【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于振动检测领域，涉及一种基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统。
技术介绍
1、目前，并联电抗器的振动检测通常采用频域分析方法，这将限制了其在振动数据中提取复杂特征的能力。传统技术在处理复杂工况下可能表现不佳，因为它们缺乏高级的模式识别和数据挖掘技术，导致无法精确判断设备在不同工况下的性能表现，从而限制了维护和故障检测的准确性。在异常检测方面可能受限于数据处理方法的不足，难以及早发现设备潜在问题。这可能导致设备故障风险增加，维护成本升高，以及电力系统的不稳定性。传统方法可能未能提供深度数据分析和全面的振动特性解释，这种限制可能导致错失了提高设备性能和电力系统稳定性的机会。
2、另外，现有的振动测量方法存在测量精度不高、安装复杂、成本高昂等问题，限制了对电抗器振动行为的深入理解和有效控制。传统振动传感器需要外部电源供电，这增加了安装和维护的复杂性，并在某些应用中可能受到限制，并且其性能容易受到外部环境的影响，如温度、湿度等因素，这可能影响其准确性和稳定性。且在某些特殊环境下可能无法工作，如高温、高压等条件下的应用受到限制，在大规模应用中可能面临可行性和商业化发展的限制，需要更多的设备和人力成本。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，
4、所述基于teng结构的自取能振动传感器设置在并联电抗器的铁心上铁轭顶部中心和中铁心柱中心处，用于实时监测并联电抗器的原始振动数据，发送给数据采集单元；
5、所述数据采集单元用于利用孤立森林算法剔除离群数据，利用主成分分析方法进行数据降维，然后发送给sao-k-means算法处理单元；
6、所述sao-k-means算法处理单元用于对数据进行聚类分组，辨别各种振动工况和异常模式；
7、所述监测与报警单元用于实时监测异常数据，当识别到异常模式时进行报警处理。
8、进一步，所述基于teng结构的自取能振动传感器包括外壳，所述外壳内设有由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene ptfe)薄膜制成的摩擦电荷层，所述摩擦电荷层上表面电镀有金电极，所述摩擦电荷层下表面的外侧连接有海绵材料，所述海绵材料的另一端连接有铜箔；金电极与铜箔还通过外部电路连接；所述金电极的上表面和铜箔的下表面通过支架连接有静电屏蔽层，所述静电屏蔽层包括聚碳酸酯(polycarbonate,pc)基底及搭载其上的透明氧化铟锡(indium tin oxid,ito)膜；所述透明氧化铟锡膜上开设有空气孔。
9、进一步，所述基于teng结构的自取能振动传感器包括移动部分和固定部分，所述移动部分从上至下依次包括氧化铟锡(indium tin oxid，ito)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，pet)、聚乳酸(polylactic acid)光敏树脂、悬浮磁铁、聚乳酸光敏树脂、不锈钢垫圈、泡沫铝；其中氧化铟锡为透明膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯作为基底，对内部结构进行静电屏蔽；所述不锈钢垫圈用作质量，悬浮磁铁设置在两层聚乳酸光敏树脂之间，通过其下方的不锈钢垫圈以使电极上下移动；所述泡沫铝设置在不锈钢垫圈底部，既作为电极又作为摩擦荷电层；
10、所述固定部分设置在移动部分下方，从上至下依次包括氟化乙烯丙烯(fluorinatedethylene propylene fep)薄膜、泡沫铝、不锈钢垫圈、聚乳酸光敏树脂、固定磁铁、聚乳酸光敏树脂，最后以氧化铟锡(indium tin oxid，ito)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，pet)作为基底；所述fep作为摩擦充电层。
11、进一步，所述数据采集单元利用孤立森林算法剔除离群数据，具体包括以下步骤：
12、s211：训练阶段：通过步骤s1采集x个数据作为原始数据集，从x中有放回地随机选取k个数据点作为训练子集xt，每训练一棵孤立树都重复一次随机选取子集的过程，共得到n棵独立的孤立树；
13、s212：在训练子集的值域范围内，随机选择一个分割阈值p1进行分析，将子集n1中大于p1的数据点划分至该结点的右子节点，小于p1的数据点划分至该结点的左子节点；对新产生的节点，再次随机选择一个分割阈值p2，将生成的左右子节点进行再次划分，并重复该划分过程，直到满足以下任意一个条件时该孤立树停止生长：
14、(3)孤立树达到了设置限制的高度l＝ceiling(log2w)；
15、(4)节点上只有一个数据点。
16、s213：重复步骤s212，直至生成n个孤立树；
17、s214：测试阶段：对于每一个数据点xi，令其遍历森林中的每一棵孤立树，计算该数据点在n棵孤立树中的平均路径长度e(h(x))；e(h(x))为样本点x在孤立森林所有孤立树中路径长度的期望；
18、
19、hi(x)为数据点在单棵孤立树中的路径长度；
20、s215：对所有数据点x的平均路径长度c(ni)做归一化处理，进而计算得到数据点异常得分：
21、
22、其中ni为该训练子集的数据点数量，h(ni-1)近似等于ln(ni-1)+0.5772156649；样本x的异常得分s(x,n)定义为：
23、s(x,n)＝2-e(h(x))/c(n)
24、s216：通过判断该数据点异常得分，来定义该点是否为异常点。
25、进一步，所述数据采集单元利用主成分分析方法进行数据降维，，具体包括以下步骤：
26、s221：将孤立森林预处理后的振动数据集进行数据标准化处理；
27、s222：计算振动数据的协方差矩阵；
28、s223：计算振动数据的特征值和特征向量；
29、s224：选择主成分；
30、s225：计算振动数据的方差解释比：
31、
32、其中var[pi]为第i个主成分的方差；
33、s226：通过选择累计加总到总方差的95％，将方差解释比vepi最高的成分来设置为主导主成分；
34、s227：将数据投影至主成分。
35、进一步，所述sao-k-means算法处理单元对数据进行聚类分组的具体步骤如下：
36、s31：初始化经由pca得到的振动数据，建模为一个具有n行和dim列的矩阵，其中n表示数据群的大小，dim表示空间的维数：
37、
38、s32：设置迭代次数t本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：包括基于TENG结构的自取能振动传感器、数据采集单元、SAO-K-Means算法处理单元以及监测与报警单元；
2.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述基于TENG结构的自取能振动传感器包括外壳，所述外壳内设有由聚四氟乙烯PTFE薄膜制成的摩擦电荷层，所述摩擦电荷层上表面电镀有金电极，所述摩擦电荷层下表面的外侧连接有海绵材料，所述海绵材料的另一端连接有铜箔；金电极与铜箔还通过外部电路连接；所述金电极的上表面和铜箔的下表面通过支架连接有静电屏蔽层，所述静电屏蔽层包括聚碳酸酯PC基底及搭载其上的透明氧化铟锡ITO膜；所述透明氧化铟锡膜上开设有空气孔。
3.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述基于TENG结构的自取能振动传感器包括移动部分和固定部分，所述移动部分从上至下依次包括氧化铟锡ITO、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乳酸光敏树脂、悬浮磁铁、聚乳酸光敏树脂、不锈钢垫圈、泡沫铝
4.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述数据采集单元利用孤立森林算法剔除离群数据，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述数据采集单元利用主成分分析方法进行数据降维，，具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述SAO-K-Means算法处理单元对数据进行聚类分组的具体步骤如下：
7.根据权利要求1所述的基于TENG结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述SAO-K-Means算法处理单元中，将聚类中心位移向量到原点的距离称为第一个特征值，以健康状态下的聚类中心位移向量为基准，将故障状态下的聚类中心位移向量与健康状态下的聚类中心位移向量所形成的夹角称为第二特征值，第二特征值还表示当前状态下的振动模态与正常状态下的振动模态之间的差异程度；两个特征值在并联电抗器不同状态下的变化规律如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：包括基于teng结构的自取能振动传感器、数据采集单元、sao-k-means算法处理单元以及监测与报警单元；
2.根据权利要求1所述的基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述基于teng结构的自取能振动传感器包括外壳，所述外壳内设有由聚四氟乙烯ptfe薄膜制成的摩擦电荷层，所述摩擦电荷层上表面电镀有金电极，所述摩擦电荷层下表面的外侧连接有海绵材料，所述海绵材料的另一端连接有铜箔；金电极与铜箔还通过外部电路连接；所述金电极的上表面和铜箔的下表面通过支架连接有静电屏蔽层，所述静电屏蔽层包括聚碳酸酯pc基底及搭载其上的透明氧化铟锡ito膜；所述透明氧化铟锡膜上开设有空气孔。
3.根据权利要求1所述的基于teng结构振动传感器的电抗器振动分析数据驱动系统，其特征在于：所述基于teng结构的自取能振动传感器包括移动部分和固定部分，所述移动部分从上至下依次包括氧化铟锡ito、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet、聚乳酸光敏树脂、悬浮磁铁、聚乳酸光敏树脂、不锈钢垫圈、泡沫铝；其中氧化铟锡为透明膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯作为基底，对内部结构进行静电屏蔽；所述不锈钢垫圈用作质量，悬浮...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，黄亮，周均，周鼎，张鹏举，周瑜，孙俊，邓雨，曾庆华，姚青，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：
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