CN117833480A - 一种具有在线监测功能的智能型开关柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气领域，具体公开了一种具有在线监测功能的智能型开关柜，包括模式切换模块、操作界面模块、权限认证模块、数据监测模块、信道估计模块、智能预测模块、预警处理模块；本发明提出的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，通过开关切换工作模式，在后台直接对开关柜进行操作，通过工作参数的监测和收集，进行工作状况预测，提高智能型开关柜的工作稳定性。

Description

一种具有在线监测功能的智能型开关柜

技术领域

本发明涉及电气领域，特别是涉及一种具有在线监测功能的智能型开关柜。

背景技术

在现代电气系统中，开关柜是电力设备的关键组成部分，用于控制和保护电路。传统的开关柜通常仅提供基本的开关和保护功能，难以实现对电力系统的全面监测和智能化管理。一些开关柜系统已经引入了监测装置，但这些装置往往仅限于单一功能，缺乏全面的智能监测和预测能力。同时，现有的智能型开关柜系统在网络性能上以及故障预警处理方面存在一些不足，导致电力系统管理效率低下，维护困难，因此，迫切需要一种具有在线监测功能的智能型开关柜，以提高电力系统的安全性、可靠性和智能化水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有在线监测功能的智能型开关柜，旨在解决上述背景中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种具有在线监测功能的智能型开关柜，包括模式切换模块、操作界面模块、权限认证模块、数据监测模块、信道估计模块、智能预测模块、预警处理模块； 模式切换模块通过旋钮开关，切换近地和远方操作模式；操作界面模块用于为工作人员提供操作界面；权限认证模块在用户通过后台操作智能型开关柜时，弹出权限认证窗口，认证通过之后执行操作；数据监测模块用于监测和收集工作数据；信道估计模块用于通过信道估计算法估计信道；智能预测模块通过建立工作参数预测模型，对智能型开关柜的工作参数进行预测；预警处理模块根据智能预测模块预测的工作参数，进行故障预测警报和处理。

进一步的，所述切换近地和远方操作模式具体为：开关拨到远方，在后台对智能型开关柜进行操作，开关拨到近地，在智能型开关柜柜面进行操作。

进一步的，所述操作界面模块包括安装于智能型开关柜上的显示屏，所述显示屏用于对智能型开关柜状态进行显示和进行简易操作，还包括后台计算机显示界面，所述后台计算机显示界面用于对电路进行显示，在后台计算机显示屏上点击电路中的各个部件对智能型开关柜中对应的部件进行操作。

进一步的，所述权限认证模块的认证具体为：点击操作后弹出认证窗口，输入用户名和密码进行认证，认证过后，智能型开关柜才执行操作。

进一步的，所述数据监测模块包括安装于智能型开关柜中的传感器，所述传感器用于对智能型开关柜的工作状况进行监测，收集工作数据，并将收集的工作数据传输至后台计算机，所述工作数据包括温度和运行参数。

进一步的，所述信道估计模块通过信道估计算法进行信道估计。

进一步的，所述信道估计算法，详细过程如下：

在传输过程中，定义k时刻数据符号向量，表示为，其中分别表示数据符 号向量第1个、第2个、第i个、第n个值，定义调解值向量，表示为，其中分别表示调解值 向量第1个、第2个、第i个、第n个值，传输过程中有噪声，定义噪声向量，表示为，其中分别表示为噪声 向量第1个、第2个、第i个、第n个噪声值，基于信道估计结果，对数据符号进行解调均衡操 作，得到数据符号和信道估计的关系，找到使关系式最小的信道估计值作为k时刻信道估计 值，关系式如下：

，

其中，表示k时刻的信道估计值，表示k时刻第i个数值对应的信道估计 值，表示2范数，对导频子载波来说，此时为已知量，实际环境造成误差影响通信质 量，避免信道衰弱导致解调错误进而对信道估计的影响，减弱实际环境噪声对通信的影响， 基于信道频域和时域进行平均操作，对频域的平均操作如下：

，

其中，表示k时刻的信道估计值，表示信道权重，表示k-i时刻信道估 计值，表示k-i时刻信道值，n表示频域下参与平均的子载波数量，频域平均完成，对 时域进行平均操作，进行信道值的更新，更新公式如下：

，

其中表示更新参数，表示k-1时刻的信道估计值，根据历史信道估计值 进行后续数据符号的更新和调解。本发明提出的信道估计算法，基于历史信道结果对数据 符号进行解调均衡，对信道基于频域和时域进行平均操作，提高了系统网络性能，降低丢包 率，减少数据传输过程中的噪声数据，提高了数据传输质量。

进一步的，所述智能预测模块，基于人工智能算法，提出工作参数预测模型，通过数据监测模块采集的智能型开关柜的工作数据组成的训练集进行模型训练，对智能化开关柜工作参数进行实时监测。

进一步的，所述工作参数预测模型，详细过程如下：

基于改进的决策树算法，构建弱回归树，对弱回归树进行组合，对于每个弱回归树 的输出值，定义弱回归树输出向量，表示为，其中分别表示为第1个弱回归树、第2个弱回归树、第i个弱回归树、第m个弱回 归树的输出值，将所有弱回归树输出值进行累加，公式如下：

，

其中表示k阶段的累积和，分别表示第1个弱回归树、第2个弱回 归树、第m个弱回归树的有效率，以负梯度方向进行搜索，弱回归树组成叶节点区域， 构建损失函数如下：

，

其中，y表示输入数据，表示预测数据，c为设定的常数，表示损失函数，对 模型进行更新，将预测模型中的参数进行优化，对于预测数据，在下一时刻收集到对应 的真实数据，基于真实数据和预测数据之间的误差，对弱回归树的有效率进行更新，公 式如下：

，

其中，表示更新后的弱回归数有效率，表示更新效率，表示示性函数， 在范围内取1,否则取0，表示设置的偏移度。本发明提出的工作参数预测模型，基于改进 的决策树算法，构建弱回归树，对弱回归树进行组合，构建宽容条件下的损失函数，以负梯 度方向进行搜索，通过人工智能算法，基于预测误差对弱回归树的有效率进行优化，提高工 作参数预测模型的预测效果。

进一步的，所述预警处理模块的故障预测警报和处理具体如下：对于预测的数据超过安全范围的，智能型开关柜在后台发出预警，通知警示工作人员进行查看，当工作数据超过设定的临界值时，智能型开关柜自动进行预设操作。

本发明提出一种具有在线监测功能的智能型开关柜，包括模式切换模块、操作界面模块、权限认证模块、数据监测模块、信道估计模块、智能预测模块、预警处理模块；模式切换模块通过旋钮开关，切换近地和远方操作模式，近地操作模型直接在智能型开关柜上进行操作，远方模式通过后台计算机，远程对智能型开关柜进行操作；操作界面模块提供工作人员智能型开关柜操作界面，用户在操作界面对智能型开关柜进行操作；权限认证模块在用户通过后台操作智能型开关柜时，弹出权限认证窗口，认证通过之后智能型开关柜执行操作；数据监测模块在智能型开关柜中安装传感器，对智能型开关柜的工作进行监测，并且收集工作数据；信道估计模块提出信道估计算法，基于历史信道结果对数据符号进行解调均衡，得到数据符号和信道估计的关系，再将信道基于频域和时域进行平均操作，避免信道衰弱导致解调错误进而对信道估计的影响，提高网络系统性能；智能预测模块提出工作参数预测模型，对智能型开关柜的工作数据进行预测，基于改进的决策树算法，构建弱回归树，对弱回归树进行组合，构建宽容条件下的损失函数，以负梯度方向进行搜索，通过人工智能算法，基于预测误差对弱回归树的有效率进行优化，得到较好的参数预测效果；预警处理模块根据智能预测模块预测的工作数据，进行故障预测警报和处理。本发明提出的在线监测功能的智能型开关柜，能够实时监测关键数据，包括电流、电压、温度等参数。这有助于及时发现潜在问题，提高电力系统的故障检测和排除能力；开关柜能够基于历史和实时数据进行智能预测，提前识别潜在的故障或异常情况。通过预警处理模块，系统能够采取相应措施，降低电力系统发生严重故障的风险，提高系统的稳定性和可靠性。本发明提出的智能型开关柜为电力系统提供了一种先进的、全面的解决方案，使电力设备更加安全、可靠、智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明信道估计流程图。

具体实施方式

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、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种具有在线监测功能的智能型开关柜，包括模式切换模块、操作界面模块、权限认证模块、数据监测模块、信道估计模块、智能预测模块、预警处理模块； 模式切换模块通过旋钮开关，切换近地和远方操作模式；操作界面模块用于为工作人员提供操作界面；权限认证模块在用户通过后台操作智能型开关柜时，弹出权限认证窗口，认证通过之后执行操作；数据监测模块用于监测和收集工作数据；信道估计模块用于通过信道估计算法估计信道；智能预测模块通过建立工作参数预测模型，对智能型开关柜的工作参数进行预测；预警处理模块根据智能预测模块预测的工作参数，进行故障预测警报和处理。

具体的，所述切换近地和远方操作模式具体为：开关拨到远方，在后台对智能型开关柜进行操作，开关拨到近地，在智能型开关柜柜面进行操作。

具体的，所述操作界面模块包括安装于智能型开关柜上的显示屏，所述显示屏用于对智能型开关柜状态进行显示和进行简易操作，还包括后台计算机显示界面，所述后台计算机显示界面用于对电路进行显示，在后台计算机显示屏上点击电路中的各个部件对智能型开关柜中对应的部件进行操作。

具体的，所述权限认证模块的认证具体为：点击操作后弹出认证窗口，输入用户名和密码进行认证。

具体的，所述数据监测模块包括安装于智能型开关柜中的传感器，所述传感器用于对智能型开关柜的工作状况进行监测，收集工作数据，并将收集的工作数据传输至后台计算机。

具体的，所述信道估计模块通过信道估计算法进行信道估计。

具体的，所述信道估计算法，详细过程如下：

在传输过程中，定义k时刻数据符号向量，表示为，其中分别表示数据符 号向量第1个、第2个、第i个、第n个值，定义调解值向量，表示为，其中分别表示调解值 向量第1个、第2个、第i个、第n个值，传输过程中有噪声，定义噪声向量，表示为，其中分别表示为噪声 向量第1个、第2个、第i个、第n个噪声值，基于信道估计结果，对数据符号进行解调均衡操 作，得到数据符号和信道估计的关系，找到使关系式最小的信道估计值作为k时刻信道估计 值，关系式如下：

，

其中，表示k时刻的信道估计值，表示k时刻第i个数值对应的信道估计 值，表示2范数，对导频子载波来说，此时为已知量，实际环境造成误差影响通信质 量，避免信道衰弱导致解调错误进而对信道估计的影响，减弱实际环境噪声对通信的影响， 基于信道频域和时域进行平均操作，对频域的平均操作如下：

，

其中，表示k时刻的信道估计值，表示信道权重，表示k-i时刻信道估 计值，表示k-i时刻信道值，n表示频域下参与平均的子载波数量，频域平均完成，对 时域进行平均操作，进行信道值的更新，更新公式如下：

，

其中，表示更新参数，表示k-1时刻的信道估计值，根据历史信道估计值 进行后续数据符号的更新和调解。本发明提出的信道估计算法，基于历史信道结果对数据 符号进行解调均衡，对信道基于频域和时域进行平均操作，提高了系统网络性能，降低丢包 率，减少数据传输过程中的噪声数据，提高了数据传输质量。

具体的，所述智能预测模块，基于人工智能算法，提出工作参数预测模型，通过数据监测模块采集的智能型开关柜的工作数据组成的训练集进行模型训练，对智能化开关柜工作参数进行实时监测。

具体的，所述工作参数预测模型，详细过程如下：

基于改进的决策树算法，构建弱回归树，对弱回归树进行组合，对于每个弱回归树 的输出值，定义弱回归树输出向量，表示为，其中分别表示为第1个弱回归树、第2个弱回归树、第i个弱回归树、第m个弱回 归树的输出值，将所有弱回归树输出值进行累加，公式如下：

，

其中表示k阶段的累积和，分别表示第1个弱回归树、第2个弱回 归树、第m个弱回归树的有效率，以负梯度方向进行搜索，弱回归树组成叶节点区域， 构建损失函数如下：

，

其中y表示输入数据，表示预测数据，c为设定的常数，表示损失函数，对 模型进行更新，将预测模型中的参数进行优化，对于预测数据，在下一时刻收集到对应 的真实数据，基于真实数据与预测数据之间的误差，对弱回归树的有效率进行更新，公 式如下：

，

表示更新后的弱回归数有效率，表示更新效率，表示示性函数，在范围 内取1,否则取0，表示设置的偏移度。本发明提出的工作参数预测模型，基于改进的决策 树算法，构建弱回归树，对弱回归树进行组合，构建宽容条件下的损失函数，以负梯度方向 进行搜索，通过人工智能算法，基于预测误差对弱回归树的有效率进行优化，提高工作参数 预测模型的预测效果。

具体的，所述预警处理模块的故障预测警报和处理具体如下：对于预测的数据超过安全范围的，智能型开关柜在后台发出预警，通知警示工作人员进行查看，当工作数据超过设定的临界值时，智能型开关柜自动进行预设操作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，包括模式切换模块、操作界面模块、权限认证模块、数据监测模块、信道估计模块、智能预测模块、预警处理模块；模式切换模块通过旋钮开关，切换近地和远方操作模式；操作界面模块用于为工作人员提供操作界面；权限认证模块在用户通过后台操作智能型开关柜时，弹出权限认证窗口，认证通过之后执行操作；数据监测模块用于监测和收集工作数据；信道估计模块用于通过信道估计算法估计信道；智能预测模块通过建立工作参数预测模型，对智能型开关柜的工作参数进行预测；预警处理模块根据智能预测模块预测的工作参数，进行故障预测警报和处理。

2.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述切换近地和远方操作模式具体为：开关拨到远方，在后台对智能型开关柜进行操作，开关拨到近地，在智能型开关柜柜面进行操作。

3.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述操作界面模块包括安装于智能型开关柜上的显示屏，所述显示屏用于对智能型开关柜状态进行显示和进行简易操作，还包括后台计算机显示界面，所述后台计算机显示界面用于对电路进行显示，在后台计算机显示屏上点击电路中的各个部件对智能型开关柜中对应的部件进行操作。

4.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述权限认证模块的认证具体为：点击操作后弹出认证窗口，输入用户名和密码进行认证。

5.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述数据监测模块包括安装于智能型开关柜中的传感器，所述传感器用于对智能型开关柜的工作状况进行监测，收集工作数据，并将收集的工作数据传输至后台计算机。

6.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述信道估计模块通过信道估计算法进行信道估计。

7.根据权利要求6所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述信道估计算法，详细过程如下：

基于信道估计结果，对数据符号进行解调均衡操作，得到数据符号和信道估计的关系，对数据符号进行解调均衡操作，找到使关系式最小的信道估计值作为k时刻信道估计值，关系式如下：

，

其中，表示k时刻的信道估计值，/>表示数据符号向量/>第i个值，/>表示k时刻第i个数值对应的信道估计值，/>表示调解值向量/>第i个值，/>表示2范数，对信道频域和时域进行平均操作，对频域的平均操作如下：

，

其中，表示信道权重，/>表示k-i时刻信道估计值，/>表示k-i时刻信道值，n表示频域下参与平均的子载波数量，频域平均完成，对时域进行平均操作，进行信道值的更新，更新公式如下：

，

其中，表示更新参数，/>表示k-1时刻的信道估计值，根据历史时刻的信道估计值进行后续数据符号的更新和调解。

8.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述智能预测模块基于人工智能算法提出工作参数预测模型，通过数据监测模块采集的智能型开关柜的工作数据组成的训练集进行模型训练，对智能化开关柜工作参数进行实时监测。

9.根据权利要求8所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述工作参数预测模型，详细过程如下：

基于改进的决策树算法，对弱回归树进行组合，对于每个弱回归树的输出值，定义弱回归树输出向量，将所有弱回归树输出值进行累加，公式如下：

，

其中分别表示为第1个弱回归树、第2个弱回归树、第i个弱回归树、第m个弱回归树的输出值，其中/>表示k阶段的累积和，/>分别表示第1个弱回归树、第2个弱回归树、第m个弱回归树的有效率，以负梯度方向进行搜索，弱回归树组成叶节点区域/>，构建损失函数如下：

，

其中y表示输入数据，表示预测数据，c为设定的常数，/>表示损失函数，对模型进行更新，对于预测数据/>，在下一时刻收集到对应的真实数据/>，基于真实数据和预测数据之间的误差，对弱回归树的有效率进行更新，公式如下：

，

表示更新后的弱回归数有效率，/>表示更新效率，/>表示示性函数，在范围内取1,否则取0，/>表示设置的偏移度。

10.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的智能型开关柜，其特征在于，所述预警处理模块的故障预测警报和处理具体如下：对于预测的数据超过安全范围的，智能型开关柜在后台发出预警，通知警示工作人员进行查看，当工作数据超过设定的临界值时，智能型开关柜自动进行预设操作。