负载下的损耗；n表征的是绝缘油顶部温度，相对于环境温度的温升，受负载的作用；
36、步骤s2.2.2，计算企业变压器在相应分接开关档位下，满负载运行且内部温度达到稳定时，绕组最热点温度相对于绝缘油顶部油温的温升δθ′h,r：
37、
38、其中，δθh,r为标称额定负载下企业变压器内部的温度达到稳定时，绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升；ir表示的是企业变压器在标称额定负载下的额定电流；ir′表示的是企业变压器在相应分接档位对应的额定负载下的额定电流；m表示的是绕组最热点温度，相对于绝缘油顶部温度的温升，受负载的作用；
39、步骤s2.2.3，计算企业变压器在相应分接开关档位下，绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升δθ′to：
40、
41、其中，k′表示的是负载与标称额定负载之间的比值；r′表示的是企业变压器在标称额定负载下的损耗与相应分接档位下的空载损耗之间的比值；n表征的是绝缘油顶部温度，相对于环境温度的温升，受负载的作用；
42、步骤s2.2.4，计算企业变压器在相应分接开关档位下，绕组最热点温度相对于绝缘油顶部油温的温升δθ′h：
43、δθ′h＝δθ′h,rk′2m (9)
44、其中，k′表示的是负载与标称额定负载之间的比值，m表示的是绕组最热点温度，相对于绝缘油顶部温度的温升，受负载的作用；
45、步骤s2.2.5，计算企业变压器在相应分接开关档位下，绕组最热点温度θ′h：
46、θ′h＝θa+δθ′to+δθ′h (10)
47、其中，θa表示环境温度，δθ′to表示绝缘油顶部温度相对于环境温度的温升，δθ′h表示绕组最热点温度相对于绝缘油顶部温度的温升；
48、步骤s2.2.6，基于企业变压器在相应分接开关档位下，绕组最热点温度θ′h，通过ieee提供的绝缘寿命损失折算方法，即，折算到绕组最热点温度为110℃下的绝缘寿命损失t′：
49、
50、作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤s3中，case1、case2和case3三类企业变压器绝缘寿命损失数据，对应的线性伽马过程分别为x1(t)、x2(t)和x3(t)，其增量分别满足相应的伽马分布，即：
51、x1(τ1)-x1(t1)～ga(c1(τ1-t1),u1)(12)
52、x2(τ2)-x2(t2)～ga(c2(τ2-t2),u2)(13)
53、x3(τ3)-x3(t3)～ga(c3(τ3-t3),u3)(14)
54、其中，τk>tk≥0，k＝1,2,3，参数ck和反尺度参数uk均大于0，并且
55、
56、其中，i[0,∞)(x)为指示函数；γ(a)为伽马函数，表达式为
57、以年为单位，直接使用基于广义伽马分布的最大似然估计法对参数ck和反尺度参数uk进行参数拟合，得到经无偏修正之后参数的解析表达式。
58、作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s3包括如下步骤：
59、步骤s3.1，使用case1类的企业变压器寿命损失数据，对c1和u1进行估计：
60、
61、其中，n1为case1包含的企业变压器寿命损失数据的个数，为case1中第l1个企业变压器寿命损失数据；
62、步骤s3.2，使用case2类的企业变压器寿命损失数据，对c2和u2进行估计：
63、
64、其中，n2为case2包含的企业变压器寿命损失数据的个数，为case2中第l2个企业变压器寿命损失数据；
65、步骤s3.3，使用case3类的企业变压器寿命损失数据，对c3和u3进行估计：
66、
67、其中，n3为case3包含的企业变压器寿命损失数据的个数，为case3中第l3个企业变压器寿命损失数据；
68、步骤s3.4，对线性伽马过程x1(t)、x2(t)和x3(t)的反尺度参数进行平均处理，得到对应x1(t)、x2(t)和x3(t)三线性伽马过程的反尺度参数
69、
70、步骤s3.5，对于n年企业变压器绝缘寿命损失的伽马过程拟合：
71、拟合出n年中每一年的case1、case2和case3这3种工况对应的伽马过程的参数和反尺度参数
72、使用平均法，计算出n年中case1、case2和case3这3种工况对应的伽马过程的参数c′p和反尺度参数u′：
73、
74、其中，p＝1,2,3。
75、作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s4包括如下步骤：
76、步骤s4.1，合并三个线性伽马过程x1′(t)、x2′(t)和x3′(t)，得到综合描述企业变压器绝缘寿命损失的伽马过程x1′,2,3(t)；
77、步骤s4.2，根据得到综合描述企业变压器绝缘寿命损失的线性伽马过程x1′,2,3(t)，计算企业变压器寿命的分布：
78、
79、其中，l为企业变压器寿命，企业变压器绝缘寿命为180000小时，γ(a,x)为不完全伽马函数，表达式为x≥0,a>0；
80、由于的值通常比较大，式(27)的分布采用逆高斯分布作近似：
81、
82、根据式(28)所示的逆高斯分布得到企业变压器寿命l的估计值
83、
84、步骤s4.3，对企业变压器剩余有效寿命rul进行估计:
85、
86、其中，toperation为企业变压器从投入服役开始计算到当前时刻的运行时长。
87、作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s4.1包括如下步骤：
88、步骤s4.1.1，合并对应设备检修月份的case2和case3的伽马过程，得到综合描述设备检修月份企业变压器绝缘寿命损失的伽马过程x2′,3(t)：
89、
90、其中，
91、
92、由式(25)可知，
93、步骤s4.1.2，合并对应企业变压器正常运行状态的case1的伽马过程，和综合描述设备检修月份case2和case3中的企业变压器运行状态的伽马过程x2′,3(t)，得到综合描述全年企业变压器绝缘寿命损失的伽马过程x1′,2,3(t)：
94、x1′,2,3(12toperation2+ta′)-x1′,2,3(ta′)＝x1′(11toperation2+ta′)-x1′(ta′)+x2′,3(toperation2+tb′)-x2′,3(tb′) (26)其中，x1′(11toperation2+ta′)-x1′(ta′)～ga(11c1′toperation2,u′)，
95、x2′,3(toperation2+tb′)-x2′,3(tb′)～ga(c2′,3toperation2,u′)。
96、由式(26)可知，
97、第二方面，本发明实施例提供的一种企业变压器剩余有效寿命评估的装置，包括：
98、数据采集模块，用于获取企业变压器运行一年的历史负载数据，并基于k均值聚类对历史负载数据进行分析处理分为case1、case2和case3三类，其中case1对应着企业变压器正常工作时的负载；case2对应着生产设备检修时企业变压器的负载；case3对应着备份企业变压器检修时企业变压器的负载；
99、数据折算模块，用于依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法将企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据，所述企业变压器包括没有分接开关的企业变压器和有分接开关的企业变压器；
100、参数拟合模块，用于对于企业变压器绝缘寿命损失数据，进行基于伽马过程的参数拟合，得到相应三个线性伽马过程x1′(t)、x2′(t)和x3′(t)的参数；
101、伽马过程合并模块，用于将case1、case2和case3三类企业变压器的绝缘寿命损失对应的三个线性伽马过程x1′(t)、x2′(t)和x3′(t)进行合并，并分析得到企业变压器寿命的分布，进而得到企业变压器剩余有效寿命的估计值。
102、第三方面，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如上述任意企业变压器剩余有效寿命评估的方法的步骤。
103、第四方面，本发明实施例提供的一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意企业变压器剩余有效寿命评估的方法的步骤。
104、本发明实施例的技术方案所产生的有益效果如下：
105、本发明先通过k均值聚类分析方法，判别出企业进行设备检修的月份，进而将采集的企业变压器的负载数据，分为3类(即，正常工作状态，生产设备检修状态，和企业变压器检修状态)，再对这3类负载数据对应的企业变压器绝缘寿命损失分别进行基于伽马过程的拟合，如此，更加符合企业变压器的真实运行工况；在伽马过程拟合完成之后，基于企业负载的内在特征，对分别描述3类负载数据对应的企业变压器绝缘寿命损失的3种线性伽马过程进行合并处理，得到综合描述企业变压器绝缘寿命损失的伽马过程，使得在考虑企业真实负载特性的情况下，基于伽马过程对企业变压器剩余有效寿命的进行分析，进而估计变压器的剩余有效寿命。本发明不依赖统计分析就能评估企业变压器剩余有效寿命，更契合企业级变压器的真实工况，进而提升了评估结果的准确性。
106、本发明通过结合历史负载数据的聚类分析、ieee c57.91-2011标准的应用以及基于伽马过程的参数拟合，能够更准确地评估企业变压器的绝缘寿命，并且可以实时监测和预测其绝缘状况，为企业节约能源、降低运行成本提供了有效的手段。
107、本发明不仅解决了由于样本数量少而导致的统计分析无法应用于企业级变压器剩余有效寿命评估的问题，而且为不依赖统计分析的变压器剩余有效寿命评估提供了一个切实可行的技术方案，更契合企业级变压器的真实工况，进而提升了评估结果的准确性。
1.一种企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，所述步骤s1包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，在步骤s2中，依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法将没有分接开关的企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据的具体过程，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，在步骤s2中，依据ieee c57.91-2011标准，采用稳态热模型和绝缘寿命损失折算方法将有分接开关的企业变压器的负载数据折算为绝缘寿命损失数据的具体过程，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，在步骤s3中，case1、case2和case3三类企业变压器绝缘寿命损失数据，对应的线性伽马过程分别为x1(t)、x2(t)和x3(t)，其增量分别满足相应的伽马分布，即：
6.根据权利要求5所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，所述步骤s3包括如下步骤：
7.根据权利要求1-6任意一项所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法，其特征在于，所述步骤s4包括如下步骤：
8.一种企业变压器剩余有效寿命评估的装置，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1-7任一所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一所述的企业变压器剩余有效寿命评估的方法的步骤。
