李典陽(yáng) 張育杰 馮 健 王善淵

變壓器故障樣本多維診斷及結(jié)果可信度分析

李典陽(yáng)1,2張育杰1,3馮 健1王善淵1

（1. 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 沈陽(yáng) 110819 2. 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司 沈陽(yáng) 110006 3. 國(guó)網(wǎng)新鄉(xiāng)供電公司 新鄉(xiāng) 453005）

電力變壓器作為電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)具有重要意義。電力變壓器在線故障診斷是實(shí)現(xiàn)電力變壓器實(shí)時(shí)狀態(tài)分析的重要方法，油中溶解氣體分析是最常用的電力變壓器在線故障診斷方法。目前變壓器故障診斷征兆優(yōu)選多采用基于啟發(fā)式算法的策略，雖然相較于遍歷型算法簡(jiǎn)化了篩選流程，但仍需消耗大量算力。電力變壓器融合故障診斷方面的研究多注重于整體診斷效果的提升，未關(guān)注單個(gè)樣本診斷結(jié)果可靠性方面的分析。為解決上述問題，該文提出一種結(jié)合數(shù)據(jù)分布的征兆自主離散及征兆自主降維優(yōu)選、單事件多模型融合分析的變壓器狀態(tài)分析方法。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，該方法可以有效分析各征兆數(shù)據(jù)分布，進(jìn)行征兆優(yōu)選，可以從單個(gè)事件的角度給出變壓器運(yùn)行狀態(tài)及可信度。

優(yōu)化離散 征兆選擇 可信度 輔助分析

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)電能變換及電力傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，為保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，多種電力變壓器故障診斷技術(shù)及狀態(tài)分析方法被提出。

為提高電力變壓器故障診斷與狀態(tài)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，油中溶解氣體[1-2]、油溫[3]、電氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]、油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[5]等被作為特征量用于變壓器狀態(tài)分析?；谶@些征兆及人工智能算法，多種智能診斷策略被提出。相較于傳統(tǒng)氣體比值方法，其診斷效果有了很大程度的提升。為進(jìn)一步提升診斷效果，融合策略也被用于變壓器故障診斷。文獻(xiàn)[6]使用改進(jìn)三比值法（Improved Three Ratio Method, ITR)、Dornenburg氣體比值法（Doernenburg Ratio Method, DRM)、大衛(wèi)三角法（Duval Triangle Method, DTR)及HAE診斷方法的特征量分別作為自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理系統(tǒng)（Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS）的輸入，再通過融合策略進(jìn)行變壓器故障診斷。文獻(xiàn)[7]以變壓器漏感參數(shù)為特征量，使用支持向量（Support Vector Machine, SVM）及有限元分析法實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器繞組的狀態(tài)分類識(shí)別，診斷效果良好。文獻(xiàn)[8]以油色譜數(shù)據(jù)相對(duì)含量、征兆比值、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)為征兆，分別訓(xùn)練SVM模型，再通過證據(jù)融合理論（Dempster-Shafer envidence theory, DS）進(jìn)行最后決策。這些方法將不同渠道獲得的信息進(jìn)行融合決策，診斷效果好于單獨(dú)診斷方法。

隨著變壓器故障診斷征兆的豐富，不同征兆之間存在冗余性，需要對(duì)征兆進(jìn)行優(yōu)選。文獻(xiàn)[9]使用遺傳算法結(jié)合多個(gè)征兆重要度排序算法對(duì)油中溶解氣體衍生出的故障征兆進(jìn)行優(yōu)選。這種征兆優(yōu)選方法屬于啟發(fā)式算法，相較于遍歷型算法可以減少對(duì)算力的消耗，但是只能得到征兆組合的較優(yōu)解，難以得到唯一的最優(yōu)解，且依然需要進(jìn)行多次迭代。如何降低征兆優(yōu)選所需的算力，使樣本更新時(shí)征兆的優(yōu)選可以重新快速完成是一個(gè)有待解決的問題。目前，電力數(shù)據(jù)信息輔助決策主要體現(xiàn)在系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估和故障診斷兩個(gè)方面，可分為能體現(xiàn)建模過程及物理意義的“白箱”方法和可進(jìn)行大量歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的“黑箱”方法?！鞍紫洹狈椒m然能更好地體現(xiàn)各物理量的現(xiàn)實(shí)聯(lián)系，但多用于電力設(shè)備事件的事后分析，難以實(shí)現(xiàn)在線設(shè)備狀態(tài)評(píng)估及事件分析?！昂谙洹狈椒ㄖ械膯蝹€(gè)決策模型雖然整體決策效果良好，但仍然存在單個(gè)樣本決策錯(cuò)誤的情況。而單個(gè)樣本的決策結(jié)果是否可靠決定了輔助系統(tǒng)給出意見時(shí)應(yīng)對(duì)策略的可執(zhí)行程度，提高決策結(jié)果的可信度對(duì)于輔助意見的“落地”具有重要意義。決策結(jié)果的可信度應(yīng)包含決策結(jié)果可信與不可信兩個(gè)方面。因此，如何避免診斷模型給出的決策結(jié)果過于絕對(duì)，解決常用診斷結(jié)果沒有不確定度的問題是另外一個(gè)值得思考的方面。

為解決上述問題，本文中采用離散化方法對(duì)征兆進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)密集區(qū)的詳細(xì)劃分及稀疏區(qū)的粗略劃分，降低征兆優(yōu)選對(duì)于算力的需求。使用多個(gè)診斷模型得出單個(gè)事件的分析結(jié)果，并從多個(gè)角度分析診斷結(jié)果的可信度，為診斷結(jié)果是否采納提供依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力變壓器狀態(tài)分析從傳統(tǒng)的物理模型向“物理模型+輔助決策”方式轉(zhuǎn)變。

1 輔助分析模型構(gòu)建流程

電力變壓器輔助分析模型的構(gòu)建流程如圖1所示，輔助決策的目的：①對(duì)于新監(jiān)測(cè)的樣本數(shù)據(jù)給出明確的診斷結(jié)論；②通過分析診斷過程中多個(gè)診斷模型的過程數(shù)據(jù)給出診斷結(jié)論可靠程度。

圖1 數(shù)據(jù)信息挖掘流程

在對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘時(shí)，首先按照數(shù)據(jù)類別將其分成兩類：一類數(shù)據(jù)是可用于分析變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；另一類數(shù)據(jù)是表述變壓器狀態(tài)的標(biāo)識(shí)量。然后對(duì)征兆數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，文中采用優(yōu)化離散方法對(duì)各征兆進(jìn)行預(yù)處理，這種方法可以在較小數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，并確定離散邊界，進(jìn)而區(qū)分相近故障類別間數(shù)據(jù)分布的細(xì)微差別?；陔x散化樣本數(shù)據(jù)，采用無(wú)監(jiān)督屬性選擇算法進(jìn)行征兆優(yōu)選，以此加快數(shù)據(jù)分析及建模過程，并簡(jiǎn)化事件輔助模型，減少過度擬合。

在得到優(yōu)選征兆集后，使用樣本按照故障類型單獨(dú)訓(xùn)練診斷模型。通過預(yù)測(cè)算法庫(kù)可以得到多個(gè)每種故障類別的二元分類預(yù)測(cè)模型。文中算法庫(kù)包括SVM[10]、決策樹算法[11]（Decision Tree, DT）、Adaboost算法、隨機(jī)森林算法（Random Forests, RF）[12]、極限機(jī)器學(xué)習(xí)算法（Extreme Learning Machine, ELM）[13]。對(duì)每個(gè)故障類型，分析模型診斷結(jié)果的差異，選擇可以互補(bǔ)的模型進(jìn)行融合，以減少單個(gè)模型的誤判。結(jié)合每個(gè)模型的診斷結(jié)果及概率值，計(jì)算融合模型的診斷結(jié)果和可信度，再通過分析單個(gè)樣本在不同融合模型上的診斷結(jié)果和可信度得到樣本的最終診斷結(jié)果。

以上變壓器狀態(tài)分析方法可以對(duì)單個(gè)樣本進(jìn)行更加綜合的分析。從增加單個(gè)故障類別診斷信息源、融合多個(gè)模型診斷結(jié)果、分析不同融合模型診斷結(jié)果及可信度三個(gè)方面評(píng)估單個(gè)樣本診斷結(jié)果及可信度，避免了單個(gè)診斷模型總體診斷效果好，單個(gè)樣本診斷結(jié)果可靠性難以分析的問題。

2 事件診斷模型構(gòu)建

2.1 優(yōu)化離散

各征兆監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)和量綱差異往往很大，當(dāng)某個(gè)征兆的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一個(gè)較大異常值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在較小區(qū)間內(nèi)正常分布的密集數(shù)據(jù)被嚴(yán)重壓縮，導(dǎo)致較大數(shù)據(jù)信息吞噬小數(shù)據(jù)信息的情況。為避免這種問題，本文采用優(yōu)化離散方法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。優(yōu)化離散通過分析數(shù)據(jù)分布實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理，以實(shí)現(xiàn)密集數(shù)據(jù)間的多區(qū)間劃分及稀疏數(shù)據(jù)間的簡(jiǎn)略劃分，進(jìn)而保留數(shù)據(jù)的主要信息，避免極端數(shù)據(jù)影響。本文采用基于卡方檢驗(yàn)的優(yōu)化離散方法進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化，該方法是監(jiān)督數(shù)據(jù)離散方法，可以實(shí)現(xiàn)離散邊界的自主確定，離散邊界的確定方法如下：

卡方檢驗(yàn)可以統(tǒng)計(jì)樣本實(shí)際出現(xiàn)的次數(shù)與理論計(jì)算出現(xiàn)次數(shù)之間的偏離程度，卡方值越大，說明偏離越明顯，可用于分析兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)區(qū)間的樣本類別分布差異，區(qū)間與其右側(cè)相鄰區(qū)間的故障類別卡方值為

再利用式（1）計(jì)算其對(duì)應(yīng)的卡方值，將第個(gè)區(qū)間與其左右相鄰區(qū)間所得到的卡方值進(jìn)行比較，將卡方值小的兩個(gè)區(qū)間合并。然后重新計(jì)算各區(qū)間的卡方值，逐漸減少區(qū)間數(shù)，直到區(qū)間個(gè)數(shù)滿足設(shè)定閾值，將區(qū)間邊界值作為離散劃分點(diǎn)。通過參考電力設(shè)備事件預(yù)警等級(jí)等劃分方法，本文對(duì)連續(xù)性信息數(shù)據(jù)的離散區(qū)間個(gè)數(shù)設(shè)置為5。

2.2 模型構(gòu)建與優(yōu)選

征兆數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信息挖掘，用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)與變壓器運(yùn)行狀態(tài)間的映射模型實(shí)現(xiàn)電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的輔助分析，下文將詳細(xì)闡述本文提出的電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)輔助決策模型構(gòu)建方法。

（5）為增加單個(gè)樣本診斷信息源，盡可能地避免單個(gè)診斷模型在單個(gè)樣本上的診斷錯(cuò)誤，有必要進(jìn)行多模型融合?；谀Ｐ筒町惗扰c融合診斷效果的綜合分析策略是常用的模型選擇性融合方法，但這種方式通常是基于啟發(fā)式的遍歷性策略[16]，期間需要訓(xùn)練多個(gè)融合模型進(jìn)行比對(duì)，對(duì)于算力消耗極大。為簡(jiǎn)化這一過程，本文將差異性分析與融合模型診斷環(huán)節(jié)分開，首先分析模型間差異度，差異度在0.5以上的模型納入融合范圍，其他模型不進(jìn)行融合。差異化度量方法的具體原理參見文獻(xiàn)[17]。

（6）根據(jù)入選融合范圍模型，按照子集組合的方式訓(xùn)練多個(gè)融合，基于同一個(gè)驗(yàn)證集，一次性分析融合模型的優(yōu)劣。根據(jù)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，從事件類別中選取一個(gè)模型。這樣得到對(duì)于個(gè)事件的個(gè)診斷模型。

（7）對(duì)于新采樣的樣本，每個(gè)事件模型M診斷后可以得出是否屬于該事件的診斷結(jié)果及可信度P，其計(jì)算方法如式（3）所示。若使用事件模型計(jì)算出某樣本的可信度P值大于0.5，則認(rèn)為屬于該事件。

比較每個(gè)事件模型的可信度，選取可信度值最高的事件模型所代表的事件作為診斷結(jié)果。除可信度外，為進(jìn)一步豐富診斷結(jié)果的可信度評(píng)價(jià)信息，將可信度最高的事件模型投票數(shù)（事件模型所融合的單獨(dú)模型中，若單獨(dú)模型對(duì)樣本屬于該故障類型的診斷概率大于0.5，則記一票，票數(shù)記為1）、不同事件模型對(duì)某樣本給出的可信度值中最大值與第二大值的差值納入診斷結(jié)果評(píng)價(jià)范圍（差異越小說明不同事件模型的診斷結(jié)果可能過于接近，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，差值記為2）。按照表1中的原則判定診斷結(jié)果可信度，用于分析單事件診斷結(jié)果的可信度。

表1 聯(lián)合評(píng)價(jià)方法

Tab.1 Joint evaluation method

3 實(shí)例分析

為驗(yàn)證本文提出方法的可行性與正確性，下文給出變壓器事件輔助決策建模構(gòu)建實(shí)例并進(jìn)行分析。為符合實(shí)際應(yīng)用分析情況，本文從國(guó)網(wǎng)某省電力數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)收集到已知故障類型的變壓器歷史數(shù)據(jù)983組。根據(jù)IEC 60599—2015及GB/T 7252—2001導(dǎo)則，收集到的數(shù)據(jù)可劃分為六種故障類型。將收集到的全數(shù)據(jù)集按照2.2節(jié)步驟（1）的原則劃分為表2中的征兆集和表3中的事件集。表2中TH表示總烴（CH4、C2H6、C2H4與C2H6之和）。

表2 征兆集

Tab.2 Features set

表3 事件集

Tab.3 Fault event set

首先對(duì)樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，按照2.1節(jié)中的離散優(yōu)化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散，獲得的各征兆離散邊界見表4，將樣本按照表3中的故障類型形成6個(gè)二元標(biāo)簽集。

表4 征兆離散邊界

Tab.4 Features set

（續(xù)）

在獲得離散樣本之后，使用粗糙集算法進(jìn)行征兆簡(jiǎn)約，簡(jiǎn)約后的優(yōu)選征兆集見表5。經(jīng)過征兆優(yōu)選后，故障征兆減少至11個(gè)。故障征兆集征兆個(gè)數(shù)的縮減，減少了建模復(fù)雜度及訓(xùn)練耗時(shí)。

表5 粗糙集簡(jiǎn)約結(jié)果

Tab.5 Optimal features result of rough set algorithm

以局部放電故障為例闡述本文2.2節(jié)步驟（4）～步驟（6）的執(zhí)行過程，使用預(yù)測(cè)算法庫(kù)中五種算法對(duì)事件4構(gòu)成的二元標(biāo)簽及表5中優(yōu)選征兆的歸一化數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的融合與篩選。篩選過程采用5次交叉驗(yàn)證方式，每次抽取4/5的樣本組成訓(xùn)練集，其余樣本組成驗(yàn)證集?；谟?xùn)練集數(shù)據(jù)得到五個(gè)預(yù)測(cè)模型。SVM算法、決策樹算法、Adaboost算法、隨機(jī)森林算法、ELM算法訓(xùn)練得到的模型分別表示為SVM、DT、Adaboost、RF、ELM。然后使用這五個(gè)預(yù)測(cè)模型分別在驗(yàn)證集上進(jìn)行樣本故障預(yù)判。

將五個(gè)預(yù)測(cè)模型在驗(yàn)證集的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際標(biāo)簽進(jìn)行對(duì)比，若樣本預(yù)測(cè)結(jié)果正確則記為1，否則記為0。這樣五個(gè)預(yù)測(cè)模型可以在驗(yàn)證集上得出其對(duì)應(yīng)的二元編碼，并可以計(jì)算出各診斷模型在驗(yàn)證集上的準(zhǔn)確率，以5次交叉驗(yàn)證的平均準(zhǔn)確率作為最終整體準(zhǔn)確率。五個(gè)預(yù)測(cè)模型在事件4的8個(gè)驗(yàn)證集樣本的診斷結(jié)果正誤見表6。從表6可知預(yù)測(cè)模型{SVM,DT,RF}診斷正誤結(jié)果相同，預(yù)測(cè)模型{Adaboost,ELM}相同，預(yù)測(cè)模型{SVM,DT,RF}與預(yù)測(cè)模型{Adaboost,ELM}的診斷正誤結(jié)果存在差異性。

表6 驗(yàn)證集樣本預(yù)測(cè)結(jié)果正誤

Tab.6 The diagnostic result of examples in validation set

按照各模型驗(yàn)證集準(zhǔn)確率大小從高到低排列，RF、ELM、DT、SVM、Adaboost在4樣本集的整體診斷準(zhǔn)確率分別為0.914 3、0.901 2、0.899 7、0.856 1、0.831 0。按照步驟（5）中的方法計(jì)算各模型間的差異度值，兩兩模型間的差異度值如圖2所示。

圖2 預(yù)測(cè)模型的差異度

從RF開始逐步尋找差異度較大的模型，用于融合的模型尋找的基本原則是：選擇診斷準(zhǔn)確率高、差異度大的模型進(jìn)行融合，以盡可能避免診斷效果差的模型在單個(gè)樣本上的診斷錯(cuò)誤。尋找的過程是：按準(zhǔn)確率高低分析兩兩相鄰模型間的差異度，若差異度值大于0.5，則將模型納入融合選擇范圍，若小于0.5就停止對(duì)于模型的尋找。

從圖2可知，RF作為初始模型納入融合選擇范圍，RF和ELM的差異度值為0.746 1，故將ELM也納入考慮范圍，因?yàn)镋LM和DT的的差異度值小于0.5，故停止尋找。則事件4篩選的用于融合的模型全集為{RF,ELM}，通過對(duì)比其子集{RF}、{ELM}、{RF,ELM}的診斷效果選出事件模型。同樣對(duì){RF,ELM}組成的融合模型使用5次交叉原則，采用5次平均準(zhǔn)確率作為診斷效果。診斷結(jié)果見表7。

表7 事件模型4篩選

Tab.7 Event model D4 selection

從表7中可知，RF&ELM的診斷效果最好，故將該模型作為4的事件模型。表6中第3組樣本的不同模型診斷正誤存在差異，表8給出了RF、ELM模型診斷該樣本為局部放電事件的概率及整體準(zhǔn)確率。按照步驟（7）中的原則可以計(jì)算出事件模型4診斷該樣本是否屬于局部放電故障的概率。從表8中可知，屬于局部放電故障的概率大于不屬于的概率，故診斷結(jié)果為屬于該事件，這一結(jié)論的可信度為0.538 8。

表8 各模型的局部放電故障概率

Tab.8 The probability of different models for PD fault

按照上述原則及過程可以計(jì)算出低溫過熱故障、中溫過熱故障、高溫過熱故障、低能放電故障和高能放電故障類別的事件模型見表9。

表9 事件模型

Tab.9 Event models

按照步驟（7）中的原則計(jì)算表9中的6個(gè)事件模型在表6中第3組樣本的1和2值，結(jié)果見表10。從表10中可知，該樣本的最終聯(lián)合診斷結(jié)論為局部放電故障，該結(jié)論的可信度一般。

表10 事件模型

Tab.10 Event models

4 結(jié)果對(duì)比

4.1 不同離散方式優(yōu)選征兆結(jié)果分析

使用粗糙集算法進(jìn)行征兆簡(jiǎn)約可以在很大程度上節(jié)省算力，但是樣本的離散方式對(duì)于征兆的簡(jiǎn)約效果存在很大影響。為分析本文優(yōu)化離散方式的優(yōu)劣，分別采用等距劃分和等幅劃分方式對(duì)樣本進(jìn)行離散。等距劃分是將各樣本征兆數(shù)據(jù)從小到大排列，按照樣本數(shù)量等間距確定離散邊界。等幅劃分是統(tǒng)計(jì)各樣本某征兆數(shù)據(jù)的最大、最小值，在這兩個(gè)值之間等間距確定離散邊界。將離散區(qū)間個(gè)數(shù)選為5，使用粗糙集算法分別對(duì)這兩種方法的離散結(jié)果進(jìn)行征兆優(yōu)選，優(yōu)選結(jié)果見表11。

表11 基于不同離散方式的征兆簡(jiǎn)約結(jié)果

Tab.11 Optimal features result of different discrete models

基于表5和表11中的優(yōu)選征兆集，使用本文收集的樣本采用10-flod交叉驗(yàn)證方法進(jìn)行結(jié)果比較，每次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練集和測(cè)試集的樣本數(shù)量比例為9:1，以測(cè)試集的平均診斷準(zhǔn)確率作為最終結(jié)果，診斷算法選用決策樹、隨機(jī)森林[18]和SVM[19-21]，診斷結(jié)果見表12。此處，決策樹算法采用Weka及Matlab Weka Interface工具包中的C4.5算法實(shí)現(xiàn)，算法參數(shù)使用默認(rèn)參數(shù)；隨機(jī)森林算法使用Matlab的統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)工具箱來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，本文算法中決策樹個(gè)數(shù)（NumTrees）設(shè)置為100；SVM使用LibSVM實(shí)現(xiàn)，參數(shù)選擇參考文獻(xiàn)[22]。

表12 基于不同離散方式的診斷效果

從表12中可知，本文基于優(yōu)化離散的征兆優(yōu)選策略診斷效果好于等距劃分方法和等幅劃分方法，說明優(yōu)化離散方法可以更好地展現(xiàn)數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)。

4.2 與常用智能診斷方法對(duì)比

為分析本文方法的整體診斷效果，采用與4.1節(jié)相同的訓(xùn)練集和測(cè)試集樣本分配策略，在交叉驗(yàn)證結(jié)束后，分類別統(tǒng)計(jì)各故障樣本的診斷結(jié)果并計(jì)算各類別樣本及整體樣本的診斷準(zhǔn)確率。診斷算法同樣選用決策樹、隨機(jī)森林和SVM，診斷結(jié)果見表13。

表13 基于不同診斷算法的診斷效果

Tab.13 Diagnosis result of different diagnosis algorithm

從表13可知，本文方法的診斷準(zhǔn)確率好于基于決策樹、隨機(jī)森林和SVM算法的診斷策略，而且各個(gè)故障類別的診斷效果更加均衡。

4.3 聯(lián)合評(píng)價(jià)方法有效性分析

針對(duì)新采集的樣本，在目前診斷方法無(wú)法保證診斷結(jié)果完全可靠的情況下，給出診斷結(jié)果適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)信息有助于模型診斷方法的落地應(yīng)用。表14中給出了4.2節(jié)實(shí)驗(yàn)所有樣本診斷結(jié)果的聯(lián)合評(píng)價(jià)信息分布。如果將表1中表述為“可信度高”和“可信度一般”的評(píng)價(jià)信息認(rèn)同為樣本診斷結(jié)果正確，“可信度低”和“結(jié)果易出錯(cuò)”認(rèn)同為樣本診斷結(jié)果錯(cuò)誤，則評(píng)價(jià)信息的準(zhǔn)確率可達(dá)0.960 3，見表14中加粗部分所示，所以本文結(jié)果評(píng)價(jià)方法對(duì)單個(gè)樣本的診斷結(jié)果應(yīng)用有幫助。

表14 基于不同診斷算法的診斷效果

Tab.14 Diagnosis result of different diagnosis algorithm

5 結(jié)論

本文通過構(gòu)建事件輔助決策模型實(shí)現(xiàn)征兆數(shù)據(jù)離散邊界的自主確定、事件關(guān)聯(lián)征兆的自主優(yōu)選、事件模型的簡(jiǎn)化與融合；通過構(gòu)建單個(gè)樣本診斷結(jié)果的可信度評(píng)價(jià)體系有助于分析結(jié)果可信度，避免診斷結(jié)果的絕對(duì)性，使輔助決策更實(shí)用。研究結(jié)果表明，融合診斷有助于提高診斷結(jié)果的可靠性，綜合分析融合過程中各單一模型診斷結(jié)果的可信度有助于分析診斷結(jié)果是否可靠。通過提升融合模型診斷準(zhǔn)確率和判斷單個(gè)樣本診斷結(jié)果是否可信的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)一步促進(jìn)智能診斷方法的落地應(yīng)用，有助于解決整體樣本診斷效果良好但單個(gè)樣本診斷結(jié)果無(wú)法確信的問題。下一步研究將繼續(xù)完善聯(lián)合評(píng)價(jià)體系，提高可信度評(píng)價(jià)精準(zhǔn)度。

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Multi-Dimensional Diagnosis of Transformer Fault Sample and Credibility Analysis

Li Dianyang1,2Zhang Yujie1,3Feng Jian1Wang Shanyuan1

（1. Information Science and Engineering College Northeastern University Shenyang 110819 China 2. State Grid Liaoning Electric Power Limited Company Shenyang 110006 China 3. State Grid Xinxiang Electric Power Supply Company Xinxiang 453005 China）

Power transformer is the core equipment of power system, and its safe and stable operation is of great significance to power system. Online fault diagnosis of power transformers is an important method to realize real-time status analysis of power transformers. At present, the selection of features subset for transformer fault diagnosis mainly adopts heuristic-based method, which simplifies the selection process compared to traversal algorithms, but it still consumes a lot of computing power. Moreover, the research of hybrid fault diagnosis motheds for power transformer focuses on the improvement of the diagnosis effect in all samples, and does not pay attention to the credibility analysis of the diagnosis results in single sample. In order to solve this problem, this paper proposed a transformer state analysis method that combines autonomous discretization and optimization of data distribution signs, and single-event multi-model fusion analysis. Proved by examples, this method can effectively analyze the data distribution of each feature, perform feature optimization, and can get the operating status and reliability of the transformer from the perspective of a single event.

Optimized discrete, feature selection, result credibility, auxiliary analysis

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210070

TM41

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61673093）。

2021-01-15

2021-04-07

李典陽(yáng) 男，1987年生，博士研究生，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行及電力調(diào)度控制技術(shù)與應(yīng)用。E-mail：2824804703@qq. com

張育杰 男，1996年生，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備故障診斷與狀態(tài)預(yù)判。E-mail：zyj_neu@163. com（通信作者）

（編輯 赫蕾）