1.一种基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:收集电力变压器故障样本数据,并将其分为训练样本集和测试样本集;
S2:采用RTKECA相对变换核熵成分分析法提取特征,构造KELM核极限学习机的训练样本集和测试样本集,然后训练核极限学习机分类器,形成最终的RTKECA-KELM诊断模型;
S3:通过自适应量子粒子群优化算法优化RTKECA-KELM诊断模型参数,得到最优模型参数组合,并保存最优RTKECA-KELM诊断模型;
S4:将测试样本或者待诊断样本输入至训练好的最优RTKECA-KELM诊断模型,得出诊断结果。
2.根据权利要求1所述的基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,所述S2中采用相对RTKECA变换核熵成分分析法提取特征包括:S21:以特征气体比值为原始故障特征量,用相对变换(RT)方法,将原始数据转化至相对空间,以提高数据之间的可区分性;
S22:利用KECA核熵成分分析方法从相对空间数据中提取非线性特征,达降维去噪的目的。
3.根据权利要求2所述的基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,所述S21的具体过程为:S211:对原始特征量进行均值为0、方差为1的归一化预处理;
S212:将归一化后的原始特征数据转换到相对空间,在相对空间中任意点的坐标为该点到所有点的距离:式中:X={x1,x2,...xn},xi∈Rm,n为样本数,m为原始特征维数,表示原始数据属于m维空间,dij表样本点xi与样本点xj之间的欧式距离,Z={z1,z2,...zn},zi∈Rn表示相对空间为n维数据空间,即相对变换后样本点的特征维数与样本数相同都为n。
4.根据权利要求2所述的基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,所述S22的具体过程为:S221:选取RBF核函数为核变换函数构造n×n阶核矩阵K=[Ki,j],方式如下:Ki,j=k(zi,zj)=exp(-||zi,zj||2/γ1) (2)式中:γ1为核参数,将直接影响KECA特征提取效果,zi,zj分别表示相对空间中第i和第j个样本点的特征表达;
S222:对核矩阵K进行分解,方式如下:
K=EDλET (3)
式中:Dλ为n个特征值λ1,λ2,...,λn构成的矩阵;E为n个特征向量e1,e2,...,en构成的矩阵;
S223:计算Renyi熵值大小对特征值进行降序排列,并选取前l个特征值及对应的特征向量,获取样本的低维特征表达;
在KECA算法中,选用Parzen窗密度估计,Renyi熵估计表示为:式中:I为n×1阶单位向量,K=[Kij]n×n为n×n阶核矩阵;
结合式(3)与式(4),Renyi熵估计进一步表示为:式(5)中每一项均对Renyi熵估计 有贡献,每一项的贡献值具体为:依据对Renyi熵估计的贡献度大小对n个特征值λ1,λ2,...,λn进行降序排列,选取对Renyi熵估计的累积贡献度达到90%以上的前l个特征值及其对应的特征向量,由次形成KECA的特征映射表达:式中:Dl是由Dλ中前l个Renyi熵值最大对应的特征值构成的对角阵,El是由与Dl相对应的l个特征向量构成的矩阵;
对一个新的测试样本znew,其低维特征表示方式为:
5.根据权利要求1所述的基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,所述S3中通过自适应量子粒子群优化算法优化RTKECA-KELM诊断模型参数包括:将输入的训练样本集记作 输入的测试样本集记作 输出
的模型参数记作(γ1,C,γ2),优化步骤如下:
S31:初始化:(γ1,C,γ2)∈[2-3,213],设定粒子种群规模为G,量子粒子Pareto最优解集规模为M,最大迭代次数T,预设精度,迭代步数t,初始化量子粒子种群集Q(0);
S32:解空间变换:对初始种群Q(0)实施变换,得到种群P(0);
S33:度量P(0)中G个粒子的适应度,得到实数值解S(0);
S34:对S(0)中的解进行排序,取前M个作为Pareto最优解集X(0),取X(0)中最优值为最优解;
S35:进一步迭代寻求最终的最优解Xbest:
若迭代步数t<=最大迭代次数T,则进入如下步骤:
Sa):t=t+1;
Sb):对惯性因子w进行自适应动态调整,并根据自适应量子粒子群算法标准进化公式对所有粒子进行更新;
Sc):通过解空间变换得到种群P(t);
Sd):对种群P(t)中每个个体进行适应度值评价,得到实数值解S(t),更新粒子个体最优位置和全局最优位置;根据S(t)将更优解更新至Pareto解集X(t);
Se):根据烟花爆炸半径和爆炸火花个数计算公式计算X(t)中每个烟花点对应的爆炸半径和火花数,并根据邻域搜索公式确定火花点的位置,对每个火花点进行适应度值评估,若存在适应度值优于烟花的火花点,则将该火花点替代原本的烟花点,否则保持不变;完成每个烟花点的近邻搜索后,从更新的X(t)中寻找最优值作为最优解Xbest;
Sf):判断算法是否满足终止条件,不满足则返回至Sa),否则终止寻优;
S36:输出最终的最优解Xbest,即模型最优参数(γ1,C,γ2)的值。
6.根据权利要求5所述的基于相对变换与核熵成分分析的电力变压器故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S33中粒子适应度的度量方法包括:S331:当核熵成分分析中核函数的核参数设为γ1时,得到训练样本集的低维特征量集和测试样本集的低维特征量集S332:构造核极限学习机的训练样本集 测试样本集 其中,ytr,i、yte,i分别表示第i个训练样本与第个测试样本的实际类别标签值,并计算当核极限学习机中核函数参数为γ2和广义逆矩阵的参数为C时,训练样本的预测类别标签值 及测试样本的预测类别标签值S333:同时考虑特征提取效果及分类器对提取特征的识别性能,设置以下适应度函数:Fitness=kRBW+CA (9)
RBW=SB/SW
式中:RBW为类间距SB与类内距SW的比值,是修正后的Fisher准则,表示了样本的分离性能和聚类性能,可用来度量提取特征的类别区分能力;CA为训练集分类准确率,即类别预测准确的样本数与总样本数的比值,用来度量模型对所提取特征的识别性能;k为一个正数,用于调整预测误差与类Fisher准则所占权重的大小。