【变压器故障诊断分类与预测(DGA原始数据)】基于标准Elman神经网络

研究课题:

基于Elman神经网络的变压器故障诊断分类及预测(基于7种气体原始数据)

关键词:

变压器故障诊断分类; Elmam神经网络;Matlab

改进方向:

课题说明:

  1. 对变压器油中溶解气体进行分析是变压器内部故障诊断的重要手段。本次课题使用的是气体原始数据作为输入,当前大量应用的是改良三比值法即两种气体原始数据进行两两比值,但利用三比值法作为变压器故障诊断的依据存在两方面的不足,即所谓编码缺损和临界值判据缺损。当前变压器故障诊断系统大多数都是采用BP网络模型,但由于BP网络自身结构的特点,在训练样本较大且要求精度较高时,网络常常不收敛且容易陷入局部最优。
  2. 选用7种特征气体(氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳)作为判定故障类型的7个影响因素
  3. 对应的故障类型和正常状态的对应编码: 1: 正常;2: 中低温过热; 3: 高温过热;4: 高能放电;5: 低温过热; 6: 低能放电;7: 局部放电

算法流程:

  1. 收集数据:DGA数据中的第1-7列是5种气体的数据,第8列为分类输出,也就是故障的类别。随机选择400组数据作为Elman神经网络的训练数据,剩余的55组数据作为BP神经网络的测试数据
  2. 创建ELman神经网络:利用Matlab自带的神经网络工具箱中的函数newelm()可以构建一个Elman神经网络。
  3. 神经网络训练:使用400组训练数据训练Elman神经网络
  4. 网络效果测试:将测试数据代入到Elman神经网络进行测试
  5. 结果分析:通过对比测试数据中变压器实际故障类型和BP预测的故障类型来验证Elman神经网络的预测精度

Elman神经网络调用格式:

net=newelm(PR,S1 S2...SN1,{TF1 TF2...TFN1},BTF,BLF,PF,IPF,OPF)

  • PR: R 组输入元素的最小值和最大值的设定值,R*2维的矩阵
  • T:SN*Q2 的具有SN 个元素的输出矩阵
  • Si:第i 层的长度;TFi 为第i层的传递函数,默认值:隐藏层为tansig,输出层为purelin
  • BTF: 反向传播神经网络训练函数,默认值:trainlm
  • BLF: 反向传播神经网络权值/阔值学习函数,默认值:learngdm
  • PF: PF为性能函数,默认值为mse
  • IPF: 输入处理函数,默认值: fixunknowns/ removeconstantrows/ mapminmax
  • OPF: 输出处理函数,默认值:removeconstantrows,mapminmax

进一步改进方向:

  1. 利用智能算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,包括PSO、GA、SSA等
  2. 进一步对智能算法进行优化
  3. 输入数据选用三比值后的数据

特殊说明:

  • 神经网络每一次的预测结果都不相同,为了得到更好的结果,建议多次运行取最佳值
  • 根据测试发现,Elman神经网络在进行数据预测时,影响预测精度的主要因素是学习率和迭代次数

Matlab仿真结果:

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