[发明专利]基于符号动力学和LS‑SVM的变压器维护优化方法

权利要求书

1.一种基于符号动力学和LS-SVM的变压器维护优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用符号动力学，基于式一将基础数据抽象分割得到变压器缺陷分布变化、故障分布变化、环境变化、负荷变化、以及维护计划变化五个变化符号的时间序列，前者时间尺度比后者大两级以上；

Ldivision(L,i)=Σq=1LnL-qS(q+i)]]>      式一

式一中，n为分割不同符号序列的个数；{S(1),S(2),…}为总符号序列；L为子符号序列的长度；i为沿着总符号序列分割子序列的起始序号；q是从1到L的数字；

分别将上述五个变化符号的时间序列的风险等级定为5级，具体分为大，较大，中等，较小，小，为确保时间尺度比后者大两级以上，则符号序列的符号集至少为5的2倍以上；则变压器每个指标最小的风险定义为符号序列{A,B,C}，最大的风险定义为符号序列{M，N，O}；

步骤2：根据步骤一的结果，按照变压器缺陷分布变化、故障分布变化、环境变化、负荷变化及维护计划变化五类分类分别统计缺陷数；根据式二对缺陷分布变化子时间序列进行预处理，确定设备总体的缺陷水平；

DPresent(i)=Dav(i)(1-Φ)+Φ(DAV(i)+Drecent(i)2)]]>      式二

式二中，D_av(i)为变压器第i月的平均缺陷数；Ф为黄金比例分割系数0.618；D_AV(i)为制造厂家同类别变压器在i月中的平均缺陷数；D_Present(i)为变压器最近一年的i月缺陷数；

步骤3：确定LS-SVM目标函数和Karush-Kuhn-Tucker约束条件的参数；其中，LS-SVM目标函数基于式三：

y(i)=Σj=1NajK(x,xj)+b]]>      式三

其中，y(i)为预测的故障数，a_j以及b为进行LS-SVM模型预测的参数，K(x,x_j)为预测用的核函数；

K(xi,x)=exp{-||x-xi||22σ2}]]>      式四

然后根据LS-SVM目标函数和Karush-Kuhn-Tucker条件，确定式三中的参数a_j,b，基于式九得到：

01...11K(x1,x1)+1C...K(x1,xn).........1K(xn,x1)...K(xn,xn)+1Cba1...an=0y1...yn]]>      式九

式中：n为月份数12；C为正规化参数，控制对超出误差样本的惩罚程度，即惩罚参数；

采用自适应法寻找惩罚系数C和式四中的宽度参数σ_a，σ_a是式四中最终优化后的核函数的σ参数；

以根据原始缺陷数据代入式三得到预测结果方差最小的(C_a,σ_a)参数对为中心，构建10×10二维网格平面；以0.1倍为扩展长度构建更细的网格，并通过计算的均方差，以最小值作为最优的(C_a,σ_a)参数对；

步骤4：在步骤3计算出所有参数后，利用LS-SVM的式三直接对更改维护计划前后的缺陷子时间序列进行分析和预测，得到变压器风险分布；其中，更改前的缺陷子时间序列为原始的缺陷数据，更改维护计划后，对应缺陷即按照公式：

缺陷数×缺陷消除系数

来获取，得到另外一个时间序列，其中缺陷消除系数为：上年度整体的维护项目数/上年度的缺陷数；

步骤5：根据式六计算步骤4得到的不同维护计划下变压器风险分布的停电损失；

Loutage(i)=Defects(i)Weight(i)Σi=1lDefects(i)Weight(i)×Toutage×VGDPVWattage]]>      式六

式六中，L_outage(i)为第i类缺陷对应停电损失；D_efects(i)为第i类缺陷数；W_eight(i)为第i类缺陷的缺陷权重，见式八

DPresent(i)Σn=1kDPresent×LOutage(i)]]>      式八

其中，D_Present(i)为变压器第i月的总体的缺陷水平；L_Outage(i)为第i类缺陷对应停电损失；l为缺陷类别总数；T_outage为总停电时间；V_GDP/V_Wattage是用某区域生产总值与用电量的比值表征单位停电时间导致的损失；

步骤6：根据式七计算维护计划修改产生的效益增量；

T_save(i)＝ΔD[L_outage(i)+L_fixDefects(i)]-ΔL_maintain(i)      式七

式七中，ΔD为减少的缺陷数；L_outage(i)为第i类缺陷对应停电损失如式六；L_fixDefects(i)为第i类缺陷修复成本，ΔL_maintain(i)为增加的维护项目成本，L_fixDefects(i)和ΔL_maintain(i)按照检修标准计算；

步骤7：通过缺陷数量×权重即能够量化变压器可能的故障停电时间，该故障停电损失与更改维护计划的成本增益相比；判断维护计划相关变量是否满足式五，满足则进行下一步，否则返回上次维修计划并修改维护计划，增加一次该项目的维护，返回步骤4；其中，缺陷数量根据步骤4计算得到，权重基于式八得到，而成本增益根据步骤5及步骤6计算结果得到，成本增益计算方法为：效益增益—停电损失；

TSave(i)LfixDefects(i)+Loutage(i)+Lmaintain(i)>15%]]>      式五

式五中，L_fixDefects(i)、L_outage(i)、L_maintain(i)分别为原计划第i类缺陷修复成本、对应停电损失、维护项目成本；T_Save(i)为式七得到的维护计划修改产生的效益增量；

步骤8：根据式五判断满足要求则继续变更维护计划进行尝试，如果不满足式五则结束本类维护项目的计划更改。