一种基于介电响应的天然酯油纸绝缘受潮状态评估方法与流程

本发明属于变压器，涉及一种基于介电响应的天然酯油纸绝缘受潮状态评估方法。

背景技术：

1、对天然酯变压器尚无充足的运维经验，尚缺乏能够诊断天然酯油纸绝缘受潮程度的有效方法。而介电响应技术已成熟应用于诊断传统矿物油纸绝缘的受潮状况。因此，将介电响应技术从传统矿物油纸绝缘，借鉴到天然酯油纸绝缘，有望解决天然酯油纸绝缘的受潮诊断问题。但是，目前介电响应方法大多根据介电响应曲线的形态和位置变化，定性推断油纸绝缘状态，亟需研究频域介电谱的定量解读方法，实现对受潮状态的准确诊断。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于介电响应的天然酯油纸绝缘受潮状态评估方法。本发明通过采用增强的海洋捕食者算法，辨识得出扩展德拜模型的全部参数，进而根据其中特征参数的变化，诊断天然酯油纸绝缘受潮程度的方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于介电响应的天然酯油纸绝缘受潮状态评估方法，该方法包括以下步骤：

4、s1：采用频域介电响应测试仪，测量待评估的天然酯油纸绝缘样本的频域介电谱fds；

5、s2：基于扩展德拜模型，将其作为天然酯油纸绝缘fds的基本模型，列出其fds的计算表达式：

6、

7、

8、上式中，c'(ω)及c"(ω)分别表示复电容的实部值和虚部值，ci、ri为电路模型各支路中的电容和电阻参数；

9、s3：构建如下(3)的目标函数用于模型的参数辨识目标，其目的是计算出模型中所有支路的元件参数值，使得依据式(1)～(2)得出的计算谱图同实测谱图之间的误差达到最小：

10、

11、式中，下标为“测量”代表相关实测值，下标“拟合”代表根据某次参数辨识结果实时得出的对应参量计算值；

12、s4：将扩展德拜模型中的各支路参数ci、ri统一为待求解向量z；首先，按照下式产生初始种群：

13、z＝lb+rand×(ub-lb)                      (4)

14、式中，rand代表[0，1]中的随机数，lb、ub代表搜索区域的下界和上界；

15、s5：按照下式生成精英矩阵和猎物矩阵：

16、

17、式中，zl为顶级捕食者向量，复制该向量n次构建精英矩阵elite；n为种群数量；d为搜索空间维度；z矩阵是猎物矩阵，捕食者根据该矩阵更新自己的位置；

18、s6：进入高速率比阶段，假定在总循环次数的前1/3之内，猎物拥有较高的移动速率，捕食者停止运动，按照下式更新猎物的位置：

19、si＝rb×(elitei-rb×zi), i＝1,2,…,n                  (6)

20、zi＝zi+p.r×si, p＝0.5                        (7)

21、式中，r∈[0，1]，代表一个随机向量，rb代表布朗运动向量；

22、s7：进入单位速率比阶段，假定在总循环次数的1/3到2/3之间，捕食者和猎物具有相同的速度，采用布朗技术模拟捕食者的运动，并采用levy飞行方法模拟猎物的运用；将种群分为两部分，采用levy飞行方法模拟猎物的运用的解属于第一部分种群，按照下式(8)更新；

23、si＝rl×(elitei-rl×zi), i＝1,2,…,n/2                (8)

24、其中：

25、zi＝zi+p.r×si                           (9)

26、在式(8)中，rl表示由levy飞行产生的随机数；

27、si＝rb×(rb×elitei-zi), i＝n/2,…,n                (10)

28、zi＝elitei+p.cf×si,

29、式中，t为当前迭代数；

30、s8：进入低速率比阶段，假定在总循环次数的后1/3阶段，猎物的移动速率比捕食者低，采用下式(12)更新猎物的位置：

31、zi＝elitei+p.cf×si,

32、其中：

33、si＝rl×(rl×elitei-zi),i＝1,2,…,n  (13)

34、s9：考虑涡流和鱼群聚集，采用下式计算鱼群聚集效应：

35、

36、式中，u是一个二值数字，fad＝0.2，r∈[0,1]；r1和r2是随机下标；

37、s10：开展差分进化，为n个方案设置初始值，计算每个方案的适应度值，使用差分进化方法更新当前的解，包括变异、交叉和选择，使用变异算子，生成变异解，如下式(15)所示：

38、

39、式中，rand1、rand2表示从1到n变化的随机指数，f表示变异比例因子，使用下式计算：

40、f＝0.3+0.1*tan(pi*(rand(n,dim)-0.5))  (16)

41、式中，tan是正切数学函数，n表示搜索代理，dim是上述未知变量的维数，使用交叉运算更新问题的解：

42、

43、使用选择运算符根据适应度函数，对当前的解zi进行更新：

44、

45、s11：使用捕食者的增强型优化器，使用下式(19)生成初始种群：

46、zi,j＝lbj+rand1×(ubj-lbj),j＝1,2,...,dim,i＝1,2,...,n  (19)

47、式中，ubj和lbj代表第j维的最大和最小边界；采用de算子支持传统的mpa算法，有效发现新的搜索空间，使用下式进行：

48、

49、式中，pri是xi出现的概率，按下式计算：

50、

51、其中：

52、rs＝min(pri)+rand×(max(pri)-min(pri)), rand∈[0,1]             (22)

53、s12：待计算程序执行完毕后，获得扩展德拜模型最终的参数值z＝[r0、c0、r1、c1…rn、cn]；针对不同受潮程度的天然酯油纸绝缘样本对应的z参数，将z中的每一个电容、电阻参数和天然酯油纸绝缘的水分含量数值进行曲线拟合，选取拟合优度排名前三的变量，作为天然酯油纸绝缘的受潮程度特征量参量；

54、s13：基于三个受潮程度特征量参量，分别根据各自的拟合表达式，反算出对应的水分含量，取三个计算结果的平均值，作为最终的天然酯油纸绝缘的水分含量评估结果。

55、本发明的有益效果在于：针对天然酯油纸绝缘缺乏受潮诊断方法，传统矿物油纸绝缘的介电响应缺乏定量方法的问题，本发明通过采用增强的海洋捕食者算法，辨识得出扩展德拜模型的全部参数，进而根据其中特征参数的变化，诊断天然酯油纸绝缘受潮程度的方法。

56、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。