CN109406898A - 一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，包括以下步骤：步骤S1:基于改进层次分析法计算变压器N个老化特征量的权重值；步骤S2:根据FCM聚类算法对数据库进行指标数据分类形成的4级绝缘状态标准向量，与M台待评估变压器实测的时域介电谱以及扩展德拜模型获取的N个评估绝缘状况特征值，建立（M+4）×N的评估矩阵；步骤S3:将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵;步骤S4:根据无量纲矩阵，构建基于双基点法的油纸绝缘状态评估模型，并计算油纸绝缘状态评估模型中各特征量向量与正理想点间的贴近度差值ε i ；步骤S5:根据贴近度差值εi判断待评估变压器的油纸绝缘老化状况。本发明可以有效地评估油纸绝缘老化状态。

Description

一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法
技术领域
本发明涉及一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法。
背景技术
目前在油纸绝缘老化诊断研究领域中，通常借助介电响应特征参量定性分析油纸绝缘状态，并已得到专家们的关注和广泛地得到应用。然而，对于变压器油纸绝缘状态综合评估还存在一些不足。部分研究都是仅限单个或少数的特征量与绝缘老化状态的相关性分析，并未充分利用多个特征量来对油纸绝缘状态进行准确的综合评估。同时针对不同特征量对变压器油纸绝缘状态评估的重要程度还未受到重视。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，能够实现对变压器的绝缘状态进行综合评估，有效地评估油纸绝缘老化状态。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，包括以下步骤：
步骤S1:基于改进层次分析法计算变压器N个老化特征量的权重值；
步骤S2:根据FCM聚类算法对数据库进行指标数据分类形成的4级绝缘状态标准向量，与M台待评估变压器实测的时域介电谱以及扩展德拜模型获取的N个评估绝缘状况特征值，建立(M+4)×N的评估矩阵；
步骤S3:将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵；
步骤S4:根据无量纲矩阵，构建基于双基点法的油纸绝缘状态评估模型，并计算油纸绝缘状态评估模型中各特征量向量与正理想点间的贴近度差值εi；
步骤S5:根据贴近度差值εi判断待评估变压器的油纸绝缘老化状况。
进一步的，所述步骤S1具体为：
步骤S11:建立判断矩阵，根据变压器N个老化特征量指标(x1,x2,...,xN)，并根据根据标度法得出相应的比较矩阵E＝(eij)n×n
其中，eij为第i个特征量指标与第j项特征量指标的重要性比值，且eji＝1/eij；
步骤S12:根据式(1)-(3)计算最优拟一矩阵E’＝(eij’)n×n：
bij＝logeij (1)
步骤S13:对最优拟一矩阵的每一列进行规范化处理求取各层次的的特征向量，利用式(4)和(5)计算可得每层排序指标的权重分配
其中，eij”为规范化处理后的特征元素，m为每个层次的指标数目，gi为最大特征值元素，即第i个特征量xi的权重系数wi。
进一步的，所述步骤S2具体为：
利用FCM聚类算法对数据库中多台不同老化程度的变压器的测试数据进行指标数据分类，形成4级不同绝缘状态的绝缘状态标准向量，4个等级分别为：绝缘状态良好、绝缘状态适中、绝缘状态较差、绝缘老化严重。结合4级绝缘状态标准向量，与M台待评估变压器实测的时域介电谱以及扩展德拜模型获取N个评估绝缘状况特征值，建立评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N，如式(6)所示:
在矩阵L中，xj(j＝1,2,...,N)表示待评估变压器绝缘状态的第j列特征值，lij(i＝1,2,...,M+4；j＝1,2,...,N)表示第i台变压器的第j个老化特征量指标，M表示待评估变压器台数，N表示老化特征量个数。
进一步的，所述步骤S3具体为：
将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵。对于参数值越大则油纸绝缘状态越好型指标采用式(7)进行归一化处理，对于参数值越小则油纸绝缘状态越好型指标采用式(8)进行归一化处理，即：
通过同阶变换后，将评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N转换为无量纲矩阵L’＝(lij’)(M+4)×N，如式(9)所示：
进一步的，所述步骤S4具体为：
步骤S41:根据无量纲矩阵，构建加权评估矩阵X：
X＝(xij)(M+4)×N＝(wjl'ij)(M+4)×N (10)
式(10)中，wj为步骤S1计算的第j个特征量权重；
步骤S42:根据式(11)、式(12)计算加权评估矩阵中的正理想点向量x+和负理想点向量x-:
式中：
步骤S43:运用双基点法，按照式(13)计算每组特征量指标与正理想点的贴近度γ，即：
式(13)中：xi＝(xi1,xi2,...,xiN)表示加权评估矩阵X的第i个行向量；
步骤S44:计算加权评估矩阵X中待评估变压器分别与4级绝缘状态标准向量到正理想点间的贴近度差值εi，即
εi＝|γM+4-γi|(i＝1,2,…,4) (14)
由式(14)可看出：εi越小表示这两组向量间的贴近度越接近，状态越相似。
进一步的，所述步骤S5具体为：
1)若待评估变压器与绝缘状态良好的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘良好；
2)若待评估变压器与绝缘状态适中的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘适中；
3)若待评估变压器与绝缘状态较差的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘较差；
4)若待评估变压器与绝缘老化严重的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘老化严重。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明融合多特征量对油纸绝缘状态进行综合评估，准确性与可靠性较高；
2、本发明基于9标度法采用层次分析法对评估指标的重要程度进行比较，计算得到各特征量评估指标的权重，使诊断结果更加客观；
3、本发明有效地评估油纸绝缘老化状态提供了一种可靠而有力的评估手段。
附图说明
图1是本发明实施例中变压器油纸绝缘状态评估指标体系。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，包括以下步骤：
步骤S1:基于改进层次分析法计算变压器N个老化特征量的权重值；
步骤S11:建立判断矩阵，根据变压器N个老化特征量指标(x1,x2,...,xN)，并根据根据表1的9标度法得出相应的比较矩阵E＝(eij)n×n
表1 9标度含义表
其中，eij为第i个特征量指标与第j项特征量指标的重要性比值，且eji＝1/eij；
步骤S12:根据式(1)-(3)计算最优拟一矩阵E’＝(eij’)n×n：
bij＝logeij (1)
步骤S13:对最优拟一矩阵的每一列进行规范化处理求取各层次的的特征向量，利用式(4)和(5)计算可得每层排序指标的权重分配
其中，eij”为规范化处理后的特征元素，m为每个层次的指标数目，gi为最大特征值元素，即第i个特征量xi的权重系数wi。
步骤S2:利用FCM聚类算法对数据库中多台不同老化程度的变压器的测试数据进行指标数据分类，形成4级不同绝缘状态的绝缘状态标准向量，4个等级分别为：绝缘状态良好、绝缘状态适中、绝缘状态较差、绝缘老化严重。结合4级绝缘状态标准向量以及M台待评估变压器实测的时域介电谱和扩展德拜模型获取的N个评估绝缘状况特征值，建立评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N，如式(6)所示:
在矩阵L中，xj(j＝1,2,...,N)表示待评估变压器绝缘状态的第j列特征值，lij(i＝1,2,...,M+4；j＝1,2,...,N)表示第i台变压器的第j个老化特征量指标，M表示待评估变压器台数，N表示老化特征量个数。
步骤S3:将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵；
对于参数值越大则油纸绝缘状态越好型指标采用式(7)进行归一化处理，对于参数值越小则油纸绝缘状态越好型指标采用式(8)进行归一化处理，即：
通过同阶变换后，将评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N转换为无量纲矩阵L’＝(lij’)(M+4)×N，如式(9)所示：
步骤S4:根据无量纲矩阵，构建基于双基点法的油纸绝缘状态评估模型,并计算油纸绝缘状态评估模型中各特征量向量与正理想点间的贴近度差值εi；
步骤S41:根据无量纲矩阵，构建加权评估矩阵X：
X＝(xij)(M+4)×N＝(wjl'ij)(M+4)×N (10)
式(10)中，wj为步骤S1计算的第j个特征量权重；
步骤S42:根据式(11)、式(12)计算加权评估矩阵中的正理想点向量x+和负理想点向量x-:
式中：
步骤S43:运用双基点法，按照式(13)计算每组特征量指标与正理想点的贴近度γ，即：
式(13)中：xi＝(xi1,xi2,...,xiN)表示加权评估矩阵X的第i个行向量；
步骤S44:计算加权评估矩阵X中待评估变压器分别与4级绝缘状态标准向量到正理想点间的贴近度差值εi，即
εi＝|γM+4-γi|(i＝1,2,…,4) (14)
由式(14)可看出：εi越小表示这两组向量间的贴近度越接近，状态越相似。
步骤S5:根据贴近度差值εi判断待评估变压器的油纸绝缘老化状况；
1)若待评估变压器与绝缘状态良好的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘良好；
2)若待评估变压器与绝缘状态适中的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘适中；
3)若待评估变压器与绝缘状态较差的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘较差；
4)若待评估变压器与绝缘老化严重的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘老化严重。
实施例1：
参考图1，本实施例针对1台型号为cub-MRM/220的待评估变压器T1现场测试的时域介电谱及扩展德拜模型选取5个评估绝缘状况的老化特征值，x1～x5分别为：回复电压极大值Urmax、回复电压极化谱主时间常数tcdom、初始斜率Sr、变压器绝缘电阻Rg、几何电容Cg。
1)根据选取的老化特征量建立变压器油纸绝缘状态评估指标体系，如图1所示，并应用步骤S1计算特征量的权重系数。
根据图1中的顺序标记多指标参数，并对每一级分别进行重要程度递减排序：
a)项目层E0：回复电压指标>扩展德拜模型指标；
b)指标层E1、E2：3个评估指标(Urmax、tcdom、Sr)E1中：tcdom>Urmax>Sr；
2个评估指标(Rg、Cg)E2中：Rg>Cg。
根据表1的9标度法形成分级比较矩阵：
由式(1)-(5)计算得：
根据W＝G0*[G1 G2]＝[w1 w2 w3 w4 w5](表示G0中2个元素分别与G1、G2中的元素相乘)，计算得到各特征量的权重值为：
W＝[0.1516 0.5255 0.0729 0.1875 0.0625]
2)根据步骤2，根据FMC算法对数据库进行指标数据分类形成的4级标准绝缘状态向量数据与待评估变压器T1数据建立评估矩阵L1。
3)根据步骤3，将L1进行量纲归一化得L1’，其中tcdom、Rg为参数值越大绝缘状态越好型指标，Urmax、Sr、Cg为参数值越小绝缘状态越好型指标。
4)根据步骤4和步骤5对待评估变压器进行诊断。由式(10)
构造加权评估矩阵X1。
根据式(11)、式(12)选出评估矩阵X1中的正理想点x+与负理想点x-。
x+＝[0.1516 0.5255 0.0729 0.1875 0.0625]
x－＝[0 0 0 0 0]
根据双基点法评估模型，由式(13)计算每组加权评估矩阵中每台变压器的特征量指标与正理想点的贴近度γ，待评估变压器T1计算结果如表2所示。
表2变压器T1和4组标准值与正理想点的贴近度
利用式(14)计算各台待评估变压器与每组标准向量的贴近度差值ε，差值最小的表示这两组数据拥有相同的绝缘状态，计算结果如表3所示。
表3变压器T1与4组标准值的贴近度差值
因为ε4最小，表示待评估变压器T1与第四组(绝缘老化严重)的标准向量间的εi最小，则该变压器油纸绝缘老化严重。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤S1:基于改进层次分析法计算变压器N个老化特征量的权重值；
步骤S2:根据FCM聚类算法对数据库进行指标数据分类形成的4级绝缘状态标准向量，与M台待评估变压器实测的时域介电谱以及扩展德拜模型获取的N个评估绝缘状况特征值，建立(M+4)×N的评估矩阵；
步骤S3:将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵；
步骤S4:根据无量纲矩阵，构建基于双基点法的油纸绝缘状态评估模型，并计算油纸绝缘状态评估模型中各特征量向量与正理想点间的贴近度差值εi；
步骤S5:根据贴近度差值εi判断待评估变压器的油纸绝缘老化状况。
2.根据权利要求1所述的一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
步骤S11:建立判断矩阵，根据变压器N个老化特征量指标(x1,x2,...,xN)，并根据根据标度法得出相应的比较矩阵E＝(eij)n×n
其中，eij为第i个特征量指标与第j项特征量指标的重要性比值，且eji＝1/eij；
步骤S12:根据式(1)-(3)计算最优拟一矩阵E’＝(eij’)n×n：
bij＝logeij (1)
步骤S13:对最优拟一矩阵的每一列进行规范化处理求取各层次的的特征向量，利用式(4)和(5)计算可得每层排序指标的权重分配
其中，eij”为规范化处理后的特征元素，m为每个层次的指标数目，gi为最大特征值元素，即第i个特征量xi的权重系数wi。
3.根据权利要求1所述的一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
利用FCM聚类算法对数据库中多台不同老化程度的变压器的测试数据进行指标数据分类，形成4级不同绝缘状态的绝缘状态标准向量，4个等级分别为：绝缘状态良好、绝缘状态适中、绝缘状态较差、绝缘老化严重；结合4级绝缘状态标准向量与M台待评估变压器实测的时域介电谱以及扩展德拜模型获取的N个评估绝缘状况特征值，建立评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N，如式(6)所示:
在矩阵L中，xj(j＝1,2,...,N)表示待评估变压器绝缘状态的第j列特征值，lij(i＝1,2,...,M+4；j＝1,2,...,N)表示第i台变压器的第j个老化特征量指标，M表示待评估变压器台数，N表示老化特征量个数。
4.根据权利要求1所述的一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：
将评估矩阵各元素值进行无量纲归一化处理，得到无量纲矩阵。
对于参数值越大则油纸绝缘状态越好型指标采用式(7)进行归一化处理，对于参数值越小则油纸绝缘状态越好型指标采用式(8)进行归一化处理，即：
通过同阶变换后，将评估矩阵L＝(lij)(M+4)×N转换为无量纲矩阵L’＝(lij’)(M+4)×N，如式(9)所示：
5.根据权利要求1所述的一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：
步骤S41:根据无量纲矩阵，构建加权评估矩阵X：
X＝(xij)(M+4)×N＝(wjl′ij)(M+4)×N (10)
式(10)中，wj为步骤S1计算的第j个特征量权重；
步骤S42:根据式(11)、式(12)计算加权评估矩阵中的正理想点向量x+和负理想点向量x-:
式中：
步骤S43:运用双基点法，按照式(13)计算每组特征量指标与正理想点的贴近度γ，即：
式(13)中：xi＝(xi1,xi2,...,xiN)表示加权评估矩阵X的第i个行向量；
步骤S44:计算加权评估矩阵X中待评估变压器分别与4级绝缘状态标准向量到正理想点间的贴近度差值εi，即
εi＝|γM+4-γi|(i＝1,2,…,4) (14)
由式(14)可看出：εi越小表示这两组向量间的贴近度越接近，状态越相似。
6.根据权利要求1所述的一种融合多特征量综合评估油纸绝缘老化程度的方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：
根据贴近度差值εi判断待评估变压器的油纸绝缘老化状况；
1)若待评估变压器与绝缘状态良好的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘良好；
2)若待评估变压器与绝缘状态适中的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘适中；
3)若待评估变压器与绝缘状态较差的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘较差；
4)若待评估变压器与绝缘老化严重的标准向量间的εi最小，则该油纸绝缘老化严重。
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