一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法技术

本发明专利技术属于电力系统设备负载能力评估技术领域，尤其涉及一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，包括以下步骤：基于若干实验历史数据，得到原始样本向量数据；利用原始样本向量数据，采用支持向量机回归方法，得到触头热点温度的函数表达式；将步骤2中的得到函数表达式用于触头热点温度预测和GIS负载能力评估。基于支持向量回归（Support Vector Regression，SVR）方法，可以根据已知数据，简便构造GIS触头热点温度回归预测模型，并进而对GIS负载能力进行评估。

A GIS load capacity evaluation method based on support vector regression

The invention belongs to the technical field of load capability evaluation of power system equipment, in particular to a GIS load capability evaluation method based on support vector regression, which includes the following steps: Based on some experimental historical data, the original sample vector data are obtained, and the support vector machine regression method is used by using the original sample vector numbers. The function expression of contact hot spot temperature is obtained; the expression of function expressed in step 2 is applied to contact hot spot temperature prediction and GIS load capacity evaluation. Based on the support vector regression (Support Vector Regression, SVR) method, the prediction model of GIS hot spot temperature regression can be easily constructed according to the known data, and then the load capacity of GIS is evaluated.

【技术实现步骤摘要】
一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法
本专利技术属于电力系统设备负载能力评估
，尤其涉及一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法。
技术介绍
电力设备是构成电力系统的基本元件，其工作状况直接影响着电力系统的运行安全和可靠性。虽然，得益于设备制造工艺水平和设计技术的不断提升，我国电力设备的整体可靠性水平逐年提高，但总体上设备事故依然频发。因此，对电力设备进行负载能力评估，可提高电力设备运行可靠性，也是防御电网大面积停电和防患安全事故发生的至关重要的第一道防线。气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，简称GIS)是输变电系统中的关键设备，相比敞开式输电设备，它具有占地面积小、受工作环境影响小、检修周期长等优点。随着我国城市化进程中土地资源价值的快速提高和GIS制造工艺水平和设计技术的提升，在电网建设中被大量投入使用。GIS的在运行过程中，由于电流的热效应，触头温度会升高。根据有关标准的规定，GIS的触头温度不得超过一定范围，因此对GIS的运行电流强度水平有所限制。目前，国内外在对GIS触头温度检测方法包括神经网络法，如专利号为CN201410314505.5的“基于光纤光栅温度传感器的GIS设备触头温度监测系统”；另外还包括有基于有限元和拟合方法，如专利号为CN201410398265.1的“一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法”和专利号为CN201410396485.0的“一种三相共箱式GIS母线接头的温度在线检测方法”，建立起触头温度与GIS设备负荷电流、环境温度等的函数关系式，但步骤较为繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于支持向量回归的GIS触头热点温度的回归预测和负载能力评估的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，包括以下步骤：步骤1、基于若干实验历史数据，得到原始样本向量数据；步骤2、利用原始样本向量数据，采用支持向量机回归方法，得到触头热点温度的函数表达式；步骤3、将步骤2中的得到函数表达式用于触头热点温度预测和GIS负载能力评估。在上述的基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法中，若干实验历史数据包括触头热点温度tm、GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK；原始样本向量数据的形式为在上述的基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法中，步骤2的实现包括采用形如的函数进行触头热点温度的回归预测，通过构造并解决优化问题：来得到参数ω和b；具体步骤如下：步骤2.1、对参数C和ε的取值范围和增量步长进行设定，进行网格寻优，采用留一法交叉验证计算均方误差，将对应最小均方误差的参数对作为最佳参数；步骤2.2、将最佳参数代入到优化问题中，求解参数ω和b，其解形如：触头热点温度tm关于GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK的函数表达式为：其中ω1，ω2和ω3均为常数。在上述的基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法中，步骤3的实现包括：步骤3.1参照标准DL/T-593《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》，根据环境温度tb，计算出触头最大允许温度tmax；式中，触头最大允许温升Δtr符合DL/T-593中表3规定的温升极限要求；步骤3.2、通过求出最大负载率Kmax，对GIS的负载状态进行评估；将式(4)计算得到的触头最大允许温度tmax代入式(3)，计算出给定环境温度、外壳温度和接触电阻下的最大负荷电流Im；最大负载率Kmax为：式中，Ir为额定电流。本专利技术的有益效果是：基于支持向量回归(SupportVectorRegression，SVR)方法，可以根据已知数据，简便构造GIS触头热点温度回归预测模型，并进而对GIS负载能力进行评估。附图说明图1是本专利技术基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法在一种实施方式中的流程框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例采用以下技术方案实现，一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，步骤如下：1.基于若干实验历史数据，包括：触头热点温度tm、GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK，得到原始样本向量数据的形式为2.利用原始样本向量数据，采用支持向量机回归方法，得到触头热点温度tm关于GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK的函数表达式。为进行触头热点温度的回归预测，通过构造并解决优化问题：来得到ω和b的数值。首先对参数C和ε的取值范围和增量步长进行设定，然后进行网格寻优，采用留一法交叉验证计算均方误差，由最小的均方误差可以得到对应的最佳参数；然后将最佳参数代入到优化问题中，并构造原问题的拉格朗日函数：对各参数求偏导可得：C＝αi+μi(5＇)将(3＇)～(6＇)代入(2＇)，可得到原问题(1＇)的对偶问题：由于上述过程满足KKT条件，即：由此可以解出SVR参数ω和b。其解形如：即为触头热点温度tm关于GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK的函数表达式写作：其中ω1，ω2和ω3均为常数。3.在应用场景中，已测得GIS外壳温度、环境温度、负荷电流和接触电阻，将2中的得到函数表达式(10＇)应用到触头热点温度预测和GIS负载能力评估。GIS触头最大允许温度tmax由环境温度tb与触头最大允许温升Δtr决定，其计算表达式如式(11＇)所示。触头最大允许温升Δtr应符合DL/T-593中表3规定的温升极限要求。将tb和Δtr代入式(11＇)，计算出触头最大允许温度tmax。将式(11＇)计算得到的触头最大允许温度tmax代入式(10＇)，计算出给定环境温度、外壳温度和接触电阻下的最大负荷电流Im。最大负载率Kmax定义为最大负荷电流Im与额定电流Ir之比，计算表达式如式(12＇)所示：用负载率可以对GIS的负载状态进行评估。具体实施时，如图1所示。1)基于若干实验历史数据，包括：触头热点温度tm、GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK，得到原始样本向量数据的形式为2)为进行触头热点温度的回归预测，通过构造并解决优化问题：来得到ω和b的数值。首先对参数C和ε的取值范围和增量步长进行设定，然后进行网格寻优，采用留一法交叉验证计算错误率，由最低的计算错误率可以得到对应的最佳参数；可以设置C和ε的取值范围分别为[1,1000]，[10-3,10]，步长分别为1和10-3，然后通过网格搜索法，逐一将(C,ε)参数对代入SVR中进行验证。验证方法为留一法交叉验证，即逐次将每个样本数据作为测试数据，其余数据作为训练数据，计算均方误差，将对应最小均方误差的参数对选为最佳参数。3.将最佳参数代入到优化问题中，并构造原问题的拉格朗日函数：对各参数求偏导可得：C＝αi+μi(17＇)将(15＇)～(18＇)代入(14＇)，可得到原问题(13＇)的对偶问题：由于上述过程满足KKT条件，即：由此可以解出SVR参数ω和b。其解形如：即为触头热点温度tm关于GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK的函数表达式可以写作：其中ω1，ω2和ω3均为常数。4)GIS触头最大允许温度tmax由环境温度tb与触头最大允本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、基于若干实验历史数据，得到原始样本向量数据；步骤2、利用原始样本向量数据，采用支持向量机回归方法，得到触头热点温度的函数表达式；步骤3、将步骤2中的得到函数表达式用于触头热点温度预测和GIS负载能力评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、基于若干实验历史数据，得到原始样本向量数据；步骤2、利用原始样本向量数据，采用支持向量机回归方法，得到触头热点温度的函数表达式；步骤3、将步骤2中的得到函数表达式用于触头热点温度预测和GIS负载能力评估。2.如权利要求1所述的基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，其特征是，若干实验历史数据包括触头热点温度tm、GIS外壳温度ta、环境温度tb、负荷电流Iθ和接触电阻RK；原始样本向量数据的形式为3.如权利要求2所述的基于支持向量回归的GIS负载能力评估方法，其特征是，步骤2的实现包括采用形如的函数进行触头热点温度的回归预测，通过构造并解决优化问题：来得到参数ω和b；具体步骤如下：步骤2.1、对参数C和ε的取值范围和增量步长进行设定，进行网格寻优，采用留一法交叉验证计算均方误差，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓星，唐炬，杨祎，周思远，林颖，李程启，白德盟，张季，
申请(专利权)人：武汉大学，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42