基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，包括如下步驟：(1)采集高壓斷路器的分合閘線圈電流曲線作為故障診斷的數(shù)據(jù)庫，包括高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)和高壓斷路器在異常運行時的數(shù)據(jù)；(2)基于高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)，建立核主元分析的模型；(3)基于核主元分析的模型，檢測異常數(shù)據(jù)樣本；(4)運用支持向量機進行故障診斷。本發(fā)明提高了故障診斷算法的抗干擾能力，在干擾強度達到30％的情況下，診斷準確度依然可以保持在90％以上。因此，它有效地提高了高壓斷路器故障診斷的效率以及準確率，對于電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。
【專利說明】基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，是一種 非線性故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高與裝機容量的增大，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性 提出了越來越高的要求，該給電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷提出了越來越高的要求。高 壓斷路器作為電力系統(tǒng)中重要的保護與控制設(shè)備，保證其正常工作是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運 行的基礎(chǔ)。
[0003] 最初，人們對斷路器進行檢修的方式是在故障發(fā)生W后再進行檢修，也叫事故檢 修，該種檢修方式對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行有較大的影響。后來逐漸發(fā)展為固定時間進行預防性 的定期檢修。定期的檢修和維護雖然可W減少和防止一些事故的發(fā)生，但是仍然對電網(wǎng)存 在一定的影響。比如，在進行維修檢查時，需要切斷電源，對斷路器進行撤裝，在停電的狀態(tài) 下對其進行監(jiān)測，該跟斷路器正常掛網(wǎng)運行時有所區(qū)別，所檢測的數(shù)據(jù)會有一定的影響，不 能準確說明問題。目前"狀態(tài)維修"的概念逐漸流行起來。狀態(tài)維修技術(shù)是根據(jù)先進的狀 態(tài)檢測技術(shù)及故障診斷技術(shù)，提供設(shè)備的狀態(tài)信息，并對設(shè)備的運行狀況進行判斷，使得我 們可W在故障發(fā)生之前對設(shè)備進行預防性的檢修。
[0004] 30多年來，高壓斷路器的故障診斷技術(shù)經(jīng)歷了一個從簡單信號測量到人工智能、 人機協(xié)作的發(fā)展過程。最初的診斷方法是直接測量系統(tǒng)的I/O信號，通過信號變化是否超 限確定系統(tǒng)是否發(fā)生了故障。當某一表征信號與正常情況有差別時，就有可能發(fā)生了故障， 但對故障類型和部位還需要經(jīng)驗加W分析。然后，發(fā)展為對信號進行一些簡單的處理，得到 信號的相關(guān)特征量，例如變化率、系統(tǒng)效率等，從而可W使得系統(tǒng)的診斷功能得到一定程度 的改善。
[000引總么目前對該領(lǐng)域的研究還處于初級階段。在實際應(yīng)用中，受到多方面的影響， 包括；一、難W建立精確的數(shù)學模型；二、對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的不確定性、時變性等缺乏充 分的認識和了解；H、干擾和噪聲造成的影響，故障診斷算法的準確度并不高，無法滿足智 能電網(wǎng)對高壓斷路器故障診斷提出的實時性與可靠性的要求。因此，如何發(fā)明一種具有較 高精度與可靠度的高壓斷路器故障診斷算法成為亟需解決的課題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，從而提供一種能夠準確地對高壓 斷路器的故障進行模式分類，避免了不必要的檢修，有效地提高了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠 性、安全性、經(jīng)濟性的基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法。
[0007] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得W解決的：
[0008] -種基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其特征在于：包括 如下步驟：
[0009] (I)采集高壓斷路器的分合間線圈電流曲線作為故障診斷的數(shù)據(jù)庫，包括高壓斷 路器在正常運行時的數(shù)據(jù)和高壓斷路器在異常運行時的數(shù)據(jù)；
[0010] (2)基于高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)，建立核主元分析的模型；
[0011] (3)基于核主元分析的模型，檢測異常數(shù)據(jù)樣本；
[0012] (4)運用支持向量機進行故障診斷。
[0013] 更優(yōu)的是，所述的步驟（1)中，高壓斷路器的分合間線圈電流通過霍爾電流傳感 器進行采集。
[0014] 更優(yōu)的是，所述的步驟（2)中，核主元分析模型的建立包括如下步驟：
[0015] (21)采集高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立訓練樣本數(shù)據(jù) 矩陣Xmx。，第i個訓練樣本數(shù)據(jù)為Xi ;
[0016] (22)選取核函數(shù)和核參數(shù)，計算訓練樣本數(shù)據(jù)矩陣的核矩陣K，對核矩陣K進行中 也化處理得到K';
[0017] (23)計算K'的協(xié)方差矩陣，計算所述的協(xié)方差矩陣的特征值A(chǔ)i W及特征向量 Pi ;
[001引 （24)對特征值入i按降序排列，得到A ' 1 > A ' 2 > L > A '。，賦值A(chǔ) i = 入'i;對特征向量Pi進行正交化處理，得到P' 1，P' 2, Lp'。，賦值Pi = P' i;將標準 化數(shù)據(jù)矩陣Zmx。分解為n個特征向量的外積和之=hpf + L ，其中ti為 主元向量，反映了樣本間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系；
[001引 （2W計算排序后的特征值A(chǔ)i的累積貢獻率Li, L2, L，L。，根據(jù)設(shè)定闊值e，若 Lk^ ￡，則提取主元向量的個數(shù)k;
[0020] (26)計算統(tǒng)計量SPE的值并確定置信限。
[0021] 更優(yōu)的是，所述的步驟（3)中，異常數(shù)據(jù)樣本的檢測過程為；首先重新采集高壓斷 路器運行過程中的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立測試樣本數(shù)據(jù)矩陣；然后采用與步驟（2) 相同的方法，對測試樣本數(shù)據(jù)矩陣計算核矩陣，直至計算出統(tǒng)計量的值；最后將計算出的統(tǒng) 計量SPE的值與步驟（26)得到的置信限進行比較，若超過則判斷為發(fā)生故障，否則正常。
[0022] 更優(yōu)的是，所述的步驟（26)中：
[0023] 計算統(tǒng)計量SPE的值為
[0024] SPE(I)二 e詞二 Z火I - Pk巧)Zf
[0025] 其中，Gi為誤差矩陣向量為標準化數(shù)據(jù)矩陣向量，Pk =虹，P2，L，pJ為正交化 /l ... l\ 處理后的前k個特征向量，/二 ；--?；; V --? V
[0026] 確定置信限為
【權(quán)利要求】
1. 一種基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其特征在于：包括如 下步驟： (1) 采集高壓斷路器的分合閘線圈電流曲線作為故障診斷的數(shù)據(jù)庫，包括高壓斷路器 在正常運行時的數(shù)據(jù)和高壓斷路器在異常運行時的數(shù)據(jù)； (2) 基于高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)，建立核主元分析的模型； (3) 基于核主元分析的模型，檢測異常數(shù)據(jù)樣本； (4) 運用支持向量機進行故障診斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其 特征在于：所述的步驟（1)中，高壓斷路器的分合閘線圈電流通過霍爾電流傳感器進行采 集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其 特征在于：所述的步驟（2)中，核主元分析模型的建立包括如下步驟： (21) 采集高壓斷路器在正常運行時的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立訓練樣本數(shù)據(jù)矩陣 Xnixn,第i個訓練樣本數(shù)據(jù)為Xi ; (22) 選取核函數(shù)和核參數(shù)，計算訓練樣本數(shù)據(jù)矩陣的核矩陣K，對核矩陣K進行中心化 處理得到Γ; (23) 計算Γ的協(xié)方差矩陣，計算所述的協(xié)方差矩陣的特征值A(chǔ)i以及特征向量Pi ; (24) 對特征值入1按降序排列，得到λ' 2>L>X'n，賦值Xi=X' i; 對特征向量Pi進行正交化處理，得到VpP' 2，L，P<n，賦值Pi=P^i;將標準化數(shù)據(jù)矩 陣Zmxn分解為η個特征向量的外積和Z +Ι+t,冰，其中ti為主元向量， 反映了樣本間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系； (25) 計算排序后的特征值A(chǔ)i的累積貢獻率L1AyULn，根據(jù)設(shè)定閾值ε，若LkSε， 則提取主元向量的個數(shù)k; (26) 計算統(tǒng)計量SPE的值并確定置信限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其 特征在于：所述的步驟（3)中，異常數(shù)據(jù)樣本的檢測過程為：首先重新采集高壓斷路器運行 過程中的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立測試樣本數(shù)據(jù)矩陣；然后采用與步驟（2)相同的方 法，對測試樣本數(shù)據(jù)矩陣計算核矩陣，直至計算出統(tǒng)計量的值；最后將計算出的統(tǒng)計量SPE 的值與步驟（26)得到的置信限進行比較，若超過則判斷為發(fā)生故障，否則正常。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于核主元分析的支持向量機高壓斷路器故障診斷方法，其 特征在于：所述的步驟（26)中： 計算統(tǒng)計量SPE的值為
其中，ei為誤差矩陣向量，Zi為標準化數(shù)據(jù)矩陣向量，Pk= [Pl，p2,L，pk]為正交化處理 fI···I^ 后的前k個特征向量，了= ; ···;; V1 1J 確定置信限為
Ca為正態(tài)分布在檢驗水平α下的臨界值。
【文檔編號】G01R31/327GK104237777SQ201410400628
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】沈偉, 鄭建勇, 梅軍, 張勇, 倪杰, 梅飛, 朱克東, 王敏, 周江, 季秋謠 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司泰州供電公司, 東南大學