基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法，包括：计算沿面电场分布的特征参数值，记为输入量；计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，记为输出量；预处理输入量及输出量数据；将预处理后的数据进行分类，分为训练集数据和测试集数据；将训练集数据录入支持向量机回归模型进行训练，训练过程中进行优化处理，得到训练结果最优的支持向量机回归模型；将测试集的输入量数据录入训练结果最优的支持向量机回归模型中进行验证，以验证后的模型预测绝缘子闪络电压。本发明专利技术预测过程简单，预测准确度高，有助于指导优化绝缘子气‑固绝缘结构，提高气体绝缘设备的经济性和可靠性。

Prediction method of insulator flashover voltage based on Support Vector Machine Regression

【技术实现步骤摘要】
基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法
本专利技术属于GIS绝缘子绝缘设计及测试
，具体涉及一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法。
技术介绍
SF6气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulatedswitchgear，GIS)具有占地面积小、受自然环境影响小、运行安全可靠、检修和维护周期长等优点，在国内外电力系统中得到了广泛应用。绝缘子在GIS中有机械支撑、电气绝缘和隔断气室的作用，是GIS的重要组成部分。运行故障统计结果表明，绝缘子沿面闪络是GIS系统故障的主要因素之一(占比30％以上)。随着超高压、特高压GIS设备的不断投入运营，GIS故障带来的经济损失和社会影响越来越大，系统对GIS的可靠性提出了更高要求。因此，优化GIS绝缘子绝缘结构设计、提高绝缘子闪络电压对提升超高压、特高压GIS的可靠性具有重大意义。在专利技术创造过程中，专利技术人发现：气体绝缘系统需要绝缘部件来完成机械支撑、隔离电位、隔离气室的功能，因此考核气体绝缘系统的绝缘性能需要兼顾气隙与气-固界面的绝缘强度。其中，气隙中电场分布主要受电极结构影响，分布较为简单，可用最大电场强度和场不均匀系数简单表示；而绝缘子沿面的电场分布同时受到电极形状与绝缘子沿面形状的影响，沿面电场还包括平行于闪络路径的切向分量和垂直于闪络路径的法向分量，分布更为复杂。又因为气隙放电特性随机性较大，给绝缘设计带来很大困难：如果绝缘裕度过大，则会牺牲设备制造的经济性；如果考虑到设备制造的经济性，则运行过程的可靠性会降低。因此，有必要提出一种可靠的、包含闪络概率的绝缘子闪络电压预测方法，不仅为绝缘设计提供参考，还为设备制造的经济性和可靠性达到最优配合提供参考。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法。本专利技术主要采用如下技术方案：一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法，包括：S1、根据已知绝缘子试样的几何尺寸，计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数。S2、根据特征参数的定义，计算沿面电场分布的特征参数值，记为输入量。S3、计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，记为输出量。S4、预处理输入量及输出量数据。S5、将预处理后的数据进行划分，分为训练集数据和测试集数据。S6、将训练集数据录入支持向量机回归模型进行训练，训练过程中进行优化处理，得到训练结果最优的支持向量机回归模型。S7、将测试集的输入量数据录入所述训练结果最优的支持向量机回归模型中进行验证，以验证后的模型预测绝缘子闪络电压。与现有技术相比，本专利技术带来的有益技术效果是：1、本专利技术采用的支持向量机回归方法为适用于小样本的机器学习方法，模型参数简单，参数优化效率高。2、本专利技术采用的沿面电场分布的特征参数综合考虑了影响绝缘子放电起始、发展过程的气-固界面沿面合成电场强度及其切、法向分量的沿面分布特征，能够显著提高绝缘子闪络电压的预测精度。3、本专利技术预测过程简单，预测准确度高，有助于指导优化绝缘子气-固绝缘结构，提高气体绝缘设备的经济性和可靠性，同时也减少了气-固绝缘强度试验所需的实验量，降低了试验成本。附图说明图1是本专利技术一个实施例提供的一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法流程示意图；图2是本专利技术一个实施例提供的绝缘子试样结构及模型示意图；图3是本专利技术一个实施例提供的沿面电场分布及闪络路径示意图；图4是本专利技术一个实施例提供的预处理输入量及输出量数据过程示意图；图5(a)、图5(b)是本专利技术另一个具体实施例中绝缘子试样闪络电压的预测结果与实验测试结果对比示意图；图6是本专利技术另一个具体实施例提供的一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。在一个实施例中，如图1所示，本公开揭示了一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法，包括：S1、根据已知绝缘子试样的几何尺寸，计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数。S2、根据特征参数的定义，计算沿面电场分布的特征参数值，记为输入量。S3、计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，记为输出量。S4、预处理输入量及输出量数据。S5、将预处理后的数据进行划分，分为训练集数据和测试集数据。S6、将训练集数据录入支持向量机回归模型进行训练，训练过程中进行优化处理，得到训练结果最优的支持向量机回归模型。S7、将测试集的输入量数据录入所述训练结果最优的支持向量机回归模型中进行验证，以验证后的模型预测绝缘子闪络电压。应用本公开实施例的技术方案，至少具有如下有益效果：1、本专利技术采用的支持向量机回归方法为适用于小样本的机器学习方法，模型参数简单，参数优化效率高。2、本专利技术预测过程简单，预测准确度高，有助于指导优化绝缘子气-固绝缘结构，提高气体绝缘设备的经济性和可靠性，同时也减少了气-固绝缘强度试验所需的实验量，降低了试验成本。在另一个实施例中，步骤S1中，根据已知绝缘子试样的几何尺寸，计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数，包括：S101、根据已知绝缘子试样的几何尺寸，建立电场仿真模型。S102、通过有限元分析法或模拟电荷法计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数。在另一个实施例中，步骤S1中，沿面电场分布包括：沿面合成电场(沿面合成场强)、平行于闪络路径的切向电场(切向场强分量)、以及垂直于闪络路径的法向电场(法向场强分量)。本实施例中，沿面电场分布的特征参数综合考虑了影响绝缘子放电起始、发展过程的气-固界面沿面合成电场强度及其切、法向分量的沿面分布特征，能够显著提高绝缘子闪络电压的预测精度。在另一个实施例中，步骤S1中，沿面电场分布还包括闪络路径范围的外屏蔽电极结构。在另一个实施例中，步骤S1中，沿面电场分布的特征参数包括沿面合成场强及其切、法向场强分量的最大值、平均值、电场的不均匀系数、电场梯度的最大值和平均值、电场平方以及超过阈值电场的区域积分。在另一个实施例中，步骤S2中，根据特征参数的定义，计算沿面电场分布的特征参数值。本实施例通过有限元分析法将绝缘子几何结构划分为网格，并计算网格节点上的参数值。其中，i为绝缘子沿面网格节点的编号(i＝1，2，…，n)；Xi表示绝缘子沿面第i个网格节点上的特征参数X；E，Et，En分别表示绝缘子沿面的合成场强、场强的切向分量以及法向分量。具体特征参数的定义如下：1)合成场强及其切、法向场强分量的最大值Emax＝max(Ei)＝Ei1；Emax表示绝缘子沿面合成场强的最大值，对应第i1个网格节点的合成场强Ei1。l_Emax＝li1；l_Emax表示Emax对应的位置，对应第i1个网格节点的弧长li1。Et_Emax＝Eti1；Et_Emax表示Emax处的切向场强分量，对应第i1个网格节点的切向场强Eti1。En_Emax＝Eni1；En_Emax表示Emax处的法向场强分量，对应第i1个网格节点的法向场强Eni1。Etmax＝max(Eti1)＝Eti2；Etmax表示绝缘子沿面切向场强分量的最大值，对应第i2个网格节点的切向场强Eti2。l_Etmax＝li2；l_Etmax表示Et本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法，包括：S1、根据已知绝缘子试样的几何尺寸，计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数；S2、根据特征参数的定义，计算沿面电场分布的特征参数值，记为输入量；S3、计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，记为输出量；S4、预处理所述输入量及输出量数据；S5、将所述预处理后的数据进行划分，分为训练集数据和测试集数据；S6、将所述训练集数据录入支持向量机回归模型进行训练，训练过程中进行优化处理，得到训练结果最优的支持向量机回归模型；S7、将所述测试集的输入量数据录入所述训练结果最优的支持向量机回归模型中进行验证，以验证后的模型预测绝缘子闪络电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于支持向量机回归的绝缘子闪络电压预测方法，包括：S1、根据已知绝缘子试样的几何尺寸，计算绝缘子试样的沿面电场分布，得到沿面电场分布的特征参数；S2、根据特征参数的定义，计算沿面电场分布的特征参数值，记为输入量；S3、计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，记为输出量；S4、预处理所述输入量及输出量数据；S5、将所述预处理后的数据进行划分，分为训练集数据和测试集数据；S6、将所述训练集数据录入支持向量机回归模型进行训练，训练过程中进行优化处理，得到训练结果最优的支持向量机回归模型；S7、将所述测试集的输入量数据录入所述训练结果最优的支持向量机回归模型中进行验证，以验证后的模型预测绝缘子闪络电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S1中，所述沿面电场分布包括：沿面合成电场、平行于闪络路径的切向电场、以及垂直于闪络路径的法向电场。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S3中，所述计算测试绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率，包括：S301、获取闪络次数大于30次的闪络电压试验测试数据；S302、采用正态分布或Weibull分布，计算得到绝缘子试样的闪络电压及其对应的击穿概率。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S4中，所述预处理输入量及输出量数据，包括：S401、对所述输入量及输出量数据进行归一化处理；S402、对所述归一化处理后的数据进行降维处理，得到预处理数据。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，李晓昂，张锐，文韬，张乔根，李志兵，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61