[0029]
[0030] 表2為空間尺度特征（電場特征量）
[0031]
[0032]然后，對加載電壓波形進行計算機模擬并提取時間尺度特征（電壓波形特征量）。 本實施例中，加載電壓波形為操作沖擊電壓，采用雙指數波對其進行模擬，棒-板和棒-棒空 氣間隙訓練樣本的加載電壓波形分別為20/2500ys和80/2500ys，根據波前時間和半峰值時 間求取波形參數，并進一步根據各個特征量的計算公式求取電壓波形特征量，包括基本特 征量和附加特征量，如表3所示，共20個。
[0033]表3為時間尺度特征（電壓波形特征量）
[0034]
[0035]最后，將28個電場特征量和20個電壓波形特征量歸一化至[0，1]。
[0036]步驟2:采用支持向量機建立放電電壓預測模型，將上述空間尺度特征和時間尺度 特征一起作為支持向量機模型的輸入，若需分析環境因素特征對放電電壓的影響，可將環 境因素也作為支持向量機模型的輸入，將絕緣結構在加載電壓下是否擊穿（1或-1)作為支 持向量機模型的輸出。采用訓練樣本的儲能特征和放電電壓對支持向量機模型進行訓練， 并采用優化算法對支持向量機模型進行參數優化。
[0037] 本實施例中，設絕緣結構的放電電壓為Ub，分別定義[90 %Ub，Ub)和[Ub，110 %Ub]為 放電區間（1)和未放電區間（-1)，即誤差范圍為±10%。采用LIBSVM工具箱建立空氣間隙的 放電電壓預測模型，將未放電區間（-1)和放電區間（1)對應的儲能特征輸入至支持向量機 模型進行訓練，由于樣本數據的試驗值進行了氣壓、溫度、濕度等環境參數修正，因此，可不 將其作為支持向量機模型的輸入;若樣本數據沒有進行環境參數修正，或需要分析環境參 數對放電電壓的影響，則需將氣壓、溫度、濕度等環境因素特征與空間尺度特征和時間尺度 特征共同作為支持向量機模型的輸入，用以對模型進行訓練。采用網格搜索法對預測模型 的懲罰系數和核函數參數進行尋優，懲罰系數和核函數參數的取值區間分別設置為[2 3,29] 和[2Λ2_2]，步長均為乂·1，尋優結果為:懲罰系數為147.033,核函數參數為0.25。
[0038]步驟3:對待預測絕緣結構施加電壓初值Uo,提取空間尺度特征和時間尺度特征， 經過歸一化后輸入至上述經過訓練和優化后的支持向量機模型，通過預測得到其放電電 壓。
[0039] 本實施例中，棒-導線空氣間隙為待預測絕緣結構，將其50%放電電壓試驗值作為 加載電壓初值Uo，對應地，[90 %Ub，Ub)和[Ub，110 %Ub]為理想的放電區間（1)和未放電區間 (-1)。分別進行靜電場計算和電壓波形參數計算，提取空間尺度特征和時間尺度特征，并輸 入至支持向量機模型。若模型在（1 -a% )Uo和[1 -(a+1) % ]Uo分別輸出-1和1，則50 %放電電 壓預測值為[l-(a+l)%]Uo,預測結果的相對誤差為_(a+l)%;同理，若模型在（l+a%)Uo和 [1 + (&+1)%]1]〇分別輸出-1和1，則50%放電電壓預測值為[1+(&+1)%]1]()，預測結果的相對 誤差為(a+Ι)%。本實施例中，棒-導線空氣間隙在80/2500ys操作沖擊電壓作用下的50%放 電電壓預測值與試驗值對比如圖3所示，7個間距下的預測結果平均絕對百分比誤差僅為 1.43%，可見，預測效果良好。
[0040] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領 域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1. 一種氣體介質的儲能特征與放電電壓預測方法，其特征在于，基于以下定義： 氣體介質的儲能特征包括： 特征一:空間尺度特征，所述的空間尺度特征為絕緣結構的電場分布特征量， 特征二:時間尺度特征，時間尺度特征為加載電壓的波形特征量， 特征三:環境因素特征，環境因素特征為氣體介質的氣壓、溫度、濕度； 所述的氣體介質包括空氣、六氟化硫、氮氣； 該預測方法具體包括： 步驟1，基于支持向量機建立預測模型，將空間尺度特征、時間尺度特征和環境因素特 征經過歸一化后作為支持向量機模型的輸入，將絕緣結構在加載電壓下是否擊穿（1或-1) 作為支持向量機模型的輸出；通過試驗獲取少量典型電極(球、棒、板)絕緣結構的放電電壓 Ub，分別定義[(1-3%)他，1^)和[1^，（1+&%)1^]為放電區間（1)和未放電區間(-1)，其中， &% 根據允許誤差范圍設定，采用上述典型電極絕緣結構的儲能特征及其對應的輸出（1或-1) 對支持向量機模型進行訓練，并通過優化算法對支持向量機模型進行參數優化； 步驟2,采用經過訓練和優化后的支持向量機模型對待預測絕緣結構的放電電壓進行 預測，加載電壓初值Uo,將空間尺度特征、時間尺度特征和環境因素特征作為輸入，得出對 應輸出從-1到1跳變的電壓U，即為待預測絕緣結構的放電電壓;若在加載電壓初值u〇下的 輸出均為-1或均為1，則進一步加載電壓Uo+dU或Uo-dU，直至輸出-1到1的跳變。2. 根據權利要求1所述的一種氣體介質的儲能特征與放電電壓預測方法，其特征在于， 所述的空間尺度特征根據絕緣結構高、低壓端的空間位置，包括放電通道和放電路徑兩大 類，所述的放電通道為高壓端與低壓端之間的空間區域，所述的放電路徑為高壓端與低壓 端之間最短距離所在的路徑;具體地，放電通道類特征量包括放電通道內的場強最大值E m、 場強平均值Ea、場強畸變率Ed、電場能量W、能量密度Wd、超過X %最大場強區域所占體積的比 例Vrx及其所占能量的比例Wrx、超過24kV/cm和7kV/cm的區域所占體積的比例V r24、Vr7和所占 能量的比例Wr24、Wr7;放電路徑類特征量包括放電路徑上的電場梯度最大值E' max、最小值 Ε、ιη和平均值、超過X%電場梯度最大值的路徑長度所占間距的比例Ε\χ、場強值超過 24kV/cm、7kV/cm的路徑長度L 24、L7及其所占間距的比例Lr24、Lr7;上述的X%分別取90%、 75%、50% 和 25%。3. 根據權利要求1所述的一種氣體介質的儲能特征與放電電壓預測方法，其特征在于， 所述的時間尺度特征包括電壓波形基本特征量和附加特征量，所述的電壓波形為模擬雷電 沖擊或操作沖擊的雙指數波;具體地，基本特征量包括沖擊電壓幅值U max、波前時間Tf、半峰 值時間T2、電壓波形上升率dU/dt、電壓波形積分S ;附加特征量包括波前階段X % Umax時刻的 斜率kx、超過X % Umax的時間間隔Tx、超過X % 1^\的波前時間間隔Tf x、超過X % Umax的波形區域 電壓積分sx、超過X%Umax的波前部分電壓積分Sfx;上述的X%分別取90%、75%和60%。
【專利摘要】本發明涉及一種氣體介質的儲能特征與放電電壓預測方法，采用空間尺度特征、時間尺度特征和環境因素特征表征絕緣結構的儲能狀態，空間尺度特征指絕緣結構的電場分布特征量，時間尺度特征指加載電壓的波形特征量，環境因素特征指氣體介質的氣壓、溫度、濕度等。采用支持向量機建立放電電壓預測模型，將儲能特征經過歸一化后作為模型的輸入，將絕緣結構在加載電壓下是否擊穿（1或-1）作為模型的輸出，采用少量典型電極（球、棒、板）絕緣結構的放電電壓試驗數據對模型進行訓練，預測得到其他絕緣結構在不同加載電壓波形下的放電電壓。本發明預測過程簡單、準確性高，避免了復雜的氣體放電過程研究，有助于指導電氣設備的絕緣優化設計。
【IPC分類】G06F17/50, G06K9/62
【公開號】CN105678014
【申請號】CN201610067299
【發明人】邱志斌, 阮江軍, 黃道春, 唐烈崢, 徐聞婕, 黃從鵬
【申請人】武漢大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月30日