[发明专利]基于符号动力学和LS‑SVM的变压器维护优化方法

摘要

本发明涉及基于符号动力学和LS‑SVM的变压器维护优化方法。项目基于符号动力学方法，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量进行符号描述。并结合历年缺陷数据及维护方案对缺陷的影响，采用LS‑SVM算法计算维护方案调整前后的效益增益及停电损失，得到最优的运维方案。本发明的优点有1、利用符号动力学描述变压器风险中不同类型、时变、相互关系复杂的因素；2、提高LS‑SVM学习能力、拟合效果；3、利用LS‑SVM进行建模分析和预测，得到变压器风险变化规律，解决现有维护优化方法存在预测效率较低、在小样本下效果不理想，容易陷入局部极值等问题。

主权项

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；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；式二中，Dav(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；DAV(i)为制造厂家同类别变压器在i月中的平均缺陷数；Dresent(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：其中，y(i)为预测的故障数，aj以及b为进行LS‑SVM模型预测的参数，K(xi,xj)为预测用的核函数；然后根据LS‑SVM目标函数和Karush‑Kuhn‑Tucker条件，确定式三中的参数aj,b，基于式九得到：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σa，σa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(Ca,σa)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(Ca,σa)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；式六中，Loutage(i)为第i类缺陷对应停电损失；Defects(i)为第i类缺陷数；Weight(i)为第i类缺陷的缺陷权重，见式八其中，DPresent(i)为变压器第i月的总体的缺陷水平；LOutage(i)为第i类缺陷对应停电损失；l为缺陷类别总数；Toutage为总停电时间；VGDP/VWattage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；Tsave(i)＝ΔD[Loutage(i)+LfixDefects(i)]‑ΔLmaintain(i)    式七式七中，ΔD为减少的缺陷数；Loutage(i)为第i类缺陷对应停电损失如式六；LfixDefects(i)为第i类缺陷修复成本，ΔLmaintain(i)为增加的维护项目成本，LfixDefects(i)和ΔLmaintain(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；式五中，LfixDefects(i)、Loutage(i)、Lmaintain(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；TSave(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。