[發(fā)明專利]一種基于支持向量描述與K近鄰算法的GIS設(shè)備狀態(tài)評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910834879.2
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110647924B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁博淵;臧謙;魏剛;劉振;侯倩;邢超;劉杰
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)河北能源技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 甄伊寧;王忠瑋

1.一種基于支持向量描述與K近鄰算法的GIS設(shè)備狀態(tài)評估方法，其特征在于：基于GIS設(shè)備的振動信號、氣體壓力的正常狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及實時測量數(shù)據(jù)，結(jié)合支持向量描述及K近鄰算法，從而形成GIS設(shè)備運行狀態(tài)的評估方法；所述評估方法具體劃分為如下步驟，

S1 GIS設(shè)備金屬外殼振動信號以及氣壓數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理

S101 GIS設(shè)備金屬外殼振動信號以及氣壓數(shù)據(jù)的采集

采集GIS設(shè)備的振動信號和氣室壓力作為狀態(tài)特征量；

S102 GIS設(shè)備金屬外殼振動信號以及氣壓數(shù)據(jù)的預(yù)處理

將5分鐘作為一個采樣周期來計算振動特征和氣體壓力特征，提取振動信號均方根頻率作為振動特征進行狀態(tài)的評估；

振動特征即振動信號均方根頻率，計算過程如下：

(1)將每5分鐘采集的振動信號X_i進行傅里葉變換得到信號頻譜特征h_i(f)，單位為mV；

(2)基于頻譜特征h_i(f)利用公式1計算均方根頻率MSF_i：

式1中，f_set表示采樣頻率，f表示頻率，單位均為Hz；i表示采樣點；h_i(f)表示測點i處振動信號頻譜圖中頻率f的幅值，單位為mV；

每5分鐘讀取氣室壓力監(jiān)測設(shè)備測量數(shù)據(jù)，剔除誤差較大的數(shù)據(jù)得到GIS氣體壓力p_i，單位為Mpa；

S2 GIS設(shè)備正常狀態(tài)數(shù)據(jù)聚類分析

S201 GIS設(shè)備正常狀態(tài)數(shù)據(jù)最優(yōu)包圍曲線的獲得

通過智能算法尋找正常特征變量數(shù)據(jù)的聚類區(qū)域，通過衡量特征變量實時測量值偏離正常特征數(shù)據(jù)聚類區(qū)域的程度來實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的在線評估；同時，支持向量描述是支持向量機的一種引申算法，它基于最小化損失函數(shù)方法獲得全部包含樣本的最小超平面；通過該方法來實現(xiàn)GIS設(shè)備正常狀態(tài)振動及氣壓數(shù)據(jù)的聚類；

定義氣體壓力p_i為橫坐標(biāo)，振動信號均方根頻率MSF_i為縱坐標(biāo)，在平面直角坐標(biāo)系中利用支持向量描述算法確定包含最小包圍曲線；

基于MATLAB平臺dd_tools工具箱訓(xùn)練正常樣本數(shù)據(jù)，支持向量描述中核函數(shù)選用徑向基核函數(shù)，其表達式如下：

式2中，σ表示數(shù)據(jù)的標(biāo)準差；

S202 GIS設(shè)備正常狀態(tài)數(shù)據(jù)聚類重心的獲得

上步驟中，基于支持向量描述原理，獲得了正常數(shù)據(jù)最小包圍曲線，在包圍曲線上存在多個支持向量邊界點g_i(x,y)，利用重心法計算正常數(shù)據(jù)最小包圍曲線的重心點G(X,Y)，計算公式如下：

式3中，分別表示正常數(shù)據(jù)最小包圍曲線上的第i個包圍點，單位為Mpa，單位為Hz；

S3 GIS設(shè)備狀態(tài)評估指標(biāo)的實時計算

計算上述狀態(tài)特征的實時測量值與G(X,Y)點的偏差距離D作為設(shè)備運行狀態(tài)評估的指標(biāo)；

通過狀態(tài)特征變量的相對偏差距離來求取狀態(tài)評估指標(biāo)，其計算公式如下：

式中，x_i表示氣壓特征的實時測量值，y_i表示振動特征的實時測量值，x_i單位為Mpa，y_i單位為Hz；X表示聚類重心的橫坐標(biāo)，Y表示聚類重心的縱坐標(biāo)，二者為確定的實數(shù)，無單位；

S4基于K近鄰算法的GIS設(shè)備運行狀態(tài)在線評估

通過K近鄰算法來構(gòu)建GIS設(shè)備的隸屬度模型，實時計算GIS設(shè)備的狀態(tài)評估指標(biāo)，并將其輸入到模型中，即可實現(xiàn)GIS設(shè)備運行狀態(tài)的在線評估。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量描述與K近鄰算法的GIS設(shè)備狀態(tài)評估方法，其特征在于：基于實時計算的狀態(tài)評估指標(biāo)，利用K近鄰算法訓(xùn)練得到GIS設(shè)備狀態(tài)隸屬度模型，將GIS設(shè)備劃分為正常、一般、注意和故障四種狀態(tài)，實現(xiàn)GIS設(shè)備的在線狀態(tài)評估。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量描述與K近鄰算法的GIS設(shè)備狀態(tài)評估方法，其特征在于：在所述S201步驟中，基于MATLAB平臺dd_tools工具箱訓(xùn)練正常樣本數(shù)據(jù)，懲罰因子C取值1；σ取值0.45。