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DE102024101854A1 - Method for continuously providing measurement data of a measured variable of a power transformer - Google Patents

Method for continuously providing measurement data of a measured variable of a power transformer

Info

Publication number
DE102024101854A1
DE102024101854A1 DE102024101854.2A DE102024101854A DE102024101854A1 DE 102024101854 A1 DE102024101854 A1 DE 102024101854A1 DE 102024101854 A DE102024101854 A DE 102024101854A DE 102024101854 A1 DE102024101854 A1 DE 102024101854A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measurement data
model
data
real
measured variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024101854.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Alexander Alber
Andreas Dreger
Andreas Kurz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority to DE102024101854.2A priority Critical patent/DE102024101854A1/en
Priority to PCT/EP2024/085024 priority patent/WO2025157475A1/en
Publication of DE102024101854A1 publication Critical patent/DE102024101854A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/62Testing of transformers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Verfahren (100) und System (41) zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten (34,40) in Bezug auf eine Messgröße eines Leistungstransformators (10). Eine höhere Genauigkeit von ersatzweise berechneten Modellmessdaten (40) eines Sensors (11,38) parallel zu korrespondierenden Realmessdaten (34) eines Sensors (11) wird durch ein optimiertes Auswählen (140) eines Präferenzdatenmodells (54) aus einer Vielzahl von potenziell geeigneten Datenmodellen (50) im Zusammenspiel mit einer automatischen Zustandsüberwachung eines Sensorsignals (34) erreicht. Im Falle eines fehlerhaften oder ausgefallenen physischen Sensors (11) können auf diese Weise übergeordneten Transformatorsteuersystemen (42) genauere und verlässlichere Modellmesswerte (40) des Leistungstransformators (10) zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig können auf diese Weise eine Anzahl notwendiger physischer Sensoren (11) am Leistungstransformator (10) und damit Kosten und Komplexität verringert werden. Weiterhin wird mit der vorgestellten Lösung eine Implementierung weiterer virtueller Sensoren (38) und zusätzlicher Messgrößen ohne zusätzliche physische Sensorhardware ermöglicht. Method (100) and system (41) for the continuous provision of measurement data (34, 40) relating to a measured variable of a power transformer (10). A higher accuracy of substitute calculated model measurement data (40) of a sensor (11, 38) in parallel with corresponding real measurement data (34) of a sensor (11) is achieved by an optimized selection (140) of a preference data model (54) from a plurality of potentially suitable data models (50) in conjunction with automatic condition monitoring of a sensor signal (34). In the event of a faulty or failed physical sensor (11), higher-level transformer control systems (42) can thus be provided with more precise and reliable model measurement values (40) of the power transformer (10). At the same time, the number of necessary physical sensors (11) on the power transformer (10) and thus costs and complexity can be reduced. Furthermore, the presented solution enables the implementation of additional virtual sensors (38) and additional measured variables without additional physical sensor hardware.

Description

Die Erfindung betrifft Leistungstransformatoren für Energienetze und deren Überwachung und Betrieb. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren sowie System zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten in Bezug auf eine Messgröße eines Leistungstransformators.The invention relates to power transformers for energy networks and their monitoring and operation. In particular, the invention relates to a method and system for continuously providing measurement data relating to a measured variable of a power transformer.

Zukünftige Energienetze müssen aufgrund der sich ändernden Topologien und steigenden Komplexität zuverlässig kontrollierbar und steuerbar sein. Beispielsweise sollten diese Betriebsmittel in der Lage sein, kurzzeitige Spitzenlasten zu tolerieren. Gleichzeitig müssen die Betriebsmittel in einem sicheren und kosteneffizienten Modus betrieben werden. Hierbei kann es eine Option sein, Leistungstransformatoren zeitlich begrenzt in einer Überlastsituation zu betreiben. Allerdings werden dazu verlässliche Daten benötigt, die die Auswirkungen solcher temporären Überlastsituationen in Bezug auf die verbleibende Lebensdauer des Transformators, in Bezug auf dessen Sicherheit und bezüglich sonstiger Eigenschaften genauer ermitteln kann. Unter diesen derart kontrollierten Rahmenbedingungen könnten Überlastsituationen wirtschaftlich und technisch sicher temporär ermöglicht werden.Due to changing topologies and increasing complexity, future energy grids must be reliably controllable and manageable. For example, these assets should be able to tolerate short-term peak loads. At the same time, the assets must be operated in a safe and cost-effective mode. One option here may be to operate power transformers in an overload situation for a limited period of time. However, this requires reliable data that can more accurately determine the effects of such temporary overload situations on the remaining service life of the transformer, its safety, and other properties. Under such controlled conditions, overload situations could be temporarily enabled in an economically and technically safe manner.

Ein übergeordnetes Steuersystem kann hierbei bestimmte Messgrößen eines Transformators überwachen, um dessen Funktion, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit zu optimieren. US2017011612A1 beschreibt beispielsweise ein System zur Überwachung und Steuerung von Transformatorbetriebsparametern sowie zur Berechnung der Lebensdauer samt Fehlerdiagnose. Für ein solches Steuersystem oder Monitoringsystem sind Messdaten verschiedenster Messgrößen als Eingangsgrößen notwendig. Beispiele hierfür sind physikalische Größen wie Temperaturen an verschiedenen Stellen des Transformators sowie Umgebungstemperaturen, Öltemperatur, Gaszusammensetzung, Polymerisationsgrad von Isolationsmaterialien, elektrische Last, Feldstärken sowie weitere elektrische Größen.A higher-level control system can monitor certain measured variables of a transformer in order to optimize its function, safety and economic efficiency. US2017011612A1 For example, it describes a system for monitoring and controlling transformer operating parameters and calculating service life, including fault diagnosis. Such a control or monitoring system requires measurement data from a wide variety of measured variables as input variables. Examples include physical variables such as temperatures at various points within the transformer, as well as ambient temperatures, oil temperature, gas composition, degree of polymerization of insulation materials, electrical load, field strengths, and other electrical variables.

Diese Messgrößen werden überwiegend mithilfe von Sensoren erfasst, die an geeigneten Stellen des Leistungstransformators oder in dessen Umgebung angeordnet sind. Um eine stabile Funktion des Steuer- und Überwachungssystems sicherzustellen, ist eine kontinuierliche Verfügbarkeit von Messdaten notwendig. Gleichzeitig sind Ausfälle oder Messfehler von Sensoren, beispielsweise aufgrund von Alterung oder Umwelteinflüssen, nicht selten. Wünschenswert wären also eine höhere Robustheit und geringere Fehleranfälligkeit für den Fall, dass Sensoren ausfallen oder fehlerhafte Messdaten liefern.These measured variables are predominantly recorded using sensors located at suitable locations on the power transformer or in its surroundings. To ensure stable operation of the control and monitoring system, continuous availability of measurement data is necessary. At the same time, sensor failures or measurement errors, for example, due to aging or environmental influences, are not uncommon. Therefore, greater robustness and lower susceptibility to errors would be desirable in the event that sensors fail or provide incorrect measurement data.

Weiterhin können zusätzliche Messgrößen über die sensorisch gemessenen Messdaten hinaus zusätzliche Informationen zum Zustand eines Transformators geben. Allerdings steigen Komplexität und Kosten durch zusätzliche Hardware-Sensorik am Transformator. Demnach ist es ebenfalls wünschenswert, Informationen mit hoher Aussagekraft aus einer möglichst geringen Anzahl von Sensoren am Transformator zu gewinnen. Zusammenfassend sollten also Messdaten für ein übergeordnetes Steuersystem zuverlässig auch in Ausfall- oder Fehlersituationen zur Verfügung gestellt werden können. Zwar sind Verfahren zur mathematischen Simulation von Sensoren bekannt, allerdings ist eine Genauigkeit der simulierten und berechneten Ersatzmesswerte häufig nicht ausreichend.Furthermore, additional measured variables can provide additional information about the condition of a transformer beyond the sensor-measured data. However, additional hardware sensors on the transformer increase complexity and costs. Therefore, it is also desirable to obtain highly meaningful information from the smallest possible number of sensors on the transformer. In summary, it should be possible to reliably provide measurement data to a higher-level control system even in failure or fault situations. Although methods for mathematically simulating sensors are known, the accuracy of the simulated and calculated substitute measured values is often insufficient.

Ausführungsformen der Erfindung können Messdaten zu bestimmten Messgrößen deutlich verlässlicher und kontinuierlich auch in Fehlersituationen oder Ausfallsituationen von Sensoren bereitstellen. Gleichzeitig soll eine Genauigkeit der ersatzweise über Simulationsmodelle generierten Messdaten gegenüber den bekannten Lösungen erhöht werden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Embodiments of the invention can provide measurement data for specific measured variables significantly more reliably and continuously, even in error situations or sensor failure situations. At the same time, the accuracy of the measurement data generated alternatively via simulation models is to be increased compared to known solutions. This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments of the invention emerge from the dependent claims and the following description.

Der im Folgenden beschriebenen Erfindung liegen die folgenden Lösungsgedanken zugrunde: Zunächst kann ein erster grundlegender Lösungsansatz darin gesehen werden, dass bei einem Ausfall eines Sensors stellvertretend ein mathematisches Modell oder digitaler Zwilling des Sensors ersatzweise einen Messwert bereitstellt. Allerdings existiert eine Vielzahl verschiedener potenziell geeigneter Datenmodelle mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften und Parametern.The invention described below is based on the following solution concepts: A first fundamental approach to the solution is to use a mathematical model or digital twin of the sensor to provide a substitute measured value in the event of a sensor failure. However, a multitude of different potentially suitable data models with very different properties and parameters exist.

Es wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten in Bezug auf eine Messgröße eines Leistungstransformators vorgeschlagen. Unter einer Messgröße sollen hier verschiedene technisch denkbare physikalische, chemische, elektrische, mechanische Messgrößen verstanden werden, die sich zur Beschreibung eines Zustandes, eines Betriebes Eigenschaften eines Leistungstransformators eignen. Beispiele hierfür sind Temperatur, chemische Zusammensetzung und andere chemische Eigenschaften wie Polymerisationsgrad, elektrische Messgrößen wie Leistung, Ströme, Spannungen, digitale Größen, Feldstärken, Strahlungswerte, Vibrationen oder Schwingungen. Unter den Messdaten können konkrete quantitative Ausprägungen, also Messwerte in digitaler oder analoger Form in Bezug auf diese Messgröße verstanden werden. Diese müssen nicht notwendigerweise als Daten oder Datensätze in digitaler Form vorliegen, sondern können auch in Form analoger Signale oder Aufzeichnungen vorliegen.A method is proposed for the continuous provision of measurement data relating to a measurand of a power transformer. A measurand here is understood to mean various technically conceivable physical, chemical, electrical, or mechanical measurands that are suitable for describing a state, an operating characteristic of a power transformer. Examples of this are temperature, chemical composition and other chemical properties such as degree of polymerization, electrical measurands such as power, currents, voltages, digital quantities, field strengths, radiation values, vibrations, or oscillations. The measurement data can be understood to mean concrete quantitative characteristics, i.e. measured values in digital or analog form relating to this measurand. These do not necessarily have to be in digital form as data or data sets, but can also be in the form of analog signals or recordings.

Durch eine Steuereinheit des Leistungstransformators, die beispielsweise zur Überwachung und zum Monitoring, aber auch zum Parametrisieren, Optimieren und Konfigurieren eines Leistungstransformators konfiguriert sein kann, erfolgt ein Anfordern von Messdaten einer Messgröße durch eine Steuereinheit des Leistungstransformators. Anders ausgedrückt benötigt die Steuereinheit konkrete Messdaten einer Messgröße, um den Transformator wirksam zu überwachen, zu steuern, Fehlerzustände zu erkennen oder Handlungsvorschläge zu generieren. In einer Modelldatenbank werden eine Vielzahl von Datenmodellen bereitgestellt. Diese Datenmodelle sind geeignet, Modellmessdaten einer Messgröße in Abhängigkeit von Referenzmessdaten von Referenzmessgrößen zu berechnen.A control unit of the power transformer, which can be configured for monitoring, parameterization, optimization, and configuration of a power transformer, requests measurement data for a measured variable. In other words, the control unit requires specific measurement data for a measured variable in order to effectively monitor and control the transformer, detect fault conditions, or generate suggested actions. A model database provides a variety of data models. These data models are suitable for calculating model measurement data for a measured variable based on reference measurement data for reference measured variables.

Dies bedeutet, dass diese Datenmodelle in der Lage sind, aus anderen Messgrößen oder sonstigen Eingangsdaten ersatzweise Modellmessdaten zu errechnen. In diesem Datenmodellen sind also die kausalen, funktionalen bzw. statistischen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Eingangsgrößen hinterlegt, die Einfluss auf die Messgröße haben. Diese Einflussgrößen und Abhängigkeiten sind in der Regel komplex. Die Datenmodelle sind durch ihre grundsätzliche Struktur definiert und weisen zusätzlich Parameter auf, durch die ein Modell auf die jeweiligen Bedürfnisse und Genauigkeiten angepasst werden kann. Gemäß einem Beispiel sind die Referenzmessdaten am betroffenen Leistungstransformator generiert. Gemäß einem weiteren Beispiel sind die Referenzmessdaten an einem zweiten Leistungstransformator, beispielsweise als Teil einer Transformatorenflotte, generiert worden.This means that these data models are capable of calculating substitute model measurement data from other measured variables or other input data. These data models therefore contain the causal, functional, or statistical relationships between various input variables that influence the measured variable. These influencing variables and dependencies are generally complex. The data models are defined by their basic structure and have additional parameters that can be used to adapt a model to specific needs and levels of accuracy. In one example, the reference measurement data was generated at the power transformer in question. In another example, the reference measurement data was generated at a second power transformer, for example, as part of a transformer fleet.

Anders ausgedrückt können in den Datenmodellen nicht nur Daten desselben Leistungstransformators verwendet werden, sondern auch Messdaten von idealerweise ähnlichen oder gleichen Leistungstransformatoren. So können effektiv Daten von einem Betriebsmittel einer Flotte von Transformatoren in Modellen anderer Transformatoren verwendet werden, ohne dass zusätzlicher Aufwand zur Datenerhebung notwendig ist. Referenzmessdaten können, gemäß einem Beispiel, Modellmessdaten sein und mithilfe eines Datenmodells bzw. einer Simulation berechnet worden sein. Gemäß einem weiteren Beispiel sind die Referenzmessdaten sensorisch erfasste Messdaten.In other words, the data models can use not only data from the same power transformer, but also measurement data from ideally similar or identical power transformers. This effectively allows data from one asset in a fleet of transformers to be used in models of other transformers without requiring additional data collection effort. According to one example, reference measurement data can be model measurement data calculated using a data model or simulation. According to another example, the reference measurement data is sensor-recorded measurement data.

Die Datenmodelle sind ausgeführt, die wechselseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Einflussgrößen untereinander und in Bezug auf das Ergebnis und die Art und Weise der Berechnung der Modellmessdaten zu hinterlegen. Da sich die Datenmodelle in ihrer Struktur und in ihren Eigenschaften unterscheiden, ist es wichtig, ein präferiertes oder ein bestes Datenmodell für den jeweiligen Anwendungsfall auszuwählen. Daher erfolgt in einem nächsten Schritt ein Auswählen eines Präferenzmodells aus der Vielzahl der bereitgestellten Datenmodelle durch eine Simulationseinheit. Eine Simulationseinheit kann beispielsweise eine Recheneinheit sein, die konfiguriert ist, einen digitalen Zwilling eines Sensors oder ein mathematisches Abbild eines Sensors und seines physikalischen Verhaltens zu erzeugen und zu speichern.The data models are designed to store the interdependencies of the individual influencing variables among themselves and with regard to the result and method of calculating the model measurement data. Since the data models differ in their structure and properties, it is important to select a preferred or best data model for the respective application. Therefore, the next step involves selecting a preferred model from the multitude of provided data models using a simulation unit. A simulation unit can, for example, be a computing unit configured to generate and store a digital twin of a sensor or a mathematical representation of a sensor and its physical behavior.

Die Auswahl des Präferenzmodells basiert auf einer geringstmöglichen Abweichung der berechneten Modellmessdaten des Präferenzmodells von den zugehörigen Realmessdaten dieser Messgröße. Unter Realmessdaten sind beispielsweise sensorisch am betreffenden Leistungstransformatoren erfasste oder von ähnlichen Transformatoren der Flotte erzeugte Messdaten bezogen auf einen bestimmten Zeitpunkt oder Zeitraum zu verstehen. Die für das Training herangezogenen Realmessdaten sind vorzugsweise signaltechnisch saubere, korrekte bzw. verwertbare Signale, um optimale Trainingsergebnisse zu erzielen. In einem weiteren Beispiel können Realmessdaten historische Realmessdaten vom selben oder anderen Leistungstransformatoren sein. Beispielhaft kann der Auswahlschritt ein Vergleich zwischen realen, tatsächlichen Echtzeit-Messdaten eines funktionsfähigen Sensors und parallel dazu Modellmessdaten aus einem Datenmodell sein.The selection of the preference model is based on the smallest possible deviation of the calculated model measurement data of the preference model from the corresponding real measurement data of this measured variable. Real measurement data can be understood, for example, as measurement data recorded by sensors on the power transformer in question or generated by similar transformers in the fleet related to a specific point in time or period. The real measurement data used for training are preferably clean, correct, or usable signals in terms of signal technology in order to achieve optimal training results. In another example, real measurement data can be historical real measurement data from the same or other power transformers. For example, the selection step can be a comparison between real, actual real-time measurement data from a functioning sensor and, in parallel, model measurement data from a data model.

Die Simulationseinheit vergleicht im Zuge des Auswahlprozesses die berechneten Modellmessdaten mit den tatsächlichen realen Sensormesswerten, also den Realmessdaten dieser Messgröße. Es wird darauf basierend das Modell aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Datenmodelle ausgewählt, bei dem eine Abweichung zwischen den jeweils korrespondierenden Realmessdaten und Modellmessdaten am geringsten ist. Anders ausgedrückt ist der Modellfehler beim Präferenzmodell am geringsten.During the selection process, the simulation unit compares the calculated model measurement data with the actual real sensor measurements, i.e., the real measurement data for this measurand. Based on this, the model is selected from the multitude of available data models with the smallest deviation between the corresponding real measurement data and the model measurement data. In other words, the model error is lowest for the preferred model.

Die Abweichung oder Modellfehler kann sich hierbei auf verschiedene Kriterien beziehen, beispielsweise Amplituden, Frequenzen, Hüllkurven, Signalformen, Qualität des Signals, Rauschanteile und Ähnliche. In einem nächsten Schritt erfolgt ein Trainieren des Präferenzmodells mit Trainingsdaten durch die Simulationseinheit. Unter einem Trainieren kann einerseits ein Training mithilfe von Trainingsdatensätzen, beispielsweise im Zusammenhang mit künstlichen neuronalen Netzen verstanden werden. Ebenfalls berücksichtigt sind mit diesem Begriff Anpassungen von Parametern in den relevanten Datenmodellen, wie beispielsweise lineare Regression. Allgemein soll mit dem Begriff des Trainierens eine Anpassung der Parameter eines Datenmodells gemeint sein, um eine möglichst gute Annäherung der Modellmessdaten an die Realmessdaten und damit eine deutlich höhere Genauigkeit von ersatzweise generierten Modellmessdaten zu erreichen.The deviation or model error can relate to various criteria, such as amplitudes, frequencies, envelopes, signal shapes, signal quality, noise components, and the like. In the next step, the preference model is trained using training data by the simulation unit. Training can, on the one hand, be understood as training using training data sets, for example in connection with artificial neural networks. This term also includes adjustments to parameters in the relevant data models, such as linear regression. In general, the term training refers to adjusting the parameters of a data model in order to achieve the best possible approximation of the model measurement data to the real measurement data and in order to achieve a significantly higher accuracy of substitute generated model measurement data.

Die Trainingsdaten weisen Referenzmessdaten von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten der Messgröße auf. Gemäß einem Beispiel sind die Trainingsdaten vorqualifizierte und validierte Datensätze aus Referenzmessdaten oder Realmessdaten, die neben Echtzeit-Messwerten auch historische Messdaten beinhalten können. Das Trainieren des Präferenzmodells erfolgt derart, dass Parameter des Präferenzmodells derart angepasst werden, dass eine Abweichung der vom Präferenzmodell berechneten Modellmessdaten von den Realmessdaten der Trainingsdaten minimiert wird. Anders ausgedrückt nähern sich die vom Präferenzmodell errechneten Modellmesswerte und die Realmesswerte über die Zeit immer mehr an, bis nur noch ein geringer Modellfehler auftritt. Es wird hierzu ergänzend auf die Ausführungen zu 6 verwiesen. Im Ergebnis ist die Genauigkeit der Modellmessdaten deutlich verbessert.The training data includes reference measurement data of reference metrics and/or real measurement data of the metric. According to one example, the training data are pre-qualified and validated data sets from reference measurement data or real measurement data, which may include real-time measurement values as well as historical measurement data. The preference model is trained in such a way that parameters of the preference model are adjusted in such a way that any deviation of the model measurement data calculated by the preference model from the real measurement data of the training data is minimized. In other words, the model measurement values calculated by the preference model and the real measurement values become increasingly similar over time until only a small model error remains. For further information, please refer to the explanations on 6 As a result, the accuracy of the model measurement data is significantly improved.

In einem vereinfachten Beispiel soll die Korrelation von Messdaten einer Messgröße mit Referenzmessgrößen erläutert werden. Beispielsweise erfolgt bei einem physischen Gassensor die Messung einer Gaskonzentration über einen elektrischen Widerstandswert. Dieser Widerstandswert wiederum ist abhängig von einem Temperaturwert. Fällt der primäre Temperatursensor für diesen Temperaturwert aus oder hat eine Fehlfunktion, kann durch ein geeignetes Datenmodell ein Temperaturwert an einer anderen Stelle des Leistungstransformators genutzt und der fehlende Temperaturwert für die korrekte Berechnung einer Gaskonzentration abgeleitet werden.A simplified example will illustrate the correlation of measurement data of a measurand with reference measurement values. For example, a physical gas sensor measures a gas concentration using an electrical resistance value. This resistance value, in turn, depends on a temperature value. If the primary temperature sensor for this temperature value fails or malfunctions, a suitable data model can be used to utilize a temperature value at another location in the power transformer, and the missing temperature value can be derived for the correct calculation of a gas concentration.

Gemäß einem Beispiel ist ein maximaler Modellfehler definiert, der als Schwellenwert zum Beenden des Trainierens dient. Erreicht also ein Training eines präferierten Datenmodells eine bestimmte Genauigkeit, wird das Training beendet. Eingangsdaten eines solchen Modells können aus verschiedenen Quellen stammen. Realmesswerte können im Betrieb des Leistungstransformators online ausgelesen werden. Alternativ dazu können die Messdaten vor Ort am Transformator offline erhoben werden. Des Weiteren können Flotteninformationen, also historische oder Echtzeit-Realmesswerte von Transformatoren an anderen Standorten als Quelle von Referenzmessdaten oder Realmessdaten herangezogen werden. Durch die hier beschriebene Vorgehensweise können auch virtuelle Sensorwerte, die also physisch als Hardwaresensor nicht existieren, sondern nur auf Berechnungsgrundlagen basieren, als Datenquelle verwendet werden.According to one example, a maximum model error is defined, which serves as a threshold for ending training. Thus, once training of a preferred data model reaches a certain level of accuracy, training is terminated. Input data for such a model can come from various sources. Real measurement values can be read online while the power transformer is in operation. Alternatively, the measurement data can be collected offline on-site at the transformer. Furthermore, fleet information, i.e. historical or real-time real measurement values from transformers at other locations, can be used as a source of reference measurement data or real measurement data. Using the procedure described here, virtual sensor values, which do not physically exist as hardware sensors but are based only on calculations, can also be used as a data source.

In einem nächsten Schritt erfolgt durch eine Überwachungseinheit ein Berechnen einer Abweichung zwischen den vom Präferenzmodell berechneten Modellmessdaten der Messgröße und den Realmessdaten der Messgröße. Die Überwachungseinheit vergleicht also fortlaufend die Werte aus der Simulation, also aus dem Präferenzdatenmodell, mit den korrespondierenden eingehenden tatsächlichen Sensorwerten. Das trainierte Modell dient in diesem Falle als Referenz und Vergleichsmaßstab für einen ordnungsgemäß funktionsfähigen Sensor, da das Training auf Basis von verifizierten Realmessdaten bzw. Referenzmessdaten erfolgt ist. Anders gesagt wird der Vorhersagefehler als Maß für Anomalien verwendet, also die Feststellung, ob die Funktion des Sensors gewährleistet ist oder ein Fehler am Sensor oder der Übertragungsmedien vorliegt. Eine Abweichung kann sich auch hier auf verschiedene Kriterien beziehen, beispielsweise Signalform, Amplitude, zeitliche Muster von Werten, Rauschanteile und Weitere.In the next step, a monitoring unit calculates a deviation between the model measurement data of the measurand calculated by the preference model and the real measurement data of the measurand. The monitoring unit continuously compares the values from the simulation, i.e. from the preference data model, with the corresponding incoming actual sensor values. In this case, the trained model serves as a reference and benchmark for a properly functioning sensor, since the training was based on verified real measurement data or reference measurement data. In other words, the prediction error is used as a measure of anomalies, i.e., to determine whether the sensor is functioning properly or whether there is a fault in the sensor or the transmission media. Here, too, a deviation can relate to various criteria, such as signal shape, amplitude, temporal patterns of values, noise components, and others.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Übermitteln der Modellmessdaten der Messgröße an die Steuereinheit, wenn die Abweichung einen definierten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, an die Steuereinheit des Transformators. Alternativ erfolgt ein Übermitteln der Realmessdaten an die Steuereinheit des Leistungstransformators, wenn die berechnete Abweichung den Schwellenwert unterschreitet. Erkennt die Überwachungseinheit beispielsweise einen fehlerhaften Sensor oder ein verrauschtes Sensorsignal durch eine hohe Abweichung gleich oder über dem Schwellenwert, wird ersatzweise statt des fehlerhaften oder ausgefallenen Sensorsignals der durch das Präferenzmodell berechnete Modellmesswert übermittelt. Damit wird erreicht, dass trotz eines Sensorfehlers oder eines ausgefallenen Sensors trotzdem Messdaten ausreichender Genauigkeit und Qualität an eine übergeordnete Steuereinheit übergeben werden. Damit ist gewährleistet, dass übergeordnete Systeme weiterhin funktionieren und entsprechende Handlungen und Aktionen auslösen können. Gleichzeitig kann auf diese Weise im Zusammenspiel mit der Auswahl eines präferierten Datenmodells eine Genauigkeit des Modellmesswertes erhöht werden.In a further step, the model measurement data of the measured variable is transmitted to the control unit of the transformer if the deviation reaches or exceeds a defined threshold. Alternatively, the real measurement data is transmitted to the control unit of the power transformer if the calculated deviation falls below the threshold. If, for example, the monitoring unit detects a faulty sensor or a noisy sensor signal due to a high deviation equal to or above the threshold, the model measurement value calculated using the preference model is transmitted instead of the faulty or failed sensor signal. This ensures that, despite a sensor error or a failed sensor, measurement data of sufficient accuracy and quality is still transmitted to a higher-level control unit. This ensures that higher-level systems continue to function and can trigger appropriate actions. At the same time, in conjunction with the selection of a preferred data model, the accuracy of the model measurement value can be increased.

In einer Ausführungsform erfolgt ein Nachtrainieren des Präferenzmodells durch die Simulationseinheit, wenn die Abweichung zwischen Realmessdaten der Messgröße und Modellmessdaten einen definierten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Erkennt die Überwachungseinheit eine Anomalie, also eine Abweichung zwischen Realmesswerten und Modellmesswerten über dem definierten Schwellenwert, kann eine der Ursachen eine ungünstige Parametrisierung des Datenmodells sein. Das Nachtrainieren derart erfolgt, dass eine Abweichung zwischen Modellmessdaten des Modells der Messgröße und Realmessdaten der Messgröße verringert ist. Ein Nachtrainieren kann in einem Beispiel dann beendet werden, wenn die Abweichung unter den Schwellenwert sinkt. Auf diese Weise wird eine Genauigkeit des Modells verbessert und Modellfehler verringert. Grundsätzlich kann das hier vorgestellte Verfahren universell auf verschiedene Arten von tatsächlichen oder virtuellen Sensorwerten angewendet werden.In one embodiment, the preference model is retrained by the simulation unit when the deviation between real measurement data of the measured variable and model measurement data reaches or exceeds a defined threshold. If the monitoring unit detects an anomaly, i.e., a deviation between real measurement values and model measurement values above the defined threshold, one of the causes may be an unfavorable parameterization of the data model. The retraining is performed in such a way that the deviation between model measurement data of the model of the measured variable and real measurement data of the measured variable is reduced. Retraining can be carried out in In one example, the modeling process can be terminated when the deviation falls below the threshold. This improves model accuracy and reduces model errors. In principle, the method presented here can be universally applied to various types of actual or virtual sensor values.

In einer Ausführungsform wird das erneute Trainieren des Präferenzmodells und die Anpassung der Parameter des Präferenzmodells nach definierten Zeitabständen wiederholt. Gemäß einem Beispiel erfolgt eine Wiederholung alle 12 Stunden oder 24 Stunden. Anders ausgedrückt wird das Datenmodell auf die aktuellen Realmessdaten der letzten 12 bzw. 24 Stunden kontinuierlich angepasst und so eine Genauigkeit nochmals verbessert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bereitstellen der Datenmodelle ein IEC 60076-7-Modell, ETF-Modell (Estimate Transfer Function), ein Modell basierend auf linearer Regression und/oder ein IEEE Std C57-91-2011 Annex G-Modell auf. Die Modellierung der komplexen Zusammenhänge zwischen einer Messgröße und Referenzmessgrößen kann je nach Anwendungsfall und Kontext verschiedene Modelle erfordern, die jeweils ihre eigenen Charakteristika aufweisen. Beispiele für mögliche Modelle werden näher in den Ausführungsbeispielen beschrieben.In one embodiment, the retraining of the preference model and the adjustment of the preference model parameters are repeated at defined intervals. According to one example, a repetition occurs every 12 hours or 24 hours. In other words, the data model is continuously adapted to the current real measurement data of the last 12 or 24 hours, thus further improving accuracy. According to another embodiment, the provision of the data models comprises an IEC 60076-7 model, an ETF model (Estimate Transfer Function), a model based on linear regression, and/or an IEEE Std C57-91-2011 Annex G model. Depending on the application and context, modeling the complex relationships between a measured variable and reference measured variables may require different models, each with its own characteristics. Examples of possible models are described in more detail in the exemplary embodiments.

In einer Ausführungsform ist das Präferenzmodell ein IEC-60076-7 Modell und die Simulationseinheit berechnet die Parameter des Präferenzmodells durch Lösen der Differenzialgleichung des Präferenzmodells. Die Parameter werden unter Minimierung von Modellfehler, Strafterm (Kurzzeitänderung) und Strafterm (Startwertänderung) ermittelt. Dabei basiert die Ermittlung der Parameter auf Messdaten von Umgebungstemperatur, maximaler Wicklungstemperatur, Top-Oil-Temperatur und elektrischer Last. Ein Vorteil kann insbesondere darin gesehen werden, dass eine Vielzahl von notwendigen Parametern des Datenmodells nicht manuell ermittelt, sondern automatisiert berechnet werden. Dies erfordert deutlich weniger Interaktion mit Kunden und schnellere produktive Verfügbarkeit des Modells.In one embodiment, the preference model is an IEC 60076-7 model, and the simulation unit calculates the parameters of the preference model by solving the differential equation of the preference model. The parameters are determined by minimizing the model error, the penalty term (short-term change), and the penalty term (initial value change). The determination of the parameters is based on measured data of the ambient temperature, maximum winding temperature, top oil temperature, and electrical load. A particular advantage can be seen in the fact that many of the necessary parameters of the data model are not determined manually but calculated automatically. This requires significantly less interaction with customers and faster productive availability of the model.

In einer Ausführungsform ist die Messgröße eine Hotspottemperatur eines Leistungstransformators und die Referenzmessgrößen sind eine mittlere Öltemperatur, eine Top-Oil-Temperatur, eine elektrische Last des Leistungstransformators und/oder eine Umgebungstemperatur. Dies beschreibt einen Anwendungsfall, wo beispielsweise ein physischer Sensor zur Messung der Hotspottemperatur fehlerhaft oder ausgefallen ist. Unter Berücksichtigung der physischen und mathematischen Zusammenhänge der zu ermittelnden Hotspottemperatur mit den genannten Temperaturen und der elektrischen Last kann die hier vorgestellte Lösung trotz fehlerhaftem oder ausgefallenem Sensor Modellmessdaten an die übergeordnete Steuereinheit übermitteln und somit trotzdem eine korrekte Funktion des Gesamtsystems ermöglichen.In one embodiment, the measured variable is a hotspot temperature of a power transformer, and the reference measured variables are an average oil temperature, a top oil temperature, an electrical load of the power transformer, and/or an ambient temperature. This describes a use case where, for example, a physical sensor for measuring the hotspot temperature is faulty or has failed. Taking into account the physical and mathematical relationships between the hotspot temperature to be determined and the specified temperatures and the electrical load, the solution presented here can transmit model measurement data to the higher-level control unit despite a faulty or failed sensor, thus still enabling the correct functioning of the overall system.

In einer Ausführungsform ist die Messgröße ein Polymerisationsgrad der Papierisolation eines Leistungstransformators. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Messgröße eine Gasanalyse (DGA) eines Leistungstransformators. Es können also verschiedene Arten von Messgrößen über die Datenmodelle bzw. das Präferenzmodell berechnet werden. In einer Ausführungsform erfolgt vor der Auswahl des Präferenzmodells ein Vortrainieren einer Vielzahl von Datenmodellen auf Basis von Trainingsdaten. Die Trainingsdaten weisen Referenzmessdaten von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten der Messgröße auf. Das Trainieren des Präferenzmodells erfolgt in einer Weise, dass Parameter des Präferenzmodells derart angepasst werden, dass eine Abweichung der Modellmessdaten von den Realmessdaten der Trainingsdaten verringert ist.In one embodiment, the measured variable is a degree of polymerization of the paper insulation of a power transformer. In another embodiment, the measured variable relates to a gas analysis (DGA) of a power transformer. Thus, various types of measured variables can be calculated using the data models or the preference model. In one embodiment, before the preference model is selected, a plurality of data models are pre-trained based on training data. The training data comprises reference measurement data of reference measured variables and/or real measurement data of the measured variable. The preference model is trained in such a way that parameters of the preference model are adjusted such that a deviation of the model measurement data from the real measurement data of the training data is reduced.

Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass für eine qualifizierte Auswahl eines geeigneten Datenmodells einerseits eine große Zahl von möglichen Modellen in Betracht gezogen wird. Andererseits soll ein späteres Verhalten eines Modells im konkreten Kontext in Bezug auf eine konkrete Messgröße möglichst realistisch abgebildet werden. Hierzu ist es sinnvoll, die Modelle vorzutrainieren. Damit soll ein Kompromiss zwischen Trainingsaufwand und Genauigkeit gefunden werden. Die Weiterführung der Trainingsphase erfolgt, wie bereits oben beschrieben, im Schritt des Trainierens des Präferenzmodells mit Trainingsdaten durch die Simulationseinheit.The underlying idea is that, for a qualified selection of a suitable data model, a large number of possible models must be considered. On the other hand, the subsequent behavior of a model in a specific context with respect to a specific measured variable should be represented as realistically as possible. For this purpose, it is useful to pre-train the models. This is intended to find a compromise between training effort and accuracy. The training phase continues, as already described above, in the step of training the preference model with training data by the simulation unit.

In einer Ausführungsform bezieht sich die Abweichung der berechneten Messdaten des Präferenzmodells von den zugehörigen Realmessdaten dieser Messgröße auf einen Rauschanteil an den Messdaten. Verrauschte Sensorsignale können eine Ursache sein, dass Messdaten von physischen Sensoren nicht verwertbar sind. In diesem Falle soll eine Abweichung so verstanden werden, dass beispielsweise ein Signal-Rausch-Verhältnis berechnet wird und mit einem Schwellenwert verglichen wird. In einer weiteren Ausführungsform beschreibt die Abweichung der berechneten Messdaten des Präferenzmodells von den zugehörigen Realmessdaten dieser Messgröße eine Amplitude, Messdatenmuster und/oder Signalform der Messdaten. Anders ausgedrückt, soll erkannt werden, ob beispielsweise der Sensor defekt ist, unplausible oder falsche Messdaten vorliegen, das Signal verzerrt, in seiner Amplitude zu schwach, zu stark oder mit einer Störgröße überlagert ist. Hierzu können geeignete Kenngrößen berechnet werden, die dann wiederum mit einem festgesetzten Schwellenwert verglichen werden, um zu entscheiden, ob Realmessdaten oder Modellmessdaten an die Steuereinheit übermittelt werden.In one embodiment, the deviation of the calculated measurement data of the preference model from the corresponding real measurement data of this measurement variable refers to a noise component in the measurement data. Noisy sensor signals can be a reason why measurement data from physical sensors are unusable. In this case, a deviation should be understood as, for example, calculating a signal-to-noise ratio and comparing it with a threshold value. In another embodiment, the deviation of the calculated measurement data of the preference model from the corresponding real measurement data of this measurement variable describes an amplitude, measurement data pattern and/or signal shape of the measurement data. In other words, the aim is to detect whether, for example, the sensor is defective, implausible or incorrect measurement data is present, the signal is distorted, its amplitude is too weak, too strong, or is superimposed with a disturbance. Suitable parameters can be used for this purpose. which are then compared with a set threshold value to decide whether real measurement data or model measurement data are transmitted to the control unit.

In einer Ausführungsform sind die Realmessdaten sensorisch erfasste Messdaten. Dies bedeutet, dass diese Messdaten von einem der am Leistungstransformator angeordneten physischen Sensoren stammen können. Im Gegensatz dazu sind gemäß einer weiteren Ausführungsform die Realmessdaten labortechnisch oder laboranalytisch offline ermittelte Messdaten. Im Gegensatz zu Sensoren, die am Leistungstransformator angebracht sind und vor Ort Messdaten erzeugen, gibt es beispielsweise bei der Analyse von Öl oder Papier labortechnische Möglichkeiten der Ermittlung von Messdaten.In one embodiment, the real measurement data is sensor-captured measurement data. This means that this measurement data can originate from one of the physical sensors arranged on the power transformer. In contrast, according to another embodiment, the real measurement data is measurement data obtained offline using laboratory technology or laboratory analysis. In contrast to sensors attached to the power transformer that generate measurement data on-site, there are laboratory-based options for determining measurement data, for example, when analyzing oil or paper.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System vorgeschlagen, das eine Steuereinheit zum Überwachen eines Leistungstransformators, eine Überwachungseinheit zur Berechnung einer Abweichung zwischen Modellmessdaten und Realmessdaten und eine Modelldatenbank zum Speichern von Datenmodellen aufweist. Die Simulationseinheit ist ausgestaltet, Modellmesswerte auf Basis von Datenmodellen zu berechnen. Das System ist so konfiguriert und ausgeführt, dass es die oben beschriebenen Verfahrensschritte ausführen kann.In a further aspect of the invention, a system is proposed that comprises a control unit for monitoring a power transformer, a monitoring unit for calculating a deviation between model measurement data and real measurement data, and a model database for storing data models. The simulation unit is configured to calculate model measurement values based on data models. The system is configured and implemented such that it can execute the method steps described above.

Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens so wie obenstehend und untenstehend beschrieben auch Merkmale des Systems sein können und umgekehrt.It should be understood that features of the method as described above and below may also be features of the system and vice versa.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.

  • 1 zeigt einen Leistungstransformator mit verschiedenen physischen Sensoren und Messgrößen.
  • 2 zeigt das Grundprinzip der ersatzweisen Berechnung von Modellmessdaten.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten einer Messgröße eines Leistungstransformators.
  • 4 zeigt schematisch ein System zur Bereitstellung von Messdaten mit einer Simulationseinheit, einer Überwachungseinheit, einem physischen Sensor und einer Steuereinheit gemäß der Erfindung.
  • 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung mit einer optimierten Modellauswahl und einem Zustandsautomaten mit Überwachungseinheit.
  • 6 zeigt ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Realmessdaten und Modellmessdaten während eines Trainings eines Datenmodells.
In the following, exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the accompanying figures. Neither the description nor the figures should be construed as limiting the invention.
  • 1 shows a power transformer with various physical sensors and measured variables.
  • 2 shows the basic principle of the substitute calculation of model measurement data.
  • 3 shows a method according to the invention for continuously providing measurement data of a measured variable of a power transformer.
  • 4 shows schematically a system for providing measurement data with a simulation unit, a monitoring unit, a physical sensor and a control unit according to the invention.
  • 5 shows an application example of a system according to the invention with an optimized model selection and a state machine with monitoring unit.
  • 6 shows a diagram of the time course of real measurement data and model measurement data during training of a data model.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The drawings are merely schematic and not to scale. Identical or similar parts are generally designated by the same reference numerals.

1 zeigt einen Leistungstransformator mit verschiedenen physischen Sensoren 11. Die Sensoren 11 messen unterschiedliche Messgrößen und sind an verschiedenen Bereichen des Leistungstransformators 10 angebracht. Temperatursensoren 12 messen an verschiedenen Stellen des Leistungstransformators 10 unterschiedliche Temperaturen. Beispiele hierfür sind die Eingangs- und Ausgangstemperatur des Radiators und des Wärmetauschers, die Temperatur im OLTC-Motorantrieb, Temperatur im OLTC-Ölgefäß, Temperatur im Trafokessel, Kontakttemperatur der elektrischen Anschlüsse sowie Temperatur von Wicklung und Kern. Drucksensoren 14 messen Druckverhältnisse, wie beispielsweise den Druck im Trafokessel oder den Druck im OLTC-Gefäß. 1 shows a power transformer with various physical sensors 11. The sensors 11 measure different parameters and are mounted at different areas of the power transformer 10. Temperature sensors 12 measure different temperatures at various locations on the power transformer 10. Examples include the inlet and outlet temperatures of the radiator and heat exchanger, the temperature in the OLTC motor drive, the temperature in the OLTC oil tank, the temperature in the transformer tank, the contact temperature of the electrical connections, and the temperature of the winding and core. Pressure sensors 14 measure pressure conditions, such as the pressure in the transformer tank or the pressure in the OLTC tank.

Strömungssensoren 16 messen beispielsweise die Strömungsstärke im Wärmetauscher oder der Pumpe. Ein Vibrationssensor 20 ist ausgestaltet, Vibrationen im OLTC, beispielsweise beim Schaltablauf zu messen. Ein Füllstandsensor 22 ist ausgeführt, einen Ölfüllstand im Ausgleichsgefäß 32 zu messen. Feuchtesensoren 24 messen beispielsweise Feuchtigkeit im Öl des Kessels oder die Öl-Feuchte im OLTC-Gefäß. Gassensoren 26 können Messdaten im Hinblick auf Gaszusammensetzungen wie DGA (Dissolved Gas Analysis) liefern oder gesammelte Gasmengen messen.Flow sensors 16 measure, for example, the flow rate in the heat exchanger or the pump. A vibration sensor 20 is designed to measure vibrations in the OLTC, for example, during switching operations. A level sensor 22 is designed to measure the oil level in the expansion tank 32. Humidity sensors 24 measure, for example, moisture in the boiler oil or the oil moisture content in the OLTC tank. Gas sensors 26 can provide measurement data regarding gas compositions such as DGA (Dissolved Gas Analysis) or measure collected gas quantities.

In 2 ist das Grundprinzip des ersatzweisen Berechnens von Messdaten 34, 40 vereinfacht in einem virtuellen Sensor 38 dargestellt. Mit einem virtuellen Sensor 38 soll ein mathematisches Modell gemeint sein, das die Funktionalitäten eines physischen Sensors 11 ersatzweise abbildet. Konkret soll beispielsweise das Verhalten von Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von Eingangsgrößen 36 abgebildet sein. Die Eingangsgrößen 36 können hier physikalische Messgrößen wie Temperatur, Druck, elektrische Größen und andere sein. Die Ausgangsgrößen sind im Falle eines Sensors die zugehörigen Realmessdaten 34. Dem physischen Sensor 11 wird eine Eingangsgröße 36, beispielsweise eine konkrete Temperatur zugeführt.In 2 The basic principle of the substitute calculation of measurement data 34, 40 is shown in simplified form in a virtual sensor 38. A virtual sensor 38 is intended to mean a mathematical model that substitutely maps the functionalities of a physical sensor 11. Specifically, for example, the behavior of output variables as a function of input variables 36 is to be mapped. The input variables 36 can be physical measured variables such as temperature, pressure, electrical variables, and others. In the case of a sensor, the output variables are the associated real measurement data 34. An input variable 36, for example a specific temperature, is fed to the physical sensor 11.

Der physische Sensor 11 erzeugt daraus Realmessdaten 34, die einem übergeordneten System zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden können. Bei Ausfall oder Fehlfunktion des physischen Sensors 11 soll ein digitaler Zwilling oder virtueller Sensor 38, also ein digitales oder mathematisches Abbild des Verhaltens des physischen Sensors 11, das Bereitstellen von Messdaten übernehmen. Der virtuelle Sensor 38 ist lernt aus dem Verhalten der verschiedenen Eingangsgrößen 36 und der zugehörigen Realmessdaten 34 und erzeugt ein mathematisches Abbild der funktionalen oder statistischen Zusammenhänge. Im Ergebnis berechnet der virtuelle Sensor 38 ersatzweise Modellmesswerte 40. Es ist grundsätzlich möglich, dass der virtuelle Sensor 38 und der physische Sensor 11 parallel zueinander arbeiten und gleichzeitig Realmessdaten 34 und Modellmessdaten 40 bereitstellen. Die hier vorliegende Erfindung löst mithilfe des weiter unten beschriebenen Zustandsautomaten (Überwachungseinheit 44) weiterhin das Problem der Entscheidung, in welcher Situation Realmessdaten 34 oder Modellmessdaten 40 an eine übergeordnete Steuereinheit, beispielsweise einem Monitoringsystem für Leistungstransformatoren, weitergegeben werden.The physical sensor 11 generates real measurement data 34, which are made available to a higher-level system for further processing. In the event of failure or malfunction of the physical sensor 11, a digital twin or virtual sensor 38, i.e. a digital or mathematical representation of the behavior of the physical sensor 11, is intended to provide measurement data. The virtual sensor 38 learns from the behavior of the various input variables 36 and the associated real measurement data 34 and generates a mathematical representation of the functional or statistical relationships. As a result, the virtual sensor 38 calculates model measurement values 40 as a substitute. It is fundamentally possible for the virtual sensor 38 and the physical sensor 11 to work in parallel and simultaneously provide real measurement data 34 and model measurement data 40. With the help of the state machine (monitoring unit 44) described below, the present invention further solves the problem of deciding in which situation real measurement data 34 or model measurement data 40 are passed on to a higher-level control unit, for example a monitoring system for power transformers.

In 3 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten 34, 40 einer Messgröße eines Leistungstransformators 10 vorgestellt. In einem Schritt 110 werden von einer Steuereinheit 42 Messdaten 34, 40 einer Messgröße von einem Sensor 11, 38 angefordert. Im Schritt 120 erfolgt ein Bereitstellen einer Vielzahl von Datenmodellen 50 in einer Modelldatenbank 46. Diese zur Verfügung gestellten Datenmodelle 50 sind geeignet, Modellmessdaten 40 einer Messgröße in Abhängigkeit von Referenzmessdaten 48 von Referenzmessgrößen zu berechnen. Referenzmessgrößen können physikalische, mathematische oder sonstige Messgrößen sein, die in irgendeinem mathematischen, statistischen, funktionalen oder in anderer Weise abbildbaren Zusammenhang stehen. Zweck dieser Referenzmessgrößen und Datenmodelle 50 soll sein, Modellmessdaten 40 aus Drittgrößen zu berechnen, ohne dafür einen physikalischen Sensor 11 dieser zugehörigen Messgröße zu benötigen.In 3 A method 100 according to the invention for continuously providing measurement data 34, 40 of a measured variable of a power transformer 10 is presented. In a step 110, a control unit 42 requests measurement data 34, 40 of a measured variable from a sensor 11, 38. In step 120, a plurality of data models 50 are provided in a model database 46. These provided data models 50 are suitable for calculating model measurement data 40 of a measured variable as a function of reference measurement data 48 of reference measured variables. Reference measured variables can be physical, mathematical, or other measured variables that are related in any mathematical, statistical, functional, or otherwise representable way. The purpose of these reference measured variables and data models 50 is to calculate model measurement data 40 from third variables without requiring a physical sensor 11 of this associated measured variable.

In Schritt 130 erfolgt ein Vortrainieren der Datenmodelle 50, um eine qualifiziertere Auswahl eines am besten geeigneten Datenmodells 50 zu ermöglichen. Anders ausgedrückt sind die Datenmodelle 50 durch ein initiales Vortrainieren bereits genauer und lassen somit eine genauere Einschätzung hinsichtlich der besten Eignung für einen virtuellen Sensor 38 zu. Das Vortrainieren 130 erfolgt auf einer Vielzahl von Datenmodellen 50 auf Basis von Trainingsdaten 52, wobei die Trainingsdaten 52 Referenzmessdaten 48 von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten 34 der Messgröße aufweisen. Das Vortrainieren 130 der Datenmodelle 50 erfolgt derart, dass Parameter der Datenmodelle 50 angepasst werden, sodass eine Abweichung der Modellmessdaten 40 von den Realmessdaten 34 der Trainingsdaten 52 verringert wird.In step 130, the data models 50 are pre-trained to enable a more qualified selection of a most suitable data model 50. In other words, the data models 50 are already more accurate due to initial pre-training and thus allow a more precise assessment of the best suitability for a virtual sensor 38. The pre-training 130 is performed on a plurality of data models 50 based on training data 52, wherein the training data 52 comprises reference measurement data 48 of reference measured variables and/or real measurement data 34 of the measured variable. The pre-training 130 of the data models 50 is performed in such a way that parameters of the data models 50 are adjusted so that a deviation of the model measurement data 40 from the real measurement data 34 of the training data 52 is reduced.

Im Schritt 140 erfolgt ein Auswählen eines Präferenzmodells 54 durch eine Simulationseinheit 56. Unter dem Präferenzmodell 54 ist ein am besten geeignetes Datenmodell 50 zu verstehen, bei dem ein Modellfehler am geringsten ist. Gemäß einem Beispiel erfolgt das Auswählen 140 durch sequenzielles Prüfen der einzelnen Modelle 50 durch Berechnen eines korrespondierenden Modellfehlers durch die Simulationseinheit 56. Gemäß einem Beispiel ist das Auswahlkriterium für ein Präferenzmodell 54 anstelle des Modellfehlers eine Verarbeitungsgeschwindigkeit, Energieeffizienz, Speicherplatzbedarf und/oder ein Ressourcenbedarf.In step 140, a preference model 54 is selected by a simulation unit 56. The preference model 54 is understood to be a most suitable data model 50 in which a model error is the smallest. According to one example, the selection 140 is performed by sequentially testing the individual models 50 by calculating a corresponding model error by the simulation unit 56. According to one example, the selection criterion for a preference model 54 is processing speed, energy efficiency, storage space requirements, and/or resource requirements instead of the model error.

Schritt 150 bezieht sich auf ein Trainieren des Präferenzmodells 54 mit Trainingsdaten 52 durch die Simulationseinheit 56, wobei die Trainingsdaten 54 Referenzmessdaten 48 von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten 34 der Messgröße aufweisen. Das Trainieren 150 des Präferenzmodells 54 erfolgt derart, dass Parameter des Präferenzmodells 54 angepasst werden, dass eine Abweichung der vom Präferenzmodell 54 berechneten Modellmessdaten 40 von den Realmessdaten 34 der Trainingsdaten 52 minimiert wird. In einem Folgeschritt 160 erfolgt mit einer Überwachungseinheit ein Berechnen 160 einer Abweichung zwischen den vom Präferenzmodell 54 berechneten Modellmessdaten 40 der Messgröße und Realmessdaten 34 der Messgröße.Step 150 relates to training the preference model 54 with training data 52 by the simulation unit 56, wherein the training data 54 comprises reference measurement data 48 of reference measurement variables and/or real measurement data 34 of the measurement variable. The training 150 of the preference model 54 is carried out in such a way that parameters of the preference model 54 are adjusted such that a deviation of the model measurement data 40 calculated by the preference model 54 from the real measurement data 34 of the training data 52 is minimized. In a subsequent step 160, a monitoring unit calculates 160 a deviation between the model measurement data 40 of the measurement variable calculated by the preference model 54 and the real measurement data 34 of the measurement variable.

Diese Abweichung soll als Maß dafür dienen, inwieweit sich von einem physischen Sensor 11 erzeugte Realmessdaten 34 von den korrespondierenden Modellmessdaten 40 von einem als Vergleichsmaßstab dienenden für diesen Sensor trainierten Datenmodell 50 unterscheiden. Die Abweichung kann verschiedene Kriterien betreffen, beispielsweise Amplitude, Signalform, Rauschanteil, überlagerte Signale, Fehlerraten, Datenmuster und Ähnliches. Diese ermittelte Abweichung wird im Schritt 170 als Basis für einen Vergleich der Abweichung mit einem Schwellenwert 58 genutzt. Dieser ist als Eingangsgröße zu diesem Schritt 170 zu betrachten. Wenn dieser Schwellenwert 58 unterschritten wird, übermittelt die Überwachungseinheit 44 im Schritt 180 Realmessdaten 34 an eine übergeordnete Steuereinheit 42.This deviation is intended to serve as a measure of the extent to which real measurement data 34 generated by a physical sensor 11 differs from the corresponding model measurement data 40 of a data model 50 trained for this sensor, which serves as a benchmark. The deviation can relate to various criteria, such as amplitude, signal shape, noise content, superimposed signals, error rates, data patterns, and the like. This determined deviation is used in step 170 as the basis for comparing the deviation with a threshold value 58. This threshold value is to be considered the input variable for this step 170. If this threshold value 58 is undershot, the monitoring unit 44 transmits real measurement data 34 to a higher-level control unit 42 in step 180.

Mit anderen Worten handelt es sich um den Fall, dass der physische Sensor 11 fehlerfrei funktioniert und plausible Messdaten 34 liefert. Ist das Ergebnis des Vergleichs im Schritt 170, dass die berechnete Abweichung den Schwellenwert 58 erreicht oder überschreitet, werden von der Überwachungseinheit 44 Modellmessdaten 40 der Messgröße an die Steuereinheit 42 übermittelt. Dies betrifft den Fall, dass der physische Sensor 11 entweder ausgefallen ist oder fehlerhaft arbeitet und in diesem Fall ersatzweise Modellmessdaten 40 übergeben werden. Unabhängig von einer korrekten oder nicht korrekten Funktion des physischen Sensors erhält folglich eine übergeordnete Steuereinheit 42 die notwendigen Messdaten.In other words, this is the case where the physical sensor 11 functions correctly and delivers plausible measurement data 34. If the result of the comparison in step 170 is that the calculated deviation reaches or exceeds the threshold value 58, the monitoring The control unit 44 transmits model measurement data 40 of the measured variable to the control unit 42. This applies to the case where the physical sensor 11 has either failed or is malfunctioning, and in this case, model measurement data 40 is transmitted as a substitute. Consequently, regardless of whether the physical sensor is functioning correctly or incorrectly, a higher-level control unit 42 receives the necessary measurement data.

In einem Beispiel erfolgt das Berechnen 160 der Abweichung kontinuierlich im Sinne einer automatisierten Überwachung und folgt dem Prinzip eines Zustandsautomaten. Anders ausgedrückt berechnet die Überwachungseinheit kontinuierlich und wiederholt die Abweichungen zwischen Modellmessdaten 40 und Realmessdaten 34. Dies ist durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt, die nach dem Übermitteln 180 der Realmessdaten 34 oder Modellmessdaten 40 ein erneutes Berechnen 160 der Abweichung vornimmt. Zusätzlich ist im Schritt 200 der Fall beschrieben, dass die Überwachungseinheit 44 einen Modellfehler detektiert. Dies bedeutet, dass die Ursache unter anderem im Präferenzmodell 54 selbst begründet ist. Daher erfolgt im Schritt 200 ein Nachtrainieren des Präferenzmodells 54 durch die Simulationseinheit 56, wobei das Nachtrainieren 200 derart erfolgt, dass eine Abweichung zwischen Modellmessdaten 40 der Messgröße und Realmessdaten der Messgröße verringert ist.In one example, the calculation 160 of the deviation is performed continuously in the sense of automated monitoring and follows the principle of a state machine. In other words, the monitoring unit continuously calculates and repeats the deviations between model measurement data 40 and real measurement data 34. This is indicated by the dashed line in 3 which, after transmitting 180 the real measurement data 34 or model measurement data 40, recalculates 160 the deviation. Additionally, step 200 describes the case where the monitoring unit 44 detects a model error. This means that the cause lies, among other things, in the preference model 54 itself. Therefore, in step 200, the preference model 54 is retrained by the simulation unit 56, with the retraining 200 being performed in such a way that a deviation between the model measurement data 40 of the measured variable and the real measurement data of the measured variable is reduced.

4 zeit schematisch ein System 41 zur Bereitstellung von Messdaten 34, 40 mit einer Simulationseinheit 56, einer Überwachungseinheit 44 und einer Steuereinheit 42 gemäß der Erfindung. Diese vereinfachte Darstellung soll die wesentlichen technischen Komponenten und deren Zusammenspiel erläutern. Eine Steuereinheit 42 kann als übergeordnete Instanz, beispielsweise zur Überwachung und Steuerung eines Leistungstransformators 10 verstanden werden. Um diese Steuer- und Überwachungsfunktion auszuüben, benötigt die Steuereinheit 42 Sensordaten vom betreffenden Betriebsmittel 10, um darauf basierend Entscheidungen abzuleiten. So fordert 110 die Steuereinheit 42 Messdaten 36, 40 von der Überwachungseinheit 44 an. Ein physischer Sensor 11 liefert Realmessdaten 34 an die Überwachungseinheit 44 und an eine Simulationseinheit 56. 4 1 schematically shows a system 41 for providing measurement data 34, 40 with a simulation unit 56, a monitoring unit 44, and a control unit 42 according to the invention. This simplified representation is intended to explain the essential technical components and their interaction. A control unit 42 can be understood as a higher-level instance, for example, for monitoring and controlling a power transformer 10. In order to perform this control and monitoring function, the control unit 42 requires sensor data from the relevant equipment 10 in order to derive decisions based thereon. Thus, the control unit 42 requests 110 measurement data 36, 40 from the monitoring unit 44. A physical sensor 11 supplies real measurement data 34 to the monitoring unit 44 and to a simulation unit 56.

Die Simulationseinheit 56 übernimmt das Verwalten und Trainieren der Datenmodelle 50, die in einer Modelldatenbank 46 gespeichert sind. Zum Trainieren der Datenmodelle 50 werden der Simulationseinheit 56 Realmessdaten 34 von einem physischen Sensor 11, historische Realmessdaten 49 und Referenzmessdaten 48 von Referenzmessgrößen zur Verfügung gestellt. Die Simulationseinheit 56 ist ausgeführt, die Parameter der Datenmodelle 50 durch Training so anzupassen, dass ein Modellfehler im Laufe des Trainings verringert wird. Die Simulationseinheit 56 ist konfiguriert, ein Präferenzmodell 54 aus der Gesamtheit der optional vortrainierten Datenmodelle 50 auszuwählen. Gleichzeitig ist die Simulationseinheit 56 konfiguriert, auf Basis eines ausgewählten Datenmodells 50, beispielsweise eines Präferenzmodells 54, Modellmesswerte 40 zu berechnen.The simulation unit 56 manages and trains the data models 50, which are stored in a model database 46. To train the data models 50, the simulation unit 56 is provided with real measurement data 34 from a physical sensor 11, historical real measurement data 49, and reference measurement data 48 of reference measurement variables. The simulation unit 56 is designed to adapt the parameters of the data models 50 through training such that a model error is reduced during training. The simulation unit 56 is configured to select a preference model 54 from the totality of the optionally pre-trained data models 50. At the same time, the simulation unit 56 is configured to calculate model measurement values 40 based on a selected data model 50, for example, a preference model 54.

Diese Modellmesswerte 40 werden der Überwachungseinheit 44 zur Verfügung gestellt, die dann das Berechnen 160 der Abweichung zwischen den Realmessdaten 34 und den Modellmessdaten 40 vornimmt. Die Überwachungseinheit 44 kann im Bedarfsfall eine Anforderung zum Nachtrainieren analog zum Schritt 200 des Datenmodells 50 an die Simulationseinheit 56 senden. Die Überwachungseinheit 44 übergibt je nach Grad der Abweichung in Bezug auf einen Schwellenwert 58, der als Eingangsgröße verstanden werden kann, Realmessdaten 34 oder einen Modellmessdaten 40 an die Steuereinheit 42 zurück.These model measured values 40 are made available to the monitoring unit 44, which then calculates 160 the deviation between the real measured data 34 and the model measured data 40. If necessary, the monitoring unit 44 can send a request for retraining to the simulation unit 56, analogous to step 200 of the data model 50. Depending on the degree of deviation with respect to a threshold value 58, which can be understood as an input variable, the monitoring unit 44 returns real measured data 34 or model measured data 40 to the control unit 42.

In 5 ist ein weiteres Beispiel eines Systems 41 zum Bereitstellen von Messdaten 34, 40 gezeigt. Die dargestellten Blöcke sollen als beispielhafte Prozessschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens verstanden werden. Im Schritt A erfolgt ein erstes initiales Vortrainieren 130 einer Vielzahl von Datenmodellen 50. Im Schritt B erfolgt ein Auswählen 140 des besten Datenmodells 50 (Präferenzmodell 54) zusammen mit einem weiteren Trainingsschritt 150, der in einem verringerten Modellfehler a) resultiert. Im Schritt C erfolgt eine Zustandsüberwachung oder Anomalieerkennung dergestalt, dass beispielsweise eine Abweichung zwischen Realmessdaten 34 und Modellmessdaten 40 erfolgt. Diese Zustandsüberwachung im Schritt C kann beispielsweise bedeuten, dass Realmessdaten 34 eines physischen Sensors 11 ein hohes Maß an Rauschen c) aufweisen.In 5 A further example of a system 41 for providing measurement data 34, 40 is shown. The blocks shown are to be understood as exemplary process steps of a method according to the invention. In step A, a first initial pre-training 130 of a plurality of data models 50 takes place. In step B, the best data model 50 (preference model 54) is selected 140 together with a further training step 150, which results in a reduced model error a). In step C, condition monitoring or anomaly detection takes place such that, for example, a deviation occurs between real measurement data 34 and model measurement data 40. This condition monitoring in step C can mean, for example, that real measurement data 34 of a physical sensor 11 has a high degree of noise c).

Die Überwachungseinheit 44 sorgt im Schritt D dafür, dass ersatzweise signalphysikalisch saubere korrespondierende Modellmesswerte 40 mit geringem Rauschen b) generiert werden. In einem weiteren Szenario wird durch die Zustandsüberwachung, also die Überwachungseinheit 44 ein Sensorfehler d) erkannt. Auch hier werden ersatzweise korrespondierende Modellmessdaten 40 über das zugehörige Präferenzmodell 54 errechnet und der Sensor 38 wird vom übergeordneten System als repariert oder funktionsfähig e) erkannt. In einem weiteren Fall erkennt die Anomalieerkennung oder Zustandsüberwachung im Schritt C, dass das Präferenzmodell 54 einen zunehmend größeren Modellfehler i) aufweist. Hier wird im Schritt F ein Nachtrainieren 200 des Präferenzmodells 56 mit dem Ergebnis eines verringerten Modellfehlers h) initiiert.In step D, the monitoring unit 44 ensures that, as an alternative, corresponding model measurement values 40 with low signal-physical cleanness and low noise b) are generated. In a further scenario, a sensor error d) is detected by the condition monitoring, i.e., the monitoring unit 44. Here, too, corresponding model measurement data 40 are calculated as an alternative using the associated preference model 54, and the sensor 38 is recognized by the higher-level system as repaired or functional e). In a further case, the anomaly detection or condition monitoring detects in step C that the preference model 54 has an increasingly large model error i). Here, in step F, retraining 200 of the preference model 56 is initiated, resulting in a reduced model error h).

Auch eine Kombination von Modellfehler und verrauschtem Signal ist im Schritt E dargestellt, wo einerseits ersatzweise Modellmessdaten 40 über das Präferenzmodell 54 erzeugt werden, aber auch ein Nachtrainieren 200 des Präferenzmodells 54 stattfindet. Verallgemeinert ausgedrückt, wird um jede physische Sensorgruppe eine Abstraktionsschicht bereitgestellt. Diese wechselt in definierten, aber flexiblen Abfolgen zwischen den verschiedenen Zuständen eines Sensors 11. Diese Abstraktionsschicht ist grundsätzlich für jeden Leistungstransformator 10 verwendbar. Vorteile dieses Systems ist die Unabhängigkeit von spezifischen Sensoren 11, da diese über Modelle abgebildet werden können. Gleichzeitig können physische Sensoren 11 durch Datenmodelle 50 ersetzt werden, was Kosten und Komplexität senken kann. Gleichzeitig können normalerweise nur offline verfügbaren Daten mit in die Modellierung einbezogen werden und zusätzliche Messdaten 40 bereitstellen.A combination of model error and noisy signal is also shown in step E, where, on the one hand, substitute model measurement data 40 is generated via the preference model 54, but also a retraining 200 of the preference model 54 takes place. Generally speaking, an abstraction layer is provided around each physical sensor group. This abstraction layer switches between the various states of a sensor 11 in defined but flexible sequences. This abstraction layer can basically be used for any power transformer 10. The advantage of this system is its independence from specific sensors 11, since these can be mapped using models. At the same time, physical sensors 11 can be replaced by data models 50, which can reduce costs and complexity. At the same time, data that is normally only available offline can be included in the modeling and provide additional measurement data 40.

In 6 ist beispielhaft ein zeitlicher Verlauf von Realmessdaten 34 und Modellmessdaten 40 während eines Trainings, also Vortrainieren 130, Trainieren 150 oder Nachtrainieren 200, eines Datenmodells 50 gezeigt. Im konkreten Beispiel sind im oberen Teil die Hotspot-Temperatur und die Öltemperatur jeweils mit den Realmessdaten 34 und den zugehörigen Modellmessdaten 40 gezeigt. Als Eingangsgrößen für das Modell 50 sind im unteren Teil die elektrische Last 60 und die Umgebungstemperatur 62 aufgetragen. Man kann erkennen, dass sich über die Zeit ein Modellfehler verringert und sich Realmessdaten 34 und den Modellmessdaten 40 in Ihren Werten annähern. Das Datenmodells 50 lernt also aus den Realmessdaten 34 über die Zeit durch Anpassung der Parameter des Datenmodells 50, bis die Abweichungen akzeptabel gering sind.In 6 As an example, a temporal progression of real measurement data 34 and model measurement data 40 during training, i.e., pre-training 130, training 150, or post-training 200, of a data model 50 is shown. In the specific example, the hotspot temperature and the oil temperature are shown in the upper part, each with the real measurement data 34 and the associated model measurement data 40. The electrical load 60 and the ambient temperature 62 are plotted in the lower part as input variables for the model 50. It can be seen that a model error decreases over time and the real measurement data 34 and the model measurement data 40 become more similar in their values. The data model 50 therefore learns from the real measurement data 34 over time by adjusting the parameters of the data model 50 until the deviations are acceptably small.

In einem Beispiel (nicht dargestellt) ist das Präferenzmodell 54 ein IEEE Std C57-91-2011 Annex G-Modell. Die Referenzmessgrößen sind die Hotspottemperatur, Top-Oil-Temperatur und Umgebungstemperatur 62 sowie die elektrische Last 60 des Leistungstransformators 10. Der Zustandsautomat bzw. die Überwachungseinheit 44 erkennt im Zusammenspiel mit der Simulationseinheit 56 aufgrund der berechneten Abweichung zwischen Realmessdaten 34 und Modellmessdaten 40, ob eine Kühlvorrichtung eines Leistungstransformators 11 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist bzw. ausgefallen ist. In einem Beispiel erfolgt das Berechnen der Abweichung 160 durch die Überwachungseinheit 44 durch ein künstliches neuronales Netz. Dies hat den Vorteil, dass nichtlineare Entscheidungsschwellen und Schwellenwerte 58 realisiert werden können.In one example (not shown), the preference model 54 is an IEEE Std C57-91-2011 Annex G model. The reference measured variables are the hotspot temperature, top oil temperature, and ambient temperature 62, as well as the electrical load 60 of the power transformer 10. The state machine or monitoring unit 44, in conjunction with the simulation unit 56, uses the calculated deviation between real measurement data 34 and model measurement data 40 to determine whether a cooling device of a power transformer 11 is switched on or off, or has failed. In one example, the deviation 160 is calculated by the monitoring unit 44 using an artificial neural network. This has the advantage that nonlinear decision thresholds and threshold values 58 can be implemented.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Additionally, it should be noted that "comprising" does not exclude other elements or steps, and "one" or "an" does not exclude a plurality. Furthermore, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limitations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Verfahren zum kontinuierlichen Bereitstellen von MessdatenProcedure for the continuous provision of measurement data
110110
Anfordern von MessdatenRequesting measurement data
120120
Bereitstellen einer Vielzahl von DatenmodellenProviding a variety of data models
130130
Vortrainieren der DatenmodellePre-training the data models
140140
Auswählen eines PräferenzmodellsSelecting a preference model
150150
Trainieren des PräferenzmodellsTraining the preference model
160160
Berechnen einer AbweichungCalculating a deviation
170170
Vergleichen der Abweichung mit einem SchwellenwertComparing the deviation with a threshold
180180
Übermitteln der Modellmessdaten an die SteuereinheitTransmitting the model measurement data to the control unit
190190
Übermitteln von Realmessdaten an die SteuereinheitTransmitting real measurement data to the control unit
200200
Nachtrainieren des PräferenzmodellsRetraining the preference model
1010
Leistungstransformatoren LeistungstransformatorPower transformers Power transformer
1111
physischer Sensorphysical sensor
1212
TemperatursensorTemperature sensor
1414
Drucksensorpressure sensor
1616
Strömungssensorflow sensor
1818
DrehmomentsensorTorque sensor
2020
VibrationssensorVibration sensor
2222
FüllstandsensorLevel sensor
2424
FeuchtesensorHumidity sensor
2626
GassensorGas sensor
2828
KapazitätsmesssensorCapacitance measuring sensor
3030
Sensor für elektrische GrößenSensor for electrical quantities
3232
AusdehnungsgefäßExpansion tank
3434
RealmessdatenReal measurement data
3636
EingangsgrößenInput variables
3838
virtueller Sensor (Modell)virtual sensor (model)
4040
ModellmessdatenModel measurement data
4141
System zum Bereitstellen von MessdatenSystem for providing measurement data
4242
SteuereinheitControl unit
4444
Überwachungseinheitmonitoring unit
4646
ModelldatenbankModel database
4848
ReferenzmessdatenReference measurement data
4949
Realmessdaten, historischReal measurement data, historical
5050
DatenmodellData model
5252
TrainingsdatenTraining data
5454
PräferenzmodellPreference model
5656
SimulationseinheitSimulation unit
5858
SchwellenwertThreshold
6060
elektrische Lastelectrical load
6262
UmgebungstemperaturAmbient temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2017011612A1 [0003]US 2017011612A1 [0003]

Claims (16)

Verfahren (100) zum kontinuierlichen Bereitstellen von Messdaten (40,34) in Bezug auf eine Messgröße eines Leistungstransformators (10), aufweisend die Schritte: - Anfordern (110) von Messdaten (36, 40) einer Messgröße durch eine Steuereinheit (42) des Leistungstransformators (10); - Bereitstellen (120) einer Vielzahl von Datenmodellen (50) in einer Modelldatenbank (46), wobei die Datenmodelle (50) geeignet sind, Modellmessdaten (40) einer Messgröße in Abhängigkeit von Referenzmessdaten (48) von Referenzmessgrößen zu berechnen; - Auswählen (140) eines Präferenzmodells (54) aus der Vielzahl der bereitgestellten Modelle (50) durch eine Simulationseinheit (56), wobei das Auswählen (140) auf einer geringstmöglichen Abweichung der berechneten Modellmessdaten (40) des Präferenzmodells (54) von den zugehörigen Realmessdaten (34) dieser Messgröße basiert; - Trainieren (150) des Präferenzmodells (54) mit Trainingsdaten (52) durch die Simulationseinheit, 56) wobei die Trainingsdaten (52) Referenzmessdaten (48) von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten (34) der Messgröße aufweisen; wobei das Trainieren (150) des Präferenzmodells (54) derart erfolgt, dass Parameter des Präferenzmodells (54) derart angepasst werden, dass eine Abweichung der vom Präferenzmodell (54) berechneten Modellmessdaten (40) von den Realmessdaten (34,49) der Trainingsdaten minimiert wird; - Berechnen (160), mit einer Überwachungseinheit (44), einer Abweichung zwischen den vom Präferenzmodell (54) berechneten Modellmessdaten (40) der Messgröße und Realmessdaten (34) der Messgröße; - Übermitteln (180) der Modelmessdaten (40) der Messgröße durch die Überwachungseinheit (44) an die Steuereinheit (42), wenn die Abweichung einen definierten Schwellenwert (58) erreicht oder überschreitet, an die Steuereinheit (42) des Transformators (10), oder Übermitteln (190) der Realmessdaten (34) an die Steuereinheit (42) des Leistungstransformators (10), wenn die berechnete Abweichung den Schwellenwert (58) unterschreitet. A method (100) for continuously providing measurement data (40, 34) relating to a measured variable of a power transformer (10), comprising the steps of: - requesting (110) measurement data (36, 40) of a measured variable by a control unit (42) of the power transformer (10); - providing (120) a plurality of data models (50) in a model database (46), wherein the data models (50) are suitable for calculating model measurement data (40) of a measured variable as a function of reference measurement data (48) of reference measured variables; - selecting (140) a preference model (54) from the plurality of provided models (50) by a simulation unit (56), wherein the selection (140) is based on the smallest possible deviation of the calculated model measurement data (40) of the preference model (54) from the associated real measurement data (34) of this measured variable; - Training (150) the preference model (54) with training data (52) by the simulation unit (56), wherein the training data (52) comprises reference measurement data (48) of reference measurement variables and/or real measurement data (34) of the measurement variable; wherein the training (150) of the preference model (54) is carried out in such a way that parameters of the preference model (54) are adjusted such that a deviation of the model measurement data (40) calculated by the preference model (54) from the real measurement data (34, 49) of the training data is minimized; - Calculating (160), with a monitoring unit (44), a deviation between the model measurement data (40) of the measurement variable calculated by the preference model (54) and real measurement data (34) of the measurement variable; - transmitting (180) the model measurement data (40) of the measured variable by the monitoring unit (44) to the control unit (42) of the transformer (10) when the deviation reaches or exceeds a defined threshold value (58), or transmitting (190) the real measurement data (34) to the control unit (42) of the power transformer (10) when the calculated deviation falls below the threshold value (58). Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend den Schritt: - Nachtrainieren (200) des Präferenzmodells (54) durch die Simulationseinheit (56), wenn die Abweichung zwischen Realmessdaten (34) der Messgröße und Modellmessdaten (40) einen definierten Schwellenwert (58) erreicht oder überschreitet; wobei das Nachtrainieren (200) derart erfolgt, dass eine Abweichung zwischen Modellmessdaten (40) der Messgröße und Realmessdaten (34) der Messgröße verringert ist.Procedure (100) according to Claim 1 , further comprising the step: - retraining (200) the preference model (54) by the simulation unit (56) when the deviation between real measurement data (34) of the measured variable and model measurement data (40) reaches or exceeds a defined threshold value (58); wherein the retraining (200) is carried out in such a way that a deviation between model measurement data (40) of the measured variable and real measurement data (34) of the measured variable is reduced. Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trainieren (150, 200) des Präferenzmodells (54) und die Anpassung der Parameter des Präferenzmodells (54) nach definierten Zeitabständen wiederholt wird.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the training (150, 200) of the preference model (54) and the adaptation of the parameters of the preference model (54) are repeated after defined time intervals. Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen (120) der Datenmodelle (50) ein IEC 60076-7-Modell, ETF-Modell (Estimate Transfer Function), ein Modell basierend auf linearer Regression und/oder ein IEEE Std C57-91-2011 Annex G-Modell aufweist.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the providing (120) of the data models (50) comprises an IEC 60076-7 model, ETF model (Estimate Transfer Function), a model based on linear regression and/or an IEEE Std C57-91-2011 Annex G model. Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Präferenzmodell (54) ein IEC-60076-7 Modell ist und die Simulationseinheit (56) die Parameter des Präferenzmodells (54) durch Lösen der Differenzialgleichung des Präferenzmodells (54) berechnet, wobei die Parameter unter Minimierung von Modellfehler, Strafterm(Kurzzeitänderung) und Strafterm(Startwertänderung) ermittelt werden; wobei die Ermittlung der Parameter auf historischen oder aktuellen Messdaten (34,49) von Umgebungstemperatur (62), maximaler Wicklungstemperatur, Top-Oil-Temperatur, und elektrischer Last (60) basieren.The method (100) according to one of the preceding claims, wherein the preference model (54) is an IEC-60076-7 model, and the simulation unit (56) calculates the parameters of the preference model (54) by solving the differential equation of the preference model (54), wherein the parameters are determined while minimizing model error, penalty term (short-term change), and penalty term (initial value change); wherein the determination of the parameters is based on historical or current measurement data (34, 49) of ambient temperature (62), maximum winding temperature, top oil temperature, and electrical load (60). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße eine Hotspottemperatur eines Leistungstransformators (10) ist und die Referenzmessgröße eine mittlere Öltemperatur, eine Top-Oil-Temperatur, eine elektrische Last des Leistungstransformators und/oder eine Umgebungstemperatur (62) ist.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the measured variable is a hotspot temperature of a power transformer (10) and the reference measured variable is an average oil temperature, a top oil temperature, an electrical load of the power transformer and/or an ambient temperature (62). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße ein Polymerisationsgrad der Papierisolation eines Leistungstransformators (10) ist.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the measured variable is a degree of polymerization of the paper insulation of a power transformer (10). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße eine Gasanalyse (DGA) eines Leistungstransformators (10) betreffen.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the measured variable relates to a gas analysis (DGA) of a power transformer (10). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor der Auswahl des Präferenzmodells (54) ein - Vortrainieren (130) einer Vielzahl von Datenmodellen (50) auf Basis von Trainingsdaten (52) erfolgt, wobei die Trainingsdaten (52) Referenzmessdaten (48) von Referenzmessgrößen und/oder Realmessdaten (34) der Messgröße aufweisen; wobei das Vortrainieren (130) der Datenmodelle derart erfolgt, dass Parameter der Datenmodelle (50) derart angepasst werden, dass eine Abweichung der Modellmessdaten (40) von den Realmessdaten (34) der Trainingsdaten (52) verringert wird;Method (100) according to one of the preceding claims, wherein, prior to the selection of the preference model (54), a - pre-training (130) of a plurality of data models (50) is carried out based on training data (52), wherein the training data (52) comprises reference measurement data (48) of reference measurement variables and/or real measurement data (34) of the measurement variable; wherein the pre-training (130) of the data models is carried out such that parameters of the data models (50) are adapted such that a deviation of the model measurement data (40) from the real measurement data (34) of the training data (52) is reduced; Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abweichung der Modellmessdaten (40) des Präferenzmodells (54) von den zugehörigen Realmessdaten (34) dieser Messgröße einen Rauschanteil an den Realmessdaten (34) beschreibt.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the deviation of the model measurement data (40) of the preference model (54) from the associated real measurement data (34) of this measurement variable describes a noise component in the real measurement data (34). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abweichung der Modellmessdaten (40) des Präferenzmodells (54) von den zugehörigen Realmessdaten (34) dieser Messgröße eine Amplitude, Messdatenmuster und/oder Signalform der Realmessdaten (34) beschreibt.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the deviation of the model measurement data (40) of the preference model (54) from the associated real measurement data (34) of this measurement variable describes an amplitude, measurement data pattern and/or signal shape of the real measurement data (34). Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Realmessdaten (34) sensorisch erfasste Messdaten sind.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the real measurement data (34) are sensor-detected measurement data. Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Realmessdaten (34) labortechnisch offline ermittelte Messdaten sind.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the real measurement data (34) are measurement data determined offline in a laboratory. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei deren Ausführung durch einen Prozessor diesen veranlassen, das computerimplementierte Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.A computer program comprising instructions which, when executed by a processor, cause the processor to carry out the computer-implemented method (100) according to one of the Claims 1 until 13 to execute. Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei deren Ausführung durch einen Prozessor diesen veranlassen, das computerimplementierte Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.A computer-readable medium comprising instructions which, when executed by a processor, cause the processor to perform the computer-implemented method (100) according to one of the Claims 1 until 13 to execute. System (41) zum Bereitstellen von Messdaten (34,40), umfassend eine Überwachungseinheit (44), die konfiguriert ist, eine Abweichung zwischen den vom Präferenzmodell (54) berechneten Modellmessdaten (40) der Messgröße und Realmessdaten (34) der Messgröße zu berechnen und Modellmessdaten (40) und/oder Realmessdaten (34) an eine Steuereinheit des Leistungstransformators (10) zu übermitteln; eine Steuereinheit (42) zum Monitoring eines Leistungstransformators (10), die konfiguriert ist, Messdaten (34,40) einer Messgröße des Leistungstransformators (10) von einer Überwachungseinheit (44) anzufordern und Realmessdaten (34) und/oder Modellmessdaten (40) der Messgröße von der Überwachungseinheit zu empfangen; eine Simulationseinheit (56), konfiguriert, ein Präferenzmodell (54) aus der Vielzahl der bereitgestellten Datenmodelle (50) auszuwählen und zu trainieren und auf Basis von Datenmodellen (50) korrespondierende Modellmessdaten (40) zu berechnen; eine Modelldatenbank (46), konfiguriert zum Speichern von Datenmodellen (50) einer Messgröße; wobei das System (41) ausgebildet ist, das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.A system (41) for providing measurement data (34, 40), comprising a monitoring unit (44) configured to calculate a deviation between the model measurement data (40) of the measured variable calculated by the preference model (54) and real measurement data (34) of the measured variable and to transmit model measurement data (40) and/or real measurement data (34) to a control unit of the power transformer (10); a control unit (42) for monitoring a power transformer (10), configured to request measurement data (34, 40) of a measured variable of the power transformer (10) from a monitoring unit (44) and to receive real measurement data (34) and/or model measurement data (40) of the measured variable from the monitoring unit; a simulation unit (56) configured to select and train a preference model (54) from the plurality of provided data models (50) and to calculate corresponding model measurement data (40) on the basis of data models (50); a model database (46) configured to store data models (50) of a measured variable; wherein the system (41) is designed to carry out the method (100) according to one of the Claims 1 until 13 to execute.
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