[發(fā)明專利]一種基于改進圖的半監(jiān)督分類的變壓器故障診斷方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611145217.7
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106596900A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉君;趙立進;黃良;曾華榮;張迅;彭輝;陳歡;龍嘉文;王家華;張凱
• 申請（專利權）人: 貴州電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01N33/28
• 分類號: G01N33/28;G06K9/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

1.一種基于改進圖的半監(jiān)督分類的變壓器故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取變壓器各種運行狀態(tài)下特征氣體的含量數(shù)據(jù)作為故障診斷樣本集，并進行歸一化，其中，選取H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂作為故障診斷特征氣體，并實時采集各種運行狀態(tài)下變壓器油中這五種氣體的含量構成故障診斷樣本集；所述的歸一化方法為：對于H₂氣體的含量，其歸一化值為H₂體積分數(shù)占五種氣體總體積分數(shù)的百分比數(shù)值,對于烴類氣體，歸一化值為其體積分數(shù)占總烴體積分數(shù)的百分比數(shù)值；歸一化公式如下：

$c_1=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{x}_i,c_2=\underset{i=2}{\overset{5}{\Σ}}{x}_i$

X'＝{x₁/c₁,x₂/c₂,x₃/c₂,x₄/c₂,x₅/c₂}

步驟2：在每一類樣本中選取有標簽樣本和未標簽樣本進行相似性學習，構成相似性近鄰圖，并計算權重矩陣，相似性近鄰圖的建立過程如下：

把所有樣本點看作相似性近鄰圖上的頂點，圖的邊E＝{e_ij}用相鄰樣本間的相似性e_ij表示，兩相鄰樣本x_i、x_j的相似性e_ij定義為：

e_ij＝exp(||x_i-x_j||²/σ²)

式中σ為高斯核參數(shù)；

把樣本之間的相似性表示為權重矩陣W＝{w_ij}

若x_i∈knn(x_j)orx_j∈knn(x_i)

式中knn(x_j)表示x_j的K個近鄰，knn(x_i)表示x_i的K個近鄰；

步驟3：根據(jù)訓練集中有標簽樣本的類別標簽信息，初始化標簽矩陣，其中，初始標簽矩陣的構成規(guī)則如下：

初始標簽矩陣記為Y^(l+u)×c，Y的每一行表示一個樣本的類別向量，對于有標簽樣本集XL＝{(x₁,y₁)，(x₂，y₂)，...，(x_l，y_l)}中的x_i，當y_i＝j，Y_ij＝1，否則，Y_ij＝0；對于無標簽樣本集X_L＝{(x_l+1,y_l+1)，(x_l+2，y_l+2)，...，(x_l+u，y_l+u)}，Y_ij＝0，j＝1，2，...c；

步驟4：對初始標簽矩陣進行規(guī)范化處理，平衡各個類別的標簽的信息總量，具體過程如下：定義平衡因子U，U為c×c維的對角矩陣，其對角元素為

$u_{ii}=1/Y_i^T\stackrel{\→}{1}$

其中Y_i^T表示矩陣Y第i列的轉置，

通過平衡因子U對標簽矩陣進行規(guī)范化處理：Y＝Y·U

步驟5：根據(jù)模糊近鄰的標簽傳遞法則進行半監(jiān)督分類建模，生成訓練模型，其中，半監(jiān)督分類模型的訓練步驟如下：

步驟5.1：根據(jù)權重矩陣計算標簽概率轉移矩陣P，n×n維的標簽概率轉移矩陣P＝{pij}的計算公式如下：

$p_{ij}=p(i\→j)=\left\{\begin{array}{cc}{w}_{ij}/\underset{x_j\∈N\left(x_i\right)}{\Σ}{w}_{ij},& x_j\∈N\left(x_i\right)\\ 0,& x_j\∉N\left(x_i\right)\end{array}\right.$

步驟5.2：不斷更新標簽矩陣，直至滿足終止條件，得到最終的分類器；

步驟6：利用訓練模型對無標簽的樣本分配類別標簽，得到診斷結果，分配類別標簽的規(guī)則為：標簽矩陣中測試樣本集所對應的各行元素中，根據(jù)最大值所在的列相應的分配類別標簽。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于改進圖的半監(jiān)督分類的變壓器故障診斷方法，其特征在于，所述步驟5.2中，標簽矩陣更新包括以下子步驟：

步驟5.2.1：設置循環(huán)變量t＝0，停止誤差閾值ε；

步驟5.2.2：標簽矩陣更新；t＝t+1，根據(jù)近鄰標簽傳遞規(guī)則，利用標簽概率轉移矩陣更新規(guī)范化后的標簽矩陣Y’，Y’(m)＝P×Y’(m-1)；

步驟5.2.3：判斷終止條件是否滿足，若不滿足，則繼續(xù)執(zhí)行步驟5.2.2，否則，學習過程結束；終止條件為||Y^'m-Y^'(m-1)||≤ε。