一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及裝備維護保障領(lǐng)域，具體設(shè)及一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)設(shè)備是我國電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備，是電網(wǎng)安全的衛(wèi)±。隨著開關(guān)設(shè)備用量的增 加，其缺陷和事故也逐漸顯露，尤其是開關(guān)設(shè)備作為電網(wǎng)的主要控制設(shè)備，發(fā)生事故往往會 導(dǎo)致嚴重的后果?；谠诰€監(jiān)測開關(guān)設(shè)備的機械特性，并進而運用最前沿的預(yù)測方法預(yù)測 和評估其機械壽命，進行故障預(yù)測，對于提高電網(wǎng)安全性、可靠性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于此，本公開提供了一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法，所述方法包括如下步 驟：
[0004] S100,建立對應(yīng)關(guān)系；依據(jù)滑動時間窗算法，建立開關(guān)設(shè)備的當(dāng)前機械特性曲線上 每一點與之前機械特性曲線上相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)點之間的對應(yīng)關(guān)系；
[0005] S200,訓(xùn)練模型；利用支持向量機回歸模型訓(xùn)練得到每個機械特性預(yù)測模型；
[0006] S300,使用模型預(yù)測；針對每個機械特性預(yù)測模型，通過滑動時間窗算法來進行所 述開關(guān)設(shè)備的多步機械特性預(yù)測；在多步預(yù)測時，將當(dāng)前單步預(yù)測的結(jié)果加入到當(dāng)前已有 的時間序列中，進行下一次預(yù)測結(jié)果的預(yù)測。
[0007] 通過本公開能夠?qū)﹂_關(guān)設(shè)備的每種機械特性進行精確預(yù)測，進而預(yù)測開關(guān)設(shè)備即 將所處的壽命階段W及是否會發(fā)生故障。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本公開一個實施例使用滑動時間窗進行預(yù)測的單步示意圖；
[0009] 圖2為本公開一個實施例中一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法步驟示意圖；
[0010] 圖3為本公開一個實施例中步驟S200的子步驟示意圖；
[0011] 圖4為本公開一個實施例中一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法的應(yīng)用步驟示意 圖。
【具體實施方式】
[0012] 在一個實施例中，提供了一種開關(guān)設(shè)備的機械特性預(yù)測方法，所述方法包括如下 步驟：
[0013] S100,建立對應(yīng)關(guān)系；依據(jù)滑動時間窗算法，建立開關(guān)設(shè)備的當(dāng)前機械特性曲線上 每一點與之前機械特性曲線上相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)點之間的對應(yīng)關(guān)系；
[0014] S200,訓(xùn)練模型；利用支持向量機回歸模型訓(xùn)練得到每個機械特性預(yù)測模型；
[0015] S300,使用模型預(yù)測；針對每個機械特性預(yù)測模型，通過滑動時間窗算法來進行所 述開關(guān)設(shè)備的多步機械特性預(yù)測；在多步預(yù)測時，將當(dāng)前單步預(yù)測的結(jié)果加入到當(dāng)前已有 的時間序列中，進行下一次預(yù)測結(jié)果的預(yù)測。
[0016] 在該個實施例中，所述滑動時間窗方法如圖1所示，上述步驟流程圖如圖2所示。 通過使用滑動時間窗來進行特征提取和反復(fù)迭代預(yù)測，使得每次預(yù)測總是基于最新的數(shù)據(jù) 進行，而之后進行的多步預(yù)測也是基于最新預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上進行的，通過該種方式，能夠 提高預(yù)測的準確性、提高預(yù)測結(jié)果的可靠性。
[0017] 優(yōu)選的，在所述步驟S100中，所述機械特性曲線將通過等距抽樣得到抽樣密度較 小的機械特征曲線作為特征向量。通過等距抽樣能夠保證使用的數(shù)據(jù)均有參考價值，并且 減少預(yù)測模型學(xué)習(xí)訓(xùn)練的計算量。
[0018] 在一個實施例中，所述步驟S200的具體實現(xiàn)包括；
[0019] S201 ;設(shè)Xt都是一個可W表征被預(yù)測對象狀態(tài)的特征向量，設(shè)時間序列{XJ，t= 1，…，^構(gòu)造特征向量^^ d為特征向量的維度，d的大小為欲與之 前要建立對應(yīng)關(guān)系的若干條機械特性曲線所包含的歷史數(shù)據(jù)點的數(shù)量相同；設(shè)文:對應(yīng)的 目標(biāo)值為yt=XW，目標(biāo)值集合通常選擇最新得到的一條或若干條機械特性曲線的點，即文^ 與yt之間存在映射關(guān)系>',=/(不).
[0020] S202:從時間序列{xj中取n組特征向量，組成訓(xùn)練集矩陣 y焉是;，…，而三f>目標(biāo)值矩陣為Y=知心1，…，心。_1八若訓(xùn)練集里數(shù)據(jù)的最大值 與最小值的差值大于預(yù)先設(shè)定的限值，則對訓(xùn)練集進行歸一化處理；否則，不進行歸一化處 理；在首次進行訓(xùn)練時，選擇使用radial函數(shù)作為核函數(shù)來進行模型訓(xùn)練；
[0021]S203;根據(jù)上一步得到的特征向量的維度和目標(biāo)值，訓(xùn)練支持向量機回歸模型，并 通過參數(shù)尋優(yōu)方法得到最優(yōu)懲罰因子C和最優(yōu)核函數(shù)參數(shù)g;
[002引 S204;利用得到的最優(yōu)懲罰因子C和核函數(shù)參數(shù)g對訓(xùn)練集數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)，生成一 個模型；
[0023]S205;若預(yù)測誤差的最大值小于一個闊值，則進入步驟S207;否則進入步驟S206; 所述闊值在一個實施例中為0. 01，在其它實施例中可能為0. 001,0. 005等；
[0024]S206;通過下述任一方式的改變后，返回步驟S201 :
[0025] (1)改變特征向量的維度；（2)改變特征向量的組數(shù)；（3)改變核函數(shù)的種類；(4) 改變數(shù)據(jù)預(yù)處理方式；
[0026]S207;輸出模型參數(shù)；
[0027] 所述步驟S202中的限值在模擬預(yù)測試驗時是人為確定的最大差值，若在該最大 差值下得到的預(yù)測結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，則將該最大差值標(biāo)定為經(jīng)驗值；而在實際預(yù)測 時設(shè)定為多次模擬預(yù)測試驗中預(yù)測結(jié)果都能在誤差允許范圍內(nèi)的經(jīng)驗值；
[002引所述數(shù)據(jù)預(yù)處理包括；首次執(zhí)行步驟S200的子步驟時，根據(jù)訓(xùn)練集里數(shù)據(jù)的最大 值與最小值的差值是否大于預(yù)先設(shè)定的限值，若不大于，則選擇對訓(xùn)練集進行歸一化處理 方式，所述歸一化處理方式包括將所有數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍處理到[0，1]內(nèi)或?qū)⑺袛?shù)據(jù)的數(shù) 值范圍處理到[-1,1]內(nèi)；否則不進行歸一化處理；非首次執(zhí)行步驟S200的子步驟時，若進 行了歸一化處理，則將數(shù)據(jù)還原到歸一化處理之前；否則，進行歸一化處理；
[0029] 所述步驟S205中的闊值根據(jù)機械特性的不同而不同，為若干次模擬預(yù)測試驗中 預(yù)測誤差的最大值。
[0030] 在該個實施例中，詳細給出了如何建立預(yù)測模型并將模型訓(xùn)練到可W用于預(yù)測的 方法。而在數(shù)據(jù)預(yù)處理時，需要將數(shù)據(jù)范圍處理到[0，1]內(nèi)或?qū)⑺袛?shù)據(jù)的數(shù)值范圍處理 到[-1,1]內(nèi)，是根據(jù)所有數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍本身來確定的。
[0031] 更優(yōu)的，如圖3所示，當(dāng)步驟S205中不滿足闊值判斷條件C0時，將不滿足的情況 分為C1，C2，C3S種，其中，設(shè)執(zhí)行步驟S201~S205的當(dāng)前執(zhí)行次數(shù)為count;若首次執(zhí)行 步驟S201~S205,則count設(shè)為0 ;
[0032] 情況C1，即若count為奇數(shù)次，且所述步驟S201中的特征向量維度小于給定維度， 則執(zhí)行步驟S2061 ;
[0033] 情況C2,即若count為偶數(shù)次，且所述步驟S201中的特征向量維度小于給定維度， 則執(zhí)行步驟S2062 ;
[0034] 情況C3,即若所述步驟S201中的特征向量維度大于等于給定維度，則執(zhí)行步驟 S2063。而步驟S2061~S2063具體內(nèi)容如下；
[0035] S2061 ;若當(dāng)前核函數(shù)為radial函數(shù)，使用線性核函數(shù)代替radial核函；若當(dāng) 前核函數(shù)為線性核函數(shù)，則使用radial函數(shù)代替線性函數(shù)；重復(fù)執(zhí)行步驟S201~S205， count次數(shù)加1 ;
[0036] S2062 ;增加步驟S201中的特征向量維度和特征向量組數(shù)；重復(fù)執(zhí)行步驟S201~ S205,count次數(shù)加 1 ;
[0037] S2063 ;若步驟S202中訓(xùn)練集中的數(shù)據(jù)進行了歸一化處理，則將訓(xùn)練集中的數(shù)據(jù) 恢復(fù)到歸一化前；否則，將訓(xùn)練集中的數(shù)據(jù)進行歸一化處理；重復(fù)執(zhí)行步驟S201~S205， count次數(shù)加1。
[003引在該里，所述步驟S2061~S2063為步驟206的另一種執(zhí)行方式。
[0039] 通過上述步驟S201~S207的處理過程可W看出，即使采用了等距抽樣來減少學(xué) 習(xí)的數(shù)據(jù)量，但是在訓(xùn)練過程中，通過步驟S206可W看出，如果首次訓(xùn)練沒有到達目標(biāo)，可 W通過下述方式的任一一種改變后進入迭代處理：
[0040] (1)改變特征向量的維度；
[0041] (2)改變特征向量的組數(shù)；
[0042] (3)改變核函數(shù)的種類；
[0043] (4)改變數(shù)據(jù)預(yù)處理方式。
[0044] 而盡管有優(yōu)選的另一中處理方式S2061~S2063,但是仍會有較大的計算量，因而 更優(yōu)的，將所述步驟S100中的對應(yīng)關(guān)系通過在最近得到的1到3條機械特性曲線上每一點 與其之前3到10條曲線所包含數(shù)據(jù)量的歷史數(shù)據(jù)點之間建立，W此來限定數(shù)據(jù)處理量；另 夕F，在不得不改變特征向量的維度和特征向量的組數(shù)時，使得特征向量的維度，特征向量的 組數(shù)該樣的處理方式可W有一定限制，不可能無限制的增加下去；最后也是最重要的，通過 在最近得到的1到3條機械特性曲線上每一點與其之前3到10條曲線所包含數(shù)據(jù)量的歷 史數(shù)據(jù)點之間建立對應(yīng)關(guān)系，該些數(shù)據(jù)點上的數(shù)據(jù)有較高的參考應(yīng)用價值，預(yù)測的結(jié)果可 靠性比較高，比較準確。
[0045] 進一步地，所述機械特性曲線至少應(yīng)包含100個數(shù)據(jù)點，且不大于200個。在該個 實施例中，所述數(shù)據(jù)點的數(shù)量要求為通過實驗仿真得到，太少，難W保證預(yù)測的準確性；太 多，會降低數(shù)據(jù)的實時處理速度。
[0046] 為了保證預(yù)測結(jié)果的有效性，在步驟S300中，所述多步預(yù)測W數(shù)據(jù)點的數(shù)量小于 等于5條機械特性曲線包含的數(shù)據(jù)點的數(shù)量為準，在此范圍內(nèi)有較高的參考價值。
[0047] 更優(yōu)的，為了提高預(yù)測的準確性，確定了能夠反映開關(guān)設(shè)備的機械特性。在本公開 中所述機械特性包括觸頭行程、主