[發明專利]基于溫度和電阻的光纜故障預測方法

有效

• 申請號: 201711222639.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107917734B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 王圣達;陳曉娟;付浩;趙亮;竇增;王金宇;張松;陳鶴;黃薇;張艷;王子儼
• 申請（專利權）人: 國網吉林省電力有限公司信息通信公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;H04B10/077
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

1.基于溫度和電阻的光纜故障預測方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、采用歐姆表和溫度傳感器分別采集光纜保護套對地絕緣電阻和光纜保護套的溫度，獲得光纜保護套對地絕緣電阻數據和光纜保護套的溫度數據；

步驟二、采用卡爾曼濾波算法對步驟一獲得的光纜保護套對地絕緣電阻數據和光纜保護套的溫度數據進行去噪處理，獲得去噪后的光纜保護套對地絕緣電阻數據和光纜保護套的溫度數據；

步驟三、采用步驟二獲得的去噪后的光纜保護套溫度的數據構建ARIMA預測模型，實現對溫度數據值的預測；

采用去噪后的光纜保護套對地絕緣電阻數據構建改進的狼群算法優化極限學習機模型，對光纜保護套對地絕緣電阻進行預測；具體過程為：

步驟三一，WPA初始化；采用高斯一維映射表達式混沌初始化人工狼的數目，最大迭代次數k_max，最大游走次數T_max，距離判定因子ω，步長因子S，更新比例因子β，并按混沌更新策略初始化狼群的空間位置x_id，x_id所在的空間由ELM模型的輸入節點到隱含層節點的輸入權值w和隱含層節點的偏置b構成；

步驟三二、根據每匹狼所在的空間位置x_id，計算出ELM模型輸出矩陣；利用電阻X_ol數據作為訓練樣本輸入到ELM模型進行訓練，預測的光纜保護套對地絕緣電阻值并根據評估狼群優勢的適應度函數公式計算出初始化狼群的單個狼的均方誤差，選取適應度函數f(y_i)值最小的人工狼為頭狼，記為Y_lead；

其余的人工狼均視為探狼，按公式進行游走，直到某只探狼的適應度函數f(y_i)值小于頭狼的目標函數值f(y)_lead或探狼的游走次數達到最大游走次數T_max，執行步驟三三；

其中：p＝1,2,…,h為探狼的運動方向，k為迭代次數，k＝1,2,…,k_max；μ∈[0,1]內的隨機數，h∈[4,7]為整數；為探狼在第d個維度的游走步長；

步驟三三、頭狼發出召喚，猛狼以下式向頭狼奔襲；

在奔襲的途中，若某只猛狼的適應度函數f(y_i)＜f(y)_lead，將猛狼轉化為頭狼，重復執行步驟三三；若f(y_i)≥f(y)_lead，則猛狼繼續奔襲直到進入圍攻區域，即猛狼與頭狼的距離L_i≤L_near，執行步驟三四；

人工狼的總數為N，每次更新人工狼的數量為R，設定圍攻半徑L_near用公式表示為：其中，xl為距離頭狼最近的NL只人工狼的空間位置；

步驟三四、圍攻行為；把頭狼位置視為獵物的移動位置，參與圍攻的猛狼對獵物進行圍攻，用公式表示為：式中：為第k代頭狼在第d個維度的坐標位置；λ為(0,2)之間的隨機數，為第k次迭代猛狼在第d維空間中的位置；

步驟三五、狼群更新；判斷本次迭代產生最優狼的目標函數值是否小于上次迭代頭狼的目標函數值，如果是，則更新頭狼位置；如果否，則記錄頭狼未更新次數t，依據更新比例因子β，確定淘汰目標函數值較大的人工狼的數量R,R∈(N/2·β,N/β)；

判斷t小于最大游走次數T_max，如果是，則按照公式x_id＝g_d·[sin(γ)+1]結合反向學習更新狼群；如果否，將按照正弦迭代一維映射表達式混沌策略更新狼群：

所述γ∈(-0.1,0.1)；

步驟三六、判斷終止；判斷頭狼的適應度函數f(y_i)值是否低于設定的閾值或是否達到最大迭代次數k_max，若達到，則輸出(w,b)，否則轉入步驟三二；若未達到，則執行步驟三七；

步驟三七、采用輸出的(w,b)構建ELM模型，進行ELM訓練，實現光纜保護套對地絕緣電阻的預測；

步驟四、根據步驟三預測到的光纜保護套溫度值和光纜保護套對地絕緣電阻值對光纜的狀態進行評估。

2.根據權利要求1所述的基于溫度和電阻的光纜故障預測方法，其特征在于；采用步驟三獲得的去噪后的光纜保護套溫度數據構建ARIMA預測模型，具體步驟為：

差分處理：對光纜保護套的溫度數據T_or進行差分處理，獲得處理后的平穩光纜保護套的溫度數據為T′_or；

模型識別：處理后的平穩光纜保護套的溫度數據T′_or用下式表示為：

式中p，q分別為自回歸階數和滑動平均階數，a_j，b_k為ARIMA預測模型的待估計系數，e為均值為零的溫度白噪聲序列；

模型定階：采用赤池信息準則確定ARIMA預測模型中的p，q值；

參數估計：采用矩估計法分別對待估計系統數a_j，b_k進行估計，最終得到ARIMA模型。