[发明专利]一种基于近红外光谱主成分分析的绝缘纸种类判别方法

说明书

本发明公开了一种基于近红外光谱主成分分析的绝缘纸种类判别方法，包括步骤：收集不同种类绝缘纸样本，使用近红外光谱仪检测多种类别绝缘纸的近红外光谱，采用主成分分析法分别求解不同类别绝缘纸近红外光谱数据的主成分得分；分别计算不同类别绝缘纸近红外光谱数据主成分的光谱信息累计贡献率；根据不同主成分的光谱信息累计贡献率确定用于绝缘纸种类判别的近红外光谱主成分数目，选取对应数目的主成分得分形成绝缘纸种类判别数据库；计算待测绝缘纸的主成分得分，利用K‑最邻近法判别待测绝缘纸的样本类别。本发明能够实现绝缘纸种类的有效判别，为油纸绝缘老化状态评估模型的准确选取提供技术支撑，有利于电力变压器老化状态的诊断评估。

技术领域

本发明属于电力设备固体绝缘的老化评估技术领域，具体涉及一种基于近红外光谱主成分分析的绝缘纸种类判别方法。

背景技术

变压器作为输变电设备中最为重要、关键且昂贵的设备，其安全运行对于保证电网安全意义重大。大型电力变压器一般为油纸绝缘结构，其中油纸绝缘系统的寿命决定了变压器的使用年限。随着运行时间的增加，油纸绝缘会在电、热、磁、机械和化学等应力的作用下逐渐老化，由于绝缘油可以进行再处理或者更换，而绝缘纸在运行中无法更换，因此绝缘纸的不可逆老化程度能够直接反映变压器整体老化状态。目前，已有大量研究建立了多种基于绝缘纸的老化状态评估模型，但是建模所使用的绝缘纸种类差别较大，不同种类的绝缘纸实际老化速率差别明显，导致不同绝缘纸在相同外部条件下老化程度也不尽相同，因此在不区分绝缘纸类型情况下，就使用老化状态评估模型会导致评估结果不可靠、不精确。由于变压器结构复杂，在设备运行现场无法通过较为简单、快速的分析手段辨识绝缘纸种类，亟需提出一种确定变压器的绝缘纸类别的方法，提高变压器老化状态评估模型的有效性和可靠性。此外，目前国内外学者针对绝缘纸种类判别方法的研究开展相对较少，尚未见形成有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于绝缘纸的近红外光谱主成分分析方法，实现安全无损、快速便捷地判别绝缘纸种类，为提高变压器老化状态评估的可靠性提供理论支撑。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于近红外光谱主成分分析的绝缘纸种类判别方法，包括以下步骤：

1)收集不同种类绝缘纸样本，使用近红外光谱仪检测多种类别绝缘纸的近红外光谱，得到多种类别绝缘纸的近红外光谱数据，采用主成分分析法分别求解不同类别绝缘纸近红外光谱数据的主成分得分M；

2)根据不同类别绝缘纸近红外光谱数据的主成分得分M，分别计算不同类别绝缘纸近红外光谱数据主成分的光谱信息累计贡献率Q_m；

3)根据主成分的光谱信息累计贡献率Q_m，确定用于绝缘纸种类判别的近红外光谱主成分数目L，选取前L个主成分得分M₁～M_L形成绝缘纸种类判别数据库；

4)计算待测绝缘纸的主成分得分N，利用K-最邻近法结合步骤3)得到的绝缘纸种类判别数据库，判别待测绝缘纸的样本类别。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，采用主成分分析法分别求解不同类别绝缘纸近红外光谱数据的主成分M，包含以下步骤：

101)对n个绝缘纸样本的近红外光谱数据进行标准化处理，每条光谱由p个波长点组成，标准化处理公式：

式中，x_ij为第i个绝缘纸样本的在第j个波长处的原始近红外光谱数据，为第j个波长处全部样本原始近红外光谱数据的平均值，s_j为第j个波长处全部样本原始近红外光谱数据的标准差，x_ij^*为标准化处理后的近红外光谱数据；