基于支持向量回歸的空氣間隙擊穿電壓預(yù)測

摘 要：受我國能源分布和負(fù)荷中心地理位置的制約，必定實行西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)的電力發(fā)展戰(zhàn)略。這就導(dǎo)致輸電線路及變電站不可避免要修建在復(fù)雜大氣條件地區(qū)，而空氣間隙的絕緣性能是輸電線路設(shè)計、桿塔的選型及變電站空氣間隙絕緣距離的選擇的一個關(guān)鍵因素。本文根據(jù)不同氣壓、絕對空氣濕度、溫度、水蒸氣壓、相對空氣密度下的空氣間隙擊穿電壓試驗數(shù)據(jù)，提出了一種基于支持向量回歸的空氣間隙擊穿電壓的預(yù)測模型。模型的預(yù)測結(jié)果表明：基于支持向量回歸模型的預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果溫和很好，表明該方法為復(fù)雜大氣條件下空氣間隙擊穿電壓的獲得提供了一條可能的途徑。

關(guān)鍵詞：支持向量回歸；空氣間隙；擊穿電壓；氣壓；濕度；溫度

中圖分類號：TH165.3

氣體常作為電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)，也是應(yīng)用最廣泛、最廉價的絕緣材料。空氣間隙的擊穿電壓直接關(guān)系到架空輸電線路相與相之間、架空線與桿塔之間、架空線與避雷線之間的空氣間隙距離的選擇，這直接決定桿塔的選擇、設(shè)計以及線路走廊的寬度，同時也決定變電站很多帶電體與地面之間的距離。實際的架空輸電線路及電站坐等利用空氣絕緣的地方不能一味的追求大的空氣間隙距離，使得絕緣度較大，線路運行安全，這樣會大幅度增加輸電線路的投資成本；同時，又不能使空氣間隙距離過小，埋下安全隱患，必須結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，避免大幅度成本增加，又能使輸電線路及電站安全的運行。這就需要準(zhǔn)確的預(yù)測不同氣象條件下空氣間隙的擊穿電壓，為架空輸電線路桿塔等的選擇、設(shè)計提供技術(shù)參考。因此，開展復(fù)雜大氣條件下空間間隙擊穿電壓的研究具有重要的社會經(jīng)濟效益及理論、工程實際意義。

支持向量回歸（Support Vector Regression，SVR）是Vapnik等人根據(jù)統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論提出的一種新的機器學(xué)習(xí)方法，是統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論中最年輕的內(nèi)容，也是最實用的部分。它采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化（Structural Risk Minimization Principle，SRM）原理，同時最小化訓(xùn)練樣本的經(jīng)驗風(fēng)險和置信范圍來保證學(xué)習(xí)的推廣性，對小樣本情況有較好的泛化性能。在求解預(yù)測模型的過程中SVM最終轉(zhuǎn)化成了線性條件的凸二次優(yōu)化問題，從理論上說，找到的極值點是全局最優(yōu)解，不會陷入局部最優(yōu)解。SVM通過引進核函數(shù)和特征空間的概念，將實際的非線性問題映射到高維空間當(dāng)作線性問題處理，可以得到較為滿意的結(jié)果。本文擬采用支持向量回歸，結(jié)合不同大氣條件下空氣間隙擊穿電壓實驗數(shù)據(jù)，來準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)雜條件下的空氣間隙擊穿電壓。

1 試驗數(shù)據(jù)

由于影響空氣間隙50%擊穿電壓U50的因素主要為氣壓、絕對濕度、溫度等，研究開展了不同氣壓P、絕對濕度h、溫度t、水蒸氣壓PW、空氣相對密度δ下空氣間隙的50%擊穿電壓U50的試驗研究。氣壓P的范圍在57.51-98.5之間，對應(yīng)的海拔高度介于4500-232m之間，溫度介于10.5-24℃之間，絕對濕度介于4.24-19.9g/m3之間，這些影響因素的范圍較廣，基本可以代表自然條件下的出現(xiàn)的氣象條件。

2 50%擊穿電壓U50支持向量回歸模型的建立

2.1 支持向量回歸原理簡介

2.2 支持向量回歸模型的訓(xùn)練與預(yù)測

訓(xùn)練過程支持向量回歸模型時核函數(shù)選用徑向基核函數(shù)。懲罰因子C取為1000000。根據(jù)訓(xùn)練后得到的支持向量及b值，輸入剩下的8個試驗數(shù)據(jù)中的空氣間隙50%擊穿電壓U50的影響因素，就可以得到預(yù)測的空氣間隙50%擊穿電壓U50。

2.3 結(jié)果分析與討論

通過分析可知，復(fù)雜氣象條件下空氣間隙50%擊穿電壓U50的支持向量回歸預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果的最大絕對誤差為-14.36kV，最小絕對誤差為0，平均絕對誤差為5.2kV；預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果的最大相對誤差為-4.12%，最小相對誤差為0，平均相對誤差為1.34%；有些預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果幾乎完全一致。通過對比支持向量回歸預(yù)測的結(jié)果與試驗可知，預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果吻合的很好，完全能夠滿足實際工程的需要。

采用支持向量回歸可以準(zhǔn)確的預(yù)測復(fù)雜大氣條件下空氣間隙的50%擊穿電壓U50，可為實際工程中采用空氣絕緣的地方提供技術(shù)參考，可為復(fù)雜氣象條件下輸電線路、變電站的空氣間隙的選擇提供技術(shù)依據(jù)。同時，還可以減少復(fù)雜氣象條件下空氣間隙50%擊穿電壓U50的試驗量，節(jié)省大量的人力物力資源。

3 結(jié)論

本文采用氣壓、空氣絕對濕度、溫度、水蒸氣壓、相對空氣密度5個變量作為輸入變量，應(yīng)用支持向量回歸方法預(yù)測了復(fù)雜大氣條件下空氣間隙的50%擊穿電壓U50，建立了空氣間隙50%擊穿電壓U50的預(yù)測模型。預(yù)測結(jié)果表明，預(yù)測的50%擊穿電壓U50與試驗結(jié)果吻合的很好，完全能夠滿足工程實際的需要。

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[3]高樹香，陳宗柱.氣體導(dǎo)電[M].南京：南京工學(xué)院出版社.

作者單位：重慶市送變電工程有限公司，重慶 400051；

重慶市南岸供電公司，重慶 400051