一種配電變壓器樣本抽樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電設(shè)備狀態(tài)檢修領(lǐng)域，更具體涉及一種配電變壓器樣本抽樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的蓬勃式發(fā)展，人們已經(jīng)開始運(yùn)用各種機(jī)器學(xué)習(xí)技 術(shù)對(duì)海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行有效信息的提取與處理。然而，由于數(shù)據(jù)分析內(nèi)部的復(fù)雜性，使得現(xiàn)有挖 掘算法在數(shù)據(jù)分析的時(shí)空代價(jià)比較大。通過抽樣技術(shù)從數(shù)據(jù)集中，挑選出具有代表性的部 分?jǐn)?shù)據(jù)，這樣可以大大提高運(yùn)算效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)配電變壓器的壽命周期符合浴盆曲線規(guī)律的抽樣 方法，利于配電變壓器健康狀態(tài)的研究，為狀態(tài)檢修提供依據(jù)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種配電變壓器樣本抽樣方法，包 括：
[0005] (1)根據(jù)配電變壓器壽命周期的浴盆曲線特征，劃分抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；
[0006] (2)根據(jù)所述時(shí)間節(jié)點(diǎn)將[0, 1]劃分為三個(gè)區(qū)間；
[0007] (3)確定樣本抽樣數(shù)量；
[0008] (4)由投樣點(diǎn)確定樣本；
[0009] (5)獲取與分析所述樣本的信息；
[0010] (6)分析原始樣本庫(kù)狀態(tài)的信息。
[0011] 所述步驟⑴的抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)根據(jù)浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，把全體配電變壓器設(shè) 備分為早期、中期、后期的三類設(shè)備，然后統(tǒng)一編序號(hào)，記住所述早期與中期的分界點(diǎn)序號(hào)P 和所述中期與所述后期的分界點(diǎn)序號(hào)q。
[0012] 將[0, 1]劃分為3個(gè)區(qū)間，[0,εJ、[ερε2]和[ε2, 1]，每個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度根據(jù)所述 早期、中期和后期的三類設(shè)備的數(shù)量和浴盆曲線的時(shí)間劃分節(jié)點(diǎn)，來(lái)共同確定。
[0013] 通過調(diào)整￡1和ε2來(lái)確定早所述早期、中期和后期的三類設(shè)備的比例關(guān)系。
[0014] 所述ε工二 〇· 4，ε2= 〇· 6。
[0015] 利用隨機(jī)函數(shù)在所述[0, 1]區(qū)間進(jìn)行隨機(jī)投點(diǎn)，并將所述投點(diǎn)Χηι與符合所述浴 盆曲線每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的樣本容量m相乘得到所確定的樣本抽樣數(shù)量X。所述由投樣點(diǎn)確定 樣本的過程包括：取m個(gè)投樣點(diǎn)Χηι;當(dāng)m屬于[0,εJ，則通過所確定的樣本抽樣數(shù)量X與 浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)Ρ相乘取整值[xp]找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；當(dāng)m屬于[￡ι，ε2]，則用 [p+x(q-p)]取整值找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；當(dāng)m屬于[ε2,1]，則用[xq]取整值找到對(duì)應(yīng)的 物理樣本。
[0016] 以所抽的樣本對(duì)應(yīng)的真實(shí)配電變壓器設(shè)備為所述物理樣本，完成物理樣本狀態(tài)信 息的采集與分析。
[0017] 根據(jù)樣本信息、抽樣誤差、抽樣估計(jì)的概率度、精度和可靠程度的基礎(chǔ)上，完成原 始樣本庫(kù)狀態(tài)信息的推斷。
[0018] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0019] 1、本發(fā)明技術(shù)方案能適用于配電變壓器健康指數(shù)方面的研究；
[0020] 2、本發(fā)明技術(shù)方案樣本數(shù)量可控，通過確定性和隨機(jī)性兩個(gè)方面的有效結(jié)合，提 高了樣本的代表性性，；
[0021] 3、本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步提高該抽樣方法在健康狀態(tài)調(diào)查方面應(yīng)用的有效性；
[0022] 4、本發(fā)明技術(shù)方案針對(duì)目前配電變壓器設(shè)備量大面廣，有效抽取具有典型特征的 配電變壓器。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的浴盆曲線示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明技術(shù)方案方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026] 實(shí)施例1 :
[0027] 本例的發(fā)明提供一種配電變壓器樣本抽樣方法，該抽樣方法以配電變壓器壽命周 期的浴盆曲線為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在考慮抽樣誤差、抽樣估計(jì)的概率度、精度和可靠程度的基礎(chǔ) 上，完成原始樣本庫(kù)的具有典型特征的小樣本抽樣。包括如圖1所示步驟：（1)根據(jù)配電變 壓器壽命周期的浴盆曲線特征，劃分抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；（2)將[0, 1]劃分為三個(gè)區(qū)間；（3) 確定小樣本抽樣數(shù)量；(4)由投樣點(diǎn)確定樣本；(5)樣本信息的獲取與分析；(6)原始樣本 庫(kù)狀態(tài)信息的分析。
[0028] 浴盆曲線是設(shè)備典型的故障率分布曲線，對(duì)于配電設(shè)備如開關(guān)、變壓器等，可結(jié)合 浴盆曲線，區(qū)域I為設(shè)備的早期失效期，設(shè)備開始使用時(shí)，它的故障率很高，但隨著設(shè)備工 作時(shí)間的增加，故障率迅速降低。故障率曲線屬于遞減型，這個(gè)階段設(shè)備故障的原因大多是 由于設(shè)計(jì)、材料、制造和安裝過程中的缺陷造成的。區(qū)域II是設(shè)備的偶然失效期，這一階段 的特點(diǎn)是故障率較低，而且比較穩(wěn)定，故障率曲線屬于恒定型，這段時(shí)間是設(shè)備的有效壽命 期。區(qū)域III是設(shè)備的耗損失效期，這一階段的故障率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而極速增加，故障率 曲線屬于遞增型。
[0029] 具體實(shí)施步驟如下：
[0030] (1)根據(jù)浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，把全體設(shè)備分為早期、中期、后期三類設(shè)備，然后統(tǒng) 一編序號(hào)，記住分界點(diǎn)序號(hào)P和q(早期1，….P;中期P+1,…，q;后期q+1,…，N);
[0031] 根據(jù)配電變壓器的全壽命周期特點(diǎn)，可以將前3年的變壓器設(shè)備劃分為早期，3~ 25年劃分為中期，25~30年的劃分為后期。
[0032](2)將[0, 1]劃分為3個(gè)區(qū)間，[0,εJ、[ερε2]、[ε2,1]，每個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度根據(jù)早 期、中期、后期三類設(shè)備的數(shù)量和浴盆曲線的時(shí)間劃分節(jié)點(diǎn)，來(lái)共同確定；通過調(diào)整ε2 來(lái)確定早中后期三類設(shè)備的比例關(guān)系。
[0033] 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)操作人員的反饋，這里面我們?nèi)ˇ?.4,ε2=0. 6來(lái)劃分 三個(gè)區(qū)間。
[0034] (3)確定小樣本抽樣數(shù)量。確定好樣本的容量后，利用計(jì)算機(jī)隨機(jī)函數(shù)在[0, 1]區(qū) 間進(jìn)行隨機(jī)投點(diǎn)，并將這投點(diǎn)Χηι與符合浴盆曲線每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的樣本容量m(樣本m小于 30個(gè)）相乘得到X，即為我們所確定的小樣本抽樣數(shù)量。
[0035] (4)由投樣點(diǎn)確定樣本。由投樣點(diǎn)確定樣本。取m個(gè)投樣點(diǎn)Χηι，如屬于[0, εJ， 則結(jié)合我們所確定的小樣本抽樣數(shù)量X與浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)Ρ相乘取整值[xp]找到對(duì) 應(yīng)的物理樣本；同理，如屬于[ερε 2]，則用[p+x (q-p)]取整值找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；類似 地，如屬于[ε2, 1]，則用[xq]取整值找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；
[0036] (5)樣本信息的獲取與分析。以所抽的樣本對(duì)應(yīng)的真實(shí)設(shè)備為物理樣本，完成物理 樣本狀態(tài)信息的采集與分析。狀態(tài)信息的采集主要通過PMS系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告中獲取， 當(dāng)獲取到樣本的狀態(tài)信息之后，會(huì)得到繁而雜的關(guān)鍵特征量，關(guān)鍵特征量分析從故障原因、 國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)、專家意見與預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告綜合考慮，得出出現(xiàn)頻率最 高的狀態(tài)量作為表征配電變壓器健康狀態(tài)的信息量。
[0037] (6)原始樣本庫(kù)狀態(tài)信息分析。以樣本信息為基礎(chǔ)，在考慮抽樣誤差、抽樣估計(jì)的 概率度、精度和可靠程度的基礎(chǔ)上，完成原始樣本庫(kù)狀態(tài)信息的推斷。具體推斷過程如下：
[0038] -般表征可靠性函數(shù)的有指數(shù)分布與威布爾分布。指數(shù)分布的故障率是常數(shù)，因 此它只能描述圖1浴盆曲線的偶然失效期階段，而威布爾分布通過調(diào)整參數(shù)，可以用來(lái)模 擬整個(gè)浴盆曲線，因而可以表征配電變壓器整個(gè)壽命周期的健康狀態(tài)。
[0039] 首先，威布爾分布的概率密度函數(shù)表示如下：
[0041] 上式中，η,α，γ分別為形態(tài)參數(shù)、位置參數(shù)和尺度參數(shù)。形態(tài)參數(shù)η-般為0， 位置參數(shù)α的值決定了威布爾分布函數(shù)的形狀。尺度參數(shù)γ不影響不影響曲線的基本形 狀，只影響尺度的放大與縮小。
[0042] 由概率密度函數(shù)可以得到故障函數(shù)：
[0044] 從此函數(shù)可以看出，0〈η〈1，λ(t)隨時(shí)間t增大而減少；偶然失效期，η=
;損耗失效期，η>1,隨著時(shí)間的增大而增大。
[0045] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】 進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申 請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：包括： (1) 根據(jù)配電變壓器壽命周期的浴盆曲線特征，劃分抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)； (2) 根據(jù)所述時(shí)間節(jié)點(diǎn)將[0, 1]劃分為三個(gè)區(qū)間； (3) 確定樣本抽樣數(shù)量； (4) 由投樣點(diǎn)確定樣本； (5) 獲取與分析所述樣本的信息； (6) 分析原始樣本庫(kù)狀態(tài)的信息。2. 如權(quán)利要求1所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述步驟（1)的 抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是根據(jù)浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，把全體配電變壓器設(shè)備分為早期、中期、后期 的三類設(shè)備，然后統(tǒng)一編序號(hào)，記住所述早期與中期的分界點(diǎn)序號(hào)P和所述中期與所述后 期的分界點(diǎn)序號(hào)q。3. 如權(quán)利要求2所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述步驟（2)中， 將[〇，1]劃分為[〇,ej、[￡l，ε2]和[ε2，1]3個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度根據(jù)所述早期、中期 和后期的三類設(shè)備的數(shù)量和浴盆曲線的時(shí)間劃分節(jié)點(diǎn)，來(lái)共同確定。4. 如權(quán)利要求3所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：通過調(diào)整ε^口 ε2來(lái)確定早所述早期、中期和后期的三類設(shè)備的比例關(guān)系。5. 如權(quán)利要求4所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述ε1= 0. 4， ε2= 0· 6〇6. 如權(quán)利要求1或3所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述步驟（3) 是利用隨機(jī)函數(shù)在所述[0, 1]區(qū)間進(jìn)行隨機(jī)投點(diǎn)，并將所述投點(diǎn)Χηι與符合所述浴盆曲線 每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的樣本容量m相乘得到所確定的樣本抽樣數(shù)量X。7. 如權(quán)利要求1或3所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述步驟（4) 由投樣點(diǎn)確定樣本的過程包括：取m個(gè)投樣點(diǎn)xm;im屬于[0，ε1]，則通過所確定的樣本抽 樣數(shù)量X與浴盆曲線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)Ρ相乘取整值[xp]找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；當(dāng)m屬于[ερ ε2]，則用[P+x(q_P)]取整值找到對(duì)應(yīng)的物理樣本；當(dāng)m屬于[ε2, 1]，則用[xq]取整值找 到對(duì)應(yīng)的物理樣本。8. 如權(quán)利要求7所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于：所述步驟（5)中， 以所抽的樣本對(duì)應(yīng)的真實(shí)配電變壓器設(shè)備為所述物理樣本，完成物理樣本狀態(tài)信息的采集 與分析。9. 如權(quán)利要求8所述的一種配電變壓器樣本抽樣方法，其特征在于，所述步驟（5)是根 據(jù)樣本信息、抽樣誤差、抽樣估計(jì)的概率度、精度和可靠程度的基礎(chǔ)上，完成原始樣本庫(kù)狀 態(tài)信息的推斷。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種配電變壓器樣本抽樣方法，包括：(1)根據(jù)配電變壓器壽命周期的浴盆曲線特征，劃分抽樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；(2)根據(jù)所述時(shí)間節(jié)點(diǎn)將[0,1]劃分為三個(gè)區(qū)間；(3)確定樣本抽樣數(shù)量；(4)由投樣點(diǎn)確定樣本；(5)獲取與分析所述樣本的信息；(6)分析原始樣本庫(kù)狀態(tài)的信息。本發(fā)明的技術(shù)方案利于配電變壓器健康狀態(tài)的研究，為狀態(tài)檢修提供依據(jù)。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105404779
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510815216
【發(fā)明人】馬釗, 袁海文, 孫凌杰, 周莉梅, 呂建勛, 左偉杰, 劉偉, 盛萬(wàn)興, 蘇劍
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司, 北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日