基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法，属于电气设备绝缘老化状态检测技术领域，本发明专利技术通过鲸鱼优化算法与LM算法相结合对扩展德拜模型参数辨识目标函数求解，首先，通过鲸鱼优化算法展开全局搜索，然后将得到的近似解作为初值传递给LM算法，继而通过LM算法进行近似解附近的精确搜索，最终确定出一组合适的解，解决易陷入局部最优解的问题，有效提升求解效率和求解精度，实现扩展德拜模型对油纸绝缘介电响应的准确表征，能有效解决目前油纸绝缘系统的等效模型研究中利用等效模型参数所存在的可靠性不足的问题。足的问题。足的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法


[0001]本专利技术属于电气设备绝缘老化状态检测
，具体地，涉及一种基于 两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法。

技术介绍

[0002]油纸绝缘系统是输配电系统中变压器等电力设备的重要绝缘介质，其良好 的绝缘性能对确保电力设备安全可靠运行具有重要意义。因此准确有效地评估 油纸绝缘的状态信息是保障油纸绝缘设备安全稳定运行的关键。
[0003]目前，介电响应技术被广泛应用于油脂绝缘状态评估，基于介电响应原理 的极化去极化电流法主要是将复合油纸绝缘结构系统的介质响应函数在扩展时 域中进行量化，通过对参数进行处理计算来反映油纸绝缘系统中不同部分的绝 缘老化状态。该方法凭借测试电压低、测试时间较短以及实验需要使用的硬件 设备携带轻便等优点，已经逐渐在变压器、电缆等电力设备的绝缘状态检测上 得到使用。现有应用极化去极化电流法评估油纸绝缘设备老化状态的方法有基 于油纸绝缘系统的等效模型，通过公式推导等方法提出新的特征量，结合传统 特征量综合分析。
[0004]基于等效模型的研究方法，可以更加直观体现特征量与绝缘结构的关系。 现阶段，对油纸绝缘系统进行建模分析采用的等效模型主要有Cole-Cole模型、 X-Y模型以及使用最广泛的扩展德拜模型。要准确反映油纸绝缘系统的老化状 态，等效模型的参数辨识是极其重要的前提条件。
[0005]常见的参数辨识方法有如下几种方法：
[0006]一次微分法：首先，对去极化电流曲线进行一次微分，揭示其内部蕴含的 弛豫响应信息，研究表明去极化电流微分谱线峰值点数即为等效电路弛豫支路 数；其次，理论分析去极化电流一次微分谱线函数式与等效电路参数间的关系， 解谱其一次微分谱线并获得相应子谱线参数，研究发现，通过微分子谱线参数 可进而辨识得到弛豫支路元件参数。
[0007]二次微分法：在一次微分法的基础上提出了二次时域微分解析法用于不同 弛豫过程的分解，该方法不仅能准确判定极化支路数，而且所提取的谱线特征 量，确保了介质响应参数辨识的唯一性。
[0008]鸡群优化算法：建立去极化电流的误差函数，计算辨识得到的曲线与实际 曲线之间的误差。利用鸡群寻优算法群优化和分类优化的特点，调整电路参数 减小与实际曲线误差。
[0009]现有技术中，如一次微分法与二次微分法，一次微分谱线容易出现强弛豫 谱线覆盖弱弛豫谱线的现象，导致辨识不了时间常数分布较近的支路。二次微 分时域介电谱方法可以有效减小半高线宽，使微分谱线峰值点数突显，但是对 于时间常数分布较近的支路仍难以辨识，且两种方法的求解过程很复杂繁琐。 智能算法如鸡群优化算法具有出众的全局搜索能力，能随机生成初始解，但局 部搜索效率较低，容易陷入局部最优解。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种基于两步优化法的油 纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法，所述两步优化法为一种基于鲸鱼优化算法 与LM算法的融合优化算法，通过鲸鱼优化算法与LM算法相结合对扩展德拜模 型参数辨识目标函数求解，解决易陷入局部最优解的问题，有效提升求解效率 和求解精度，实现扩展德拜模型对油纸绝缘时域介电响应的准确表征，能有效 解决目前油纸绝缘系统的等效模型研究中利用等效模型参数所存在的可靠性不 足的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于两步优化法的油纸绝缘 扩展德拜模型参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0012]步骤S1：采用极化去极化电流法对变压器试验品进行试验测试，获得变压 器试验品的极化电流i
p
和去极化电流i
d
；
[0013]步骤S2：根据扩展德拜模型建立模型等效极化电流i
p
与去极化电流i
d
的 表达式，以获得根据扩展德拜模型仿真得到的去极化电流i
′
d
；
[0014]步骤S3：将步骤S1中实际测量获得的去极化电流i
d
的曲线与步骤S2中 根据扩展德拜模型仿真得到的去极化电流i
′
d
的曲线进行误差对比，构建误差 优化函数为：
[0015][0016]所述误差优化函数即为扩展德拜模型参数辨识目标函数；
[0017]步骤S4：采用鲸鱼优化算法与LM算法的融合优化算法对步骤S3中所述扩 展德拜模型参数辨识目标函数进行迭代求解，获得扩展德拜模型参数的最终解。
[0018]进一步，所述扩展德拜模型等效电路为一个电容C0和一个电阻R0并联， 再并联n条RC串联支路来等效，其中C0为工频下的绝缘几何电容，用于反映 油纸绝缘系统的介电性能；R0为绝缘电阻，用于表征油纸绝缘系统的电导损耗， n≥2。
[0019]进一步，步骤S2中，扩展德拜模型建立模型等效极化电流i
p
与去极化电 流i
d
的表达式分别为：
[0020][0021][0022]式中U0为极化电压；R0为绝缘电阻；t为极化时间；τ
i
为第i条极化支 路的时间常数，其表达式为：
[0023]τ
i
＝R
i
C
i
[0024]其中极化支路即为RC串联支路，R
i
为第i条极化支路的等效电阻，C
i
为第i条 极化支路的等效电容；
[0025]A
i
表示指数项的指前函数，其表达式为：
[0026][0027]进一步，步骤S4中，采用鲸鱼优化算法与LM算法的融合优化算法对步骤 S3中所述扩展德拜模型参数辨识目标函数进行迭代求解的过程为：
[0028]首先将扩展德拜模型参数辨识目标函数即误差优化函数作为适应度函数， 利用鲸鱼优化算法从随机解出发通过全局搜索迭代寻找最优解，连续两代个体 适应度满足|f(x
k+1
)-f(x
k
)|≤ε时，f(x
k+1
)为下一代适应度函数值，f(x
k
)为当 前适应度函数值，ε为取值无穷小的常数，结束鲸鱼优化算法，将经鲸鱼优化 算法得到的近似解作为LM算法的初值，并进行局部搜索，通过LM算法迭代， 迭代次数达到预设的最大迭代次数时，输出一组满足精度要求的最优解，作为 扩展德拜模型各参数的最终解。
[0029]更进一步，预设的最大迭代次数为500次。
[0030]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术通过鲸鱼优化 算法与LM算法相结合对扩展德拜模型参数辨识目标函数求解，首先，通过鲸鱼 优化算法展开全局搜索，然后将得到的近似解作为初值传递给LM算法，继而通 过LM算法算法进行近似解附近的精确搜索，最终确定出一组合适的解，解决易 陷入局部最优解的问题，有效提升求解效率和求解精度，实现扩展德拜模型对 油纸绝缘介电响应的准确表征，能有效解决目前油纸绝缘系统的等效模型研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：采用极化去极化电流法对变压器试验品进行试验测试，获得变压器试验品的极化电流i
p
和去极化电流i
d
；步骤S2：根据扩展德拜模型建立模型等效极化电流i
p
与去极化电流i
d
的表达式，以获得根据扩展德拜模型仿真得到的去极化电流i
′
d
；步骤S3：将步骤S1中实际测量获得的去极化电流i
d
的曲线与步骤S2中根据扩展德拜模型仿真得到的去极化电流i
′
d
的曲线进行误差对比，构建误差优化函数为：所述误差优化函数即为扩展德拜模型参数辨识目标函数；步骤S4：采用鲸鱼优化算法与LM算法的融合优化算法对步骤S3中所述扩展德拜模型参数辨识目标函数进行迭代求解，获得扩展德拜模型参数的最终解。2.根据权利要求1所述的基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法，其特征在于：所述扩展德拜模型等效电路为一个电容C0和一个电阻R0并联，再并联n条RC串联支路来等效，其中C0为工频下的绝缘几何电容，用于反映油纸绝缘系统的介电性能；R0为绝缘电阻，用于表征油纸绝缘系统的电导损耗，n≥2。3.根据权利要求2所述的基于两步优化法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法，其特征在于：步骤S2中，扩展德拜模型建立模型等效极化电流i
p
与去极化电流i
d
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春明，何秋月，史加奇，王昕，杨代勇，于群英，张雷，冷俊，许文燮，刘赫，翟冠强，刘春博，郭家昌，高昌龙，
申请(专利权)人：上海交通大学吉林省电力科学研究院有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：