本發(fā)明涉及一種變壓器內(nèi)部油紙絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其涉及一種基于支持向量機(jī)(svm)的油紙絕緣系統(tǒng)擊穿電壓預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。隨著我國電力系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，變壓器的電壓等級(jí)逐漸提高，容量逐漸增大，電力部門對變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。然而近年來，變壓器在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)故障，造成了巨大損失。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，超半數(shù)的變壓器故障是由絕緣問題引起的。因此，在設(shè)計(jì)階段對其絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析是非常關(guān)鍵的一個(gè)步驟。

超特高壓電力變壓器大多采用油紙復(fù)合絕緣，變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而形成了圓筒形和板型等絕緣結(jié)構(gòu)。目前對變壓器絕緣裕度的計(jì)算，大多利用采用油隙擊穿場強(qiáng)實(shí)驗(yàn)值作為參考，比對變壓器電場計(jì)算結(jié)果相應(yīng)的得出絕緣裕度，而油隙及紙板擊穿電壓受多方面因素影響，同時(shí)變壓器內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)形式多樣，因此用單一閾值作為油紙絕緣評(píng)估的依據(jù)過于簡單，采用準(zhǔn)確且高效的方法預(yù)測不同結(jié)構(gòu)油紙絕緣系統(tǒng)的擊穿電壓是變壓器絕緣設(shè)計(jì)和計(jì)算亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提出的一種基于支持向量機(jī)的油紙絕緣系統(tǒng)擊穿電壓預(yù)測方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于支持向量機(jī)的油紙絕緣系統(tǒng)擊穿電壓預(yù)測方法，包含以下步驟：

(1)選取變壓器中典型油紙絕緣結(jié)構(gòu)，確定其擊穿電壓影響因素，制定影響因素執(zhí)行表；

(2)根據(jù)上述影響因素執(zhí)行表，選用干燥無雜質(zhì)油進(jìn)行擊穿電壓實(shí)驗(yàn)，記錄擊穿電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；也即根據(jù)所選取的影響因子，選取實(shí)驗(yàn)樣本空間，制定影響因數(shù)執(zhí)行表，并依據(jù)執(zhí)行表中組合進(jìn)行多次油紙絕緣擊穿實(shí)驗(yàn)，記錄在不同影響因素下的擊穿電壓，用以確定svm模型結(jié)構(gòu)；

(3)建立svm回歸預(yù)測模型，利用影響因素執(zhí)行表和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，確定svm模型結(jié)構(gòu)；

(4)將待預(yù)測油紙絕緣系統(tǒng)拆分不同形式絕緣結(jié)構(gòu)的組合，通過計(jì)算獲得各絕緣結(jié)構(gòu)的電氣參數(shù)，建立用于計(jì)算電壓作用下各絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓值的等效電路模型；

(5)利用svm回歸預(yù)測模型計(jì)算拆分后各絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓；

(6)將步驟(5)中計(jì)算所得的擊穿電壓比對不同外施電壓下各絕緣結(jié)構(gòu)的等效電路模型的承受電壓，進(jìn)而得到該油紙絕緣系統(tǒng)的預(yù)測擊穿電壓。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述典型油紙絕緣結(jié)構(gòu)包括變壓器中常用的圓筒和平板兩種絕緣類型；所述擊穿電壓影響因素包括所述絕緣結(jié)構(gòu)類型、尺寸以及油紙絕緣厚度和外施電壓類型。

影響油紙絕緣擊穿電壓的因素很多，如絕緣包裹的電極形式，油隙及絕緣紙厚度、變壓器油中水分和氣泡含量、溫度和承受電壓類型等等。在實(shí)際運(yùn)行中變壓器油溫度、水分和氣泡等難以人為控制，而電極形狀和絕緣結(jié)構(gòu)卻是能根據(jù)需求在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行調(diào)整的，且考慮到變壓器的結(jié)構(gòu)特征，其內(nèi)部中大部分油紙絕緣結(jié)構(gòu)都可簡化成球型、筒型或板型等絕緣結(jié)構(gòu)的組合。因此典型油紙絕緣結(jié)構(gòu)選取球型、圓筒和平板3種絕緣類型；忽略溫度、水分和氣泡對變壓器油擊穿電壓的，選取影響因子為前述絕緣結(jié)構(gòu)類型、幾何尺寸以及油紙絕緣厚度和外施電壓類型。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)具體包括：

(31)將步驟(1)中擊穿電壓影響因素作為輸入數(shù)據(jù)集，擊穿電壓作為輸出數(shù)據(jù)；

(32)選擇rbf函數(shù)為svm核函數(shù)，即：

其中，x是n維輸入向量；xi是基函數(shù)中心，與x具有相同維數(shù)；σ是感知的變量，決定了該基函數(shù)圍繞中心點(diǎn)的寬度；

(33)用步驟(1)中制定的影響因素執(zhí)行表和步驟(2)中得到的擊穿電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練svm回歸預(yù)測模型，獲得相應(yīng)的支持向量，并據(jù)此確定該svm回歸預(yù)測模型的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，步驟(4)中將待預(yù)測油紙絕緣系統(tǒng)拆分為圓筒、平板和球型3種絕緣結(jié)構(gòu)的組合來分析絕緣系統(tǒng)的絕緣特性。

進(jìn)一步地，所述步驟(6)具體包括：

(61)對所述各等效電路模型逐步增加外施電壓，同時(shí)計(jì)算對應(yīng)輸入電壓下各絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓；

(62)當(dāng)某一絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓達(dá)到該絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓時(shí)，記錄當(dāng)前輸入電壓，所述當(dāng)前輸入電壓即為所述油紙絕緣系統(tǒng)的預(yù)測擊穿電壓。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明預(yù)測方法簡單、高效，有助于解決變壓器油紙絕緣分析中的不確定性，減少變壓器油電氣特性研究中油隙擊穿試驗(yàn)的試驗(yàn)量，降低試驗(yàn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)例中紙筒絕緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)例中各層紙板等效電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。

如圖1所示，一種基于支持向量機(jī)的油紙絕緣系統(tǒng)擊穿電壓預(yù)測方法，包含以下步驟：

s1、選取變壓器中典型油紙絕緣結(jié)構(gòu)，確定其擊穿電壓影響因素，制定影響因素執(zhí)行表；

本實(shí)例以變壓器繞組外油紙筒絕緣系統(tǒng)作為預(yù)測對象，如圖2所示。因油紙筒絕緣為多層圓筒結(jié)構(gòu)，因而選取圓筒形絕緣結(jié)構(gòu)，影響因素包括絕緣紙筒高度、半徑、厚度，油隙厚度，電壓類型等，制定如下影響因素執(zhí)行表。

表1為擊穿電壓實(shí)驗(yàn)影響因素執(zhí)行表

s2、根據(jù)上述影響因素執(zhí)行表，選用干燥無雜質(zhì)油進(jìn)行擊穿電壓實(shí)驗(yàn)，分別記錄擊穿電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本實(shí)例中，根據(jù)上述影響因子執(zhí)行表，設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)擊穿實(shí)驗(yàn)，并分別記錄各組序號(hào)下的擊穿電壓。

s3、建立svm回歸預(yù)測模型，利用影響因素執(zhí)行表和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，確定svm模型結(jié)構(gòu)，具體包括：

s31、將步驟(1)中擊穿電壓影響因素作為輸入數(shù)據(jù)集，擊穿電壓作為輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)前述分析，本實(shí)施例選取擊穿電壓影響因素如紙板高度、半徑、紙板厚度、油隙厚度和電壓類型作為輸入數(shù)據(jù)集；

s32、svm核函數(shù)包括線性函數(shù)、徑向基函數(shù)(rbf)、sigmoid函數(shù)等，選擇徑向基函數(shù)(rbf)為svm核函數(shù)，即：

其中，x是n維輸入向量；xi是基函數(shù)中心，與x具有相同維數(shù)；σ是感知的變量，決定了該基函數(shù)圍繞中心點(diǎn)的寬度；

s33、用步驟(1)中制定的影響因素執(zhí)行表和步驟(2)中得到的擊穿電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練svm回歸預(yù)測模型，獲得相應(yīng)的支持向量，并據(jù)此確定該svm回歸預(yù)測模型的結(jié)構(gòu)。

s4、將待預(yù)測油紙絕緣系統(tǒng)拆分不同形式絕緣結(jié)構(gòu)的組合，通過計(jì)算獲得各絕緣結(jié)構(gòu)的電氣參數(shù)，建立用于計(jì)算電壓作用下各絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓值的等效電路模型。

將本實(shí)例中的多層圓筒絕緣結(jié)構(gòu)拆分為單個(gè)油紙筒間隙絕緣結(jié)構(gòu)，并根據(jù)預(yù)測目標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)的等效電路模型。本實(shí)例預(yù)測目標(biāo)為交流擊穿電壓，所以僅考慮各紙板及油隙的等效容抗，建立各層絕緣結(jié)構(gòu)的等效電路模型，如圖3所示。

s5、利用svm回歸預(yù)測模型計(jì)算拆分后各絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓，即利用步驟s3中建立的svm回歸預(yù)測模型，分別預(yù)測經(jīng)過步驟s4中拆分后各層絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓ub。

s6、將步驟(5)中計(jì)算所得的擊穿電壓比對不同外施電壓下各絕緣結(jié)構(gòu)的等效電路模型的承受電壓，進(jìn)而得到該油紙絕緣系統(tǒng)的預(yù)測擊穿電壓，具體包括：

s61、對所述各等效電路模型逐步增加輸入電壓ui，同時(shí)計(jì)算對應(yīng)輸入電壓ui下各油紙筒間隙絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓us；

s62、當(dāng)某一油紙筒間隙絕緣結(jié)構(gòu)的承受電壓us達(dá)到該油紙筒間隙絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓時(shí)ub，記錄當(dāng)前輸入電壓ui，所述當(dāng)前輸入電壓ui即為所述油紙絕緣系統(tǒng)的預(yù)測擊穿電壓。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。