基于多重分形与极限学习机的GIS局部放电光学诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法。本发明专利技术采用的技术方案为：设计多种GIS典型绝缘缺陷模型并搭建实验室光学检测系统，采集光学局部放电信号，绘制GIS不同缺陷下的灰度化光学局放图谱；根据多重分形理论，提取灰度化光学局放图谱的差盒维数及信息维数的多重分形特征量；构造极限学习机作为分类器，通过线性参数模式寻找全局极小值；输入训练和测试样本，测试识别结果。本发明专利技术的多重分形特征能够提高GIS光学局放图谱的识别准确率，极限学习机能够提高GIS光学局放图谱的识别速度，两者结合能够保证GIS局部放电的光学诊断效率。

【技术实现步骤摘要】
基于多重分形与极限学习机的GIS局部放电光学诊断方法
本专利技术属于GIS绝缘缺陷检测领域，涉及一种基于多重分形与极限学习机的GIS局部放电光学诊断方法，该方法能更高效准确地进行特征提取和模式识别。
技术介绍
封闭式组合电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)是一种以SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备。与传统的敞开式变电站相比，GIS具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积少和维护工作量小等优点，因此在大中城市电网中得到广泛应用。但是从近十年的运行情况看，国内外的GIS在使用中都出现了许多事故，其中以绝缘故障为主。因此，对GIS进行局部放电在线检测故障诊断，对于准确掌握GIS内部的缺陷性质和特征有着重要意义。其中，光学检测法因灵敏度优于其它检测方法而备受关注，成为目前局放检测领域一个重要的研究方向。但由于开展时间较晚，技术成熟度还不如其它检测方法。建立光学特征参数与局放缺陷类型之间的映射关系，是光学诊断的基础性也是关键性问题，目前相关研究报道甚少，需要重点深入研究。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，包括下述步骤：/n1)设计多种GIS典型绝缘缺陷模型并搭建实验室光学检测系统，采集光学局部放电信号，绘制GIS不同缺陷下的灰度化光学局放图谱；/n2)根据多重分形理论，提取灰度化光学局放图谱的差盒维数和信息维数多重分形特征量；/n3)构造极限学习机作为分类器，通过线性参数模式寻找全局极小值；/n4)输入训练和测试样本，测试识别结果。/n

【技术特征摘要】
1.基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)设计多种GIS典型绝缘缺陷模型并搭建实验室光学检测系统，采集光学局部放电信号，绘制GIS不同缺陷下的灰度化光学局放图谱；
2)根据多重分形理论，提取灰度化光学局放图谱的差盒维数和信息维数多重分形特征量；
3)构造极限学习机作为分类器，通过线性参数模式寻找全局极小值；
4)输入训练和测试样本，测试识别结果。


2.根据权利要求1所述的基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，步骤1)中，根据GIS设备绝缘缺陷放电形式和特点，分别设计4种GIS典型绝缘缺陷模型：高压电极上金属突出物缺陷模型、自由金属微粒缺陷模型、绝缘子表面固定金属污染物缺陷模型和气隙缺陷模型。


3.根据权利要求2所述的基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，所述4种GIS典型绝缘缺陷模型的制作过程分别为：
在内导体表面径向安装一根径向高度为15mm的银针，作为高压电极上金属突出物缺陷模型，模拟GIS中的高压电极上金属突出物缺陷；
在上下电极之间放置0.5×1mm2的矩形锡箔微粒，作为自由金属微粒缺陷模型，模拟GIS中的自由金属微粒缺陷；
在绝缘子表面粘附10×2mm2的锡箔纸，作为绝缘子表面固定金属污染物缺陷模型，模拟GIS中的绝缘子表面固定金属污染物缺陷；
在GIS内部绝缘子和内导体间的交界处设置Δr＝1mm的气隙，作为气隙缺陷模型，模拟GIS中的气隙缺陷。


4.根据权利要求2或3所述的基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，步骤1)中，
依次将4个绝缘缺陷模型放置在GIS试验腔中，按照荧光光纤局放光学检测系统接线图接好系统试验回路，给光学检测系统施加电压开始试验；以2kV/s的步长逐渐提高试验电压，观察局放仪和示波器，当有局部放电发生时，停止升压，记录此时光学检测系统上所加电压和视在放电量，并对光电转换后的电脉冲信号进行连续50个工频周期的采样；提取局放脉冲的幅值和相位信息，并统计各个相位和幅值区间内的放电次数，进而得到-Q-N矩阵，绘制其灰度图像，灰度级为0-255，所述的为放电工频相位，Q为放电幅值，N为放电次数；最后，构造4种不同绝缘缺陷模型下的灰度化光学局放图谱。


5.根据权利要求2或3所述的基于多重分形与极限学习机的GIS光学局部放电识别方法，其特征在于，步骤2)的具体内容如下：
将灰度化光学局放图谱所在的三维空间平均划分成大小为r×r×r的盒字，灰度化光学局放图谱本身视为该三维空间中的一个曲面，将其数学表达式记为z＝f(x,y)，其中(x,y)代表像素点位置，z等于该像素点的灰度值；假如在xy平面的第(i,j)个格子中，灰度最大值落在第l个盒子，最小值落在第k个盒子，那么对于第(i,j)个网格而言，覆盖图像曲面的盒子数为：
nr(i,j)＝l-k+1(1)
xy平面的所有网格中盒子总数则为：



由此计算差盒维数：



根据相位的正负性将灰度化光学局放图谱分为正负半周两部分，然后按照式(1)～(3)分别计算两个半周图谱的差盒维数和作为前两个特征f1,f2；
引入多重分形维数表示具有各向异性和不均匀尺度属性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝信，邵先军，王绍安，郑一鸣，李晨，杨智，詹江杨，何文林，陈珉，孙翔，王文浩，徐华，陈梁金，王绪军，王磊，臧奕茗，钱勇，王辉，舒博，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33