(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221095979 2.X (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 宁波力斗智能技 术有限公司 地址 315153 浙江省宁波市海曙区石碶街 道横涨村 (72)发明人 何怡刚　段嘉珺　吴晓欣　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 刘琰 (51)Int.Cl. G01R 31/00(2006.01) G08B 21/18(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于数据-模 型驱动的变压器小样 本故障诊 断系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于数据 ‑模型驱动的变 压器小样本故障诊断系统， 包括： 数据采集模块， 用于采集、 存储变压器的状态监测数据； 数字仿 真模块， 用于构建变压器的数字仿真模型， 仿真 获取、 存储变压器状态数据； 数据驱动模块， 用于 实现数据驱动的故障智能诊断与分析决策； 模型 驱动模块， 用于实现基于数字仿真的高级应用； 数据‑模型驱动模块， 用于实现数据 ‑模型驱动的 处理和运算； 修正处理模块， 用于处理外部因素 对数据‑模型驱动的诊断结果所造成的影响； 用 户界面模块， 用于将诊断结果和相关信息通过U I 界面显示。 本发明在提高故障诊断准确率的同 时， 降低对实际样本数量需求以及仿真建模精度 要求， 有助于全面改善故障诊断性能， 便于工业 生产实践。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115327270 A 2022.11.11 CN 115327270 A 1.一种基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在于， 该系统包括以 下模块： 数据采集模块S1， 用于采集、 存 储变压器 状态监测数据； 数字仿真模块S2， 用于构建变压器的数字 仿真模型， 仿真获取、 存 储变压器 状态数据； 数据驱动模块S3， 用于实现数据驱动的故障智能诊断与分析决策； 模型驱动模块S4， 用于实现基于数字仿真的高级应用， 包括诊断网络训练、 仿真/实测 结果对比分析； 数据‑模型驱动模块S5， 用于实现数据 ‑模型驱动的相 关处理和运算， 实现比较、 融合、 迁移计算， 具体包括并行模式、 串行模式、 嵌入 模式、 反馈模式4种结构； 修正处理模块S6， 用于处理外部因素对数据 ‑模型驱动的诊断结果所造成的影响， 降低 噪声、 温度变化、 运行时长 干扰， 提高不同外 部条件下的诊断准确率； 用户界面模块S7， 用于将诊断结果和相 关信息通过UI界面显示， 提供进一步的人机交 互与决策功能。 2.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数据采集模块S1包括： 变压器油中温度监测模块、 变压器红外/紫外/可见光监测模 块、 变压器绕组变形监测模块、 变压器振动信号 监测模块， 以及变压器局部放电测量模块； 其中， 所述变压器油中温度监测模块， 用于获取变压器油中热点温度或其他区域的温 度分布情况； 所述变压器红外/紫外/可见光监测模块用于获取变压器的红外/紫外热像图 或视频监控信号； 所述变压器绕组变形监测模块用于监测变压器绕组变形情况， 采用频率 响应测试方式获取信号； 所述变压器振动信号监测模块用于监测变压器振动噪声或振动加 速度信号； 所述变压器局部放电测量模块用于监测变压器局部放电量信息 。 3.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数字仿真模块S2利用计算机仿真建模软件、 半实物仿真平台构建变压器的数字仿 真模型， 进 而获取仿真模拟数据。 4.根据权利要求3所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数字仿 真模块S2包括以下组件： 变压器油中热点温度反演计算模块、 变压器热网络 分布三维仿真模块、 变压器绕组变形仿 真模块、 变压器振动仿 真模块， 以及变压器局部放电 机理与传播路径仿真模块； 其中， 变压器油中热点温度反演计算模块通过回归分析， 构建数据采集模块S1的可监 测数据与变压器绕组热流分布间的关联关系； 变压器热网络分布三 维仿真模块通过构建变 压器的三维多物理场有限元模型， 仿真获取变压器内部温度场的分布特性； 变压器绕组变 形仿真模块通过建立相 应的变压器绕组电路模型、 数学模型与三维有限元模型， 实现绕组 故障/健康状态的多模态仿真； 变压器振动仿真模块根据数据采集模块S1的监测数据与振 动机理， 构建变压器铁芯振动的电 ‑磁‑力多物理场耦合模型， 计算变压器的应力分布与位 移变化规律； 变压器局部放电机理与传播路径仿真模块研究不同放电环境下 的局放特征， 以及局放传播过程中信号随变压器结构 变化的衰减机理， 从而获取对应于数据采集模块S1 监测信息的局放信号数字 仿真结果。 5.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数据驱动模块S3具体用于执 行以下操作：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115327270 A 2(a)根据数据采集模块S1中所获取 数据的监测模块 来源， 查找相应的历史数据； (b)对已知的历史数据根据诊断需要设置标签； (c)针对(b)中的已知数据及其相应标签， 利用人工智能数据驱动方法进行迭代训练， 学习对应数据特征， 在此过程中不断更新人工智能算法的参数， 最终拟合已知数据与诊断 模型， 实现智能诊断算法的训练； (d)利用(c)中已训练的智能诊断算法， 对新采集的未知数据进行故障诊断。 6.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述模型驱动模块S4具体用于执 行以下操作： (a)根据获取 数据的数据采集模块S1的来源， 查找相应的仿真模型； (b)根据诊断需要设置标签， 并通过仿真模拟获取对应于各个标签的数据； (c)根据具体目标选择操作， 诊断网络训练执行(d)、 仿真/实测结果的对比分析执行 (e)； (d)利用(b)中获取的已知数据进行智能诊断算法训练； 具体方法为： 利用人工智能数 据驱动方法进 行迭代训练， 学习对应数据特征， 在此过程中不断更新人工智能算法的参数， 最终拟合已知数据与诊断模型； (e)比较(b)中各标签数据与数据采集模块S1新采集的未知 数据之间的差异， 从而实现 模型驱动的故障诊断。 7.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数据 ‑模型驱动模块S5包括四种模式， 包括并行模式、 串行模式、 嵌入模式、 反馈模 式； 其中， 所述并行模式以数据驱动与模型驱动的诊断结果为基础， 采用比较、 多源融合的 综合处理后输出最终结果； 串行模式将模型驱动作为数据驱动模型 的输入， 实现从模型到 数据的迁移； 嵌入模式利用模型驱动的机理、 数据， 辅助构建更加 合理的数据驱动模型， 从 而提高数据驱动方法的整体性能； 反馈模式以诊断输出与设备实际状态的残差值为模型驱 动方法的输入， 通过模型修 正或替代数据驱动方法的部分参数， 进 而优化数据驱动性能。 8.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述数据 ‑模型驱动模块S5具体用于执 行以下操作： (a)选择数据‑模型驱动模块的一种模式， 进行智能诊断算法的训练与优化； (b)针对数据采集模块S1采集得到的未知监测数据， 利用(a)实现数据 ‑模型驱动的诊 断。 9.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征在 于， 所述修正处理模块S 6， 用于拟合处理外部因素对数据 ‑模型驱动的诊断结果所造成的影 响； 具体地， 针对变压器设备实际运行环境存在强电磁干扰， 仿真模型忽略了此类噪声影 响， 从而造成一定诊断误差的问题， 通过对比实测数据有/无噪声干扰状态的差异， 引入 噪 声信号修正量， 在仿 真模拟数据上叠加此类噪声信号， 从而降低噪声对数据 ‑模型驱动模块 的干扰； 针对变压器仿真条件与实测环境温度不一致或实际温度发生变化的情形， 为了减 小模型的计算量引入温度修正函数， 直接换算不同温度下的数据； 此外引入运行时长变量， 拟合由于 长时间运行导 致的性能下降； 从而提高不同外 部条件下的诊断性能。 10.根据权利要求1所述的基于数据 ‑模型驱动的变压器小样本故障诊断系统， 其特征权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115327270 A 3