基于人工免疫算法的變壓器故障診斷方法
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電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，電力變壓器正向高電壓、大容量方向發(fā)展，然而電壓等級越高，容量越大，電力變壓器故障率越高；故障影響范圍大，檢修時間和難度大大提高。因此，若能在電力變壓器運行過程中通過某些檢測和試驗，及時有效地判斷其狀態(tài)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障，從而減少事故發(fā)生，這對電力系統(tǒng)的安全運行具有重要意義。一般特征氣體法是根據(jù)各種故障所產(chǎn)生的特征氣體來判斷變壓器故障性質(zhì)，而IEC三比值法是利用油中溶解氣體分析(Dissolved Gas Analvsis，簡稱DGA)結(jié)果對充油電力設(shè)備故障診斷的最基本方法。此外，各種智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波分析、模糊推理、灰色聚類等被引入變壓器故障診斷中。然而，由于電力變壓器是一個復(fù)雜系統(tǒng)，不確定因素及不確定信息充斥其間，因此，還需進一步提高故障診斷的準(zhǔn)確率。而人工免疫系統(tǒng)的基本原理是抵御外部入侵使其機體免受病原侵害，通過抗體與抗原的作用關(guān)系，使抗體在學(xué)習(xí)抗原模式的過程中不斷優(yōu)化，從而得到能夠表征抗原特征的獨特型抗體，這將是變壓器故障診斷方面的一個新方向。這里提出一種基于人工免疫系統(tǒng)的故障診斷方法。
2 人工免疫系統(tǒng)簡介
圖l為一形態(tài)空間。圖中U為整個形態(tài)空間，太陽為抗體，Uv為抗體形成的識別空間，r為識別半徑，A為抗原。識別是尋找與抗原高度匹配的抗體。當(dāng)抗原入侵免疫系統(tǒng)時。首先與抗原親和力高的抗體受刺激產(chǎn)生克隆和高頻變異，生成新抗體種類，然后親和力更高的抗體結(jié)合抗原后引起更強的反應(yīng)，經(jīng)過不斷循環(huán)篩選出匹配抗體?？梢?，當(dāng)免疫系統(tǒng)的抗體識別球網(wǎng)絡(luò)能覆蓋抗原形態(tài)空間，就可利用有限抗體，通過不精確匹配和克隆選擇可精確識別任意抗原。
3 人工免疫算法
3．1 基本原理
免疫是生物體的特異性生理反應(yīng)。免疫系統(tǒng)由具有免疫功能的器官、組織、細(xì)胞和免疫效應(yīng)分子及其基因組成，通過分布在全身的各類淋巴細(xì)胞識別和清除侵入生物體的抗原性異物。生物免疫系統(tǒng)所具有的多樣性、耐受性、免疫記憶、分布式并行處理、自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和魯棒性等優(yōu)點。
3．2 算法數(shù)學(xué)描述
人工免疫算法主要模擬生物免疫系統(tǒng)中的有關(guān)抗原處理的核心思想，包括抗體的產(chǎn)生、自體耐受、克隆擴增、免疫記憶等。步驟如下：
(1)定義 描述抗原抗體的類別信息，定義一矩陣Aj=[Ai1，Aj2，Aj3，Aj4，Aj5，F(xiàn)]，其中，Aj代表油中的H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2這5種氣體的體積分?jǐn)?shù)，F(xiàn)代表其對應(yīng)的故障類別。把收集到的變壓器故障樣本A分為訓(xùn)練抗原集Aj和檢驗抗原集Ac。
(2)規(guī)格化 把訓(xùn)練抗原集Aj比例規(guī)格化，產(chǎn)生N個非記憶抗體，并選擇一定數(shù)量的抗原作為記憶抗體Ar，分別凈化。其規(guī)格化公式為：
(3)親和力 計算抗原Aj和記憶抗體Ar以及非記憶抗體之間的親和力。
(4)克隆和變異選擇親和力最高的n個抗體進行克隆得到選擇集Cj，對克隆后的抗體Cz以學(xué)習(xí)率m進行變異得到抗體集C*j
式中：NC為克隆數(shù)；Czh為變異數(shù)；round取整，Cscale為克隆規(guī)模。
(5)抗體集計算訓(xùn)練抗原集Aj和變異后的抗體集Cj*的親和力，選擇親和力最高的p抗體為對應(yīng)抗原的部分記憶抗體集Mj，并刪除親和力小于自然死亡閾值Yd的記憶抗體。再計算部分記憶抗體集Mj中相同類別記憶抗體間的親和力，刪除親和力大于免疫抑制閾值y。的記憶抗體，得到部分記憶抗體集Mj*。于是，得到總的記憶抗體集Ur=ArUMj*。
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