面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法及系统

本发明属于电力系统数据处理，尤其涉及面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、变压器作为电力系统中的重要电力设备，其安全稳定运行具有极为重要的意义。随着变压器种类和数量的逐渐增长，由环境和人为操作因素导致变压器故障的故障率也居高不下。因此通过状态监测和评估实施的状态检修也成为近些年来变压器重要运维方式。

3、随着监测技术的发展和监测设备的丰富，通过人工智能方法对电力变压器进行数据分析评估也越来越被重视。由于变压器在绝大部分运行时间内处于正常运行状态，因此监测所获得的数据也大多为正常数据，而故障诊断分析所需的故障数据类型和数量则较少甚至不足。

4、当开展故障分类及分析工作时，除了需要对数据质量进行清洗筛选，还需要根据故障类型和数量的不平衡度进行调整，即进行适当的扩充以保障故障分类模型的建立具有合理性，从而更好的实现变压器故障分类。

5、现如今常用的数据扩充方法如smote、adasyn等均存在扩充的新数据导致数据集分布发生明显变化的问题，容易对冗余点、边界点进行大量扩充从而影响故障分类效果。

6、另外，由于检测到的变压器的数据样本中数据差异性较大，故障相关的数据相对较少，且时间上的跨度较大，若前期不进行预处理将导致后续的计算误差较大，继而导致数据扩充不合理，无法实现准确的故障分类。

7、还有，现有技术中采用类似smote方法的两个参考点扩充方式，扩充后的数据在合理范围内，不会产生越界点，存在扩充后的数据质量相对较低的问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，以保障扩充质量并解决故障数据不平衡问题。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、第一方面，公开了一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，包括：

4、获取不同故障类型对应的变压器油中溶解气体数据作为原始数据；

5、将原始数据进行归一化成百分比形式；

6、根据需求计算出所需扩充点的数量；

7、统计获得原始数据内各点间的距离；

8、计算出各点的密度值；

9、根据各点的密度值计算得到距离值；

10、利用各点的密度值确定扩展中心；

11、根据所需扩充的点的个数实现数据扩充。

12、作为进一步的技术方案，变压器油中溶解气体包括h2、c2h6、c2h4、ch4、c2h2，具体的转换为百分比的公式如下：

13、

14、

15、gi∈{c2h6,c2h4,ch4,c2h2}

16、其中，c(·)为气体浓度，按照上式进行百分比转换。

17、作为进一步的技术方案，根据需求计算出所需扩充点的数量，具体包括：

18、当故障类型p的数据量np最多时，其他故障类型的数据量均需要进行扩充到np，则数据量为nq的故障类型q需要扩充的数据量n′的计算公式如下：

19、n′＝np-nq。

20、作为进一步的技术方案，统计获得原始数据集内各点间的距离d，第i个数据点(xi1,xi2,…,xin)和第j个数据点(xj1,xj2,…,xjn)的距离dij计算公式如下：

21、

22、其中，n为数据的维度，包含特征量的个数。

23、作为进一步的技术方案，计算出各点的密度值包括计算点的密度值ρ，那么第i个点的密度值ρi计算公式如下:

24、

25、作为进一步的技术方案，根据所需扩充的点的个数实现数据扩充包括，按照提所出的扩充方法进行扩充，扩展中心y的坐标为(x1,x2,...,xn)，新点的坐标x′(x′1,x′2,...,x′n)计算公式如下：

26、

27、其中，δ为点y的距离值，n为数据的维度，包含特征量的个数。

28、作为进一步的技术方案，添加约束条件如下：

29、

30、因此最后的扩充数据公式为：

31、

32、即数据扩充的点为以点y为圆心、δ为半径的球与x′1+x′2+…+x′n-1＝1的平面相交的圆形上面的点。

33、第二方面，公开了一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充系统，包括：

34、数据获取模块，被配置为：获取不同故障类型对应的变压器油中溶解气体数据作为原始数据；

35、数据预处理模块，被配置为：将原始数据进行归一化成百分比形式；

36、数据扩充模块，被配置为：根据需求计算出所需扩充点的数量；

37、统计获得原始数据内各点间的距离；

38、计算出各点的密度值；

39、根据各点的密度值计算得到距离值；

40、利用各点的密度值确定扩展中心；

41、根据所需扩充的点的个数实现数据扩充。

42、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

43、针对现有技术中采用类似smote方法的两个参考点扩充方式，扩充后的数据在合理范围内，不会产生越界点，只能获取样本数据内部点，扩充后的数据质量相对较低的问题。本发明技术方案则是一个参考点的扩充方式，可以获取样本数据类外部点，有利于提高分类器的鲁棒性。

44、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，变压器油中溶解气体包括h2、c2h6、c2h4、ch4、c2h2，具体的转换为百分比的公式如下：

3.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，根据需求计算出所需扩充点的数量，具体包括：

4.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，统计获得原始数据集内各点间的距离d，第i个数据点(xi1,xi2,…,xin)和第j个数据点(xj1,xj2,…,xjn)的距离dij计算公式如下：

5.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，计算出各点的密度值包括计算点的密度值ρ，那么第i个点的密度值ρi计算公式如下:

6.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，根据所需扩充的点的个数实现数据扩充包括，按照提所出的扩充方法进行扩充，扩展中心y的坐标为(x1,x2,...,xn)，新点的坐标x′(x′1,x′2,...,x′n)计算公式如下：

7.如权利要求1所述的一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法，其特征是，添加约束条件如下：

8.一种面向变压器油中溶解气体的数据扩充系统，其特征是，包括：

9.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7任一所述方法的步骤。

技术总结本发明提出了面向变压器油中溶解气体的数据扩充方法及系统，包括：获取不同故障类型对应的变压器油中溶解气体数据作为原始数据；将原始数据进行归一化成百分比形式；根据需求计算出所需扩充点的数量；统计获得原始数据内各点间的距离；计算出各点的密度值；根据各点的密度值计算得到距离值；利用各点的密度值确定扩展中心；根据所需扩充的点的个数实现数据扩充。技术研发人员：李清泉,张鸿儒,任富强,孟繁博,杨婧婧,康朝阳,王绪亮,聂凯,张永浩,张祥栋受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9