一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法与流程

1.本发明涉及电机剩余有效寿命预测的技术领域，具体而言，涉及一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法。


背景技术：

2.电机作为很多关键系统的核心设备，为系统的正常运行提供动力，而电机突发失效将可能对生产生活带来极大的经济损失，甚至有可能危及人的生命安全。
3.电机最常见的一种失效模式就是绝缘失效，如果能对电机的绝缘失效进行预测并提前采取措施，将有效地避免突发失效，从而提高电机可靠度，对于确保生产生活安全具有重要意义。
4.传统的电机绝缘寿命预测方法通过统计失效时间，采用合适的分布函数对失效时间进行拟合，进而对寿命进行预测，这种方法只能对一类产品进行总体的预测，对于数据的利用率较差，忽略了个体样本之间由于原材料、运行工况等差异带来的退化差异，导致寿命预测的精度较低，并且处理速度较慢，不能够实现实时的寿命更新。


技术实现要素：

5.本发明要解决的问题是：提供一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，引入介质损耗因子增加值减小差异，能够有效利用数据实现绝缘剩余有效寿命值的快速准确估计，并且能够有效提高处理速度，实现实时寿命更新。
6.为解决上述问题，本发明提供一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，包括以下步骤：
7.步骤s1，针对每个待预测电机，采集所述待预测电机当前时刻的一实时介质损耗因子；
8.步骤s2，基于所述待预测电机的电机型号，将所述实时介质损耗因子输入至预先构建得到的一剩余有效寿命预测模型中得到所述待预测电机对应的一绝缘剩余有效寿命值。
9.优选的，执行所述步骤s1之前，还包括一模型构建过程，所述模型构建过程包括：
10.步骤a1，针对每个电机型号的多组历史已使用电机，采集各所述历史已使用电机对应的一绝缘失效时间和一历史介质损耗因子；
11.步骤a2，基于威布尔分布和比例失效模型构建得到电机绝缘失效率函数；
12.步骤a3，根据所述电机绝缘失效率函数构建得到基于各所述绝缘失效时间和各所述历史介质损耗因子的似然函数；
13.步骤a4，对所述似然函数进行极大后验分布处理，并采用蒙特卡洛仿真法求解得到似然函数各参数估计值，随后构建得到所述剩余有效寿命预测模型。
14.优选的，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数如下所示：
15.16.其中，
17.h[t,tanδ(t)]表示所述电机绝缘失效率函数；
[0018]
h0(t)表示基准失效率函数，且h0(t)＝mt
m-1
/ηm，满足尺度和形状参数分别为η和m的威布尔分布；
[0019]
tanδ(t)表示所述历史介质损耗因子，且β为待求恒定参数；
[0020]
t表示所述绝缘失效时间。
[0021]
优选的，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数中，各所述历史介质损耗因子的演化为维纳过程，如下所示：
[0022]
tanδ(t)＝x(t)＝x0+μt+σb(t)
[0023]
其中，
[0024]
tanδ(t)表示所述历史介质损耗因子；
[0025]
x0表示预设的初始介质损耗因子；
[0026]
μ表示预设的第一漂移参数；
[0027]
σ表示预设的第一扩散参数；
[0028]
t表示所述绝缘失效时间；
[0029]
b(t)表示所述绝缘失效时间的标准布朗运动。
[0030]
优选的，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数中，所述第一漂移参数和所述第一扩散参数均满足截断正态分布，如下所示：
[0031]
μ～tn(ω,κ-2
)
[0032]
σ～tn(ε,γ-2
)
[0033]
其中，
[0034]
μ表示所述第一漂移参数；
[0035]
σ表示所述第一扩散参数；
[0036]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0037]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0038]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0039]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0040]
优选的，所述步骤a3中构建得到的所述似然函数如下所示：
[0041][0042]
其中，
[0043]
θ表示待求参数；
[0044]
d表示所述绝缘失效时间以及所述历史介质损耗因子；
[0045]
pd(dk|θ)表示介质损耗因子增加概率；
[0046]
ps(dk|θ)表示每个检测时刻未发生失效的概率；
[0047]
pf(dk|θ)表示系统失效时刻的概率；
[0048]
k表示相同所述电机型号的各所述历史已使用电机的总数；
[0049]
μ表示所述第一漂移参数；
[0050]
σ表示所述第一扩散参数；
[0051]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0052]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0053]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0054]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0055]
优选的，所述步骤s2中，所述剩余有效寿命预测模型基于预设的所述待预测电机对应的第二扩散参数和第二漂移参数，根据所述介质损耗因子增加值得到所述第二扩散参数和所述第二漂移参数的后验分布，以根据所述后验分布得到所述待预测电机对应的所述绝缘剩余有效寿命值。
[0056]
优选的，所述后验分布如下所示：
[0057][0058][0059][0060]
其中，
[0061]
表示所述待预测电机对应的所述第二漂移参数和所述第二扩散参数，且
[0062]
表示所述第二漂移参数；
[0063]
表示所述第二扩散参数；
[0064]
表示所述待预测电机在i时刻观测到的介质损耗因子增加值；
[0065]
表示所述待预测电机在i-1时刻观测到的介质损耗因子增加值；
[0066]
d表示所述绝缘失效时间以及所述历史介质损耗因子；
[0067]
δt表示介质损耗因子检测间隔时间；
[0068]
δtanδi表示i时刻和i-1时刻之间的介质损耗因子差值；
[0069]
tanδi表示i时刻的所述实时介质损耗因子；
[0070]
tanδ
i-1
表示i-1时刻的所述实时介质损耗因子；
[0071]
φ(
·
)表示标准正态分布的密度函数，且(
·
)为或
[0072]
φ(
·
)表示标准正态分布的累积分布函数，且(
·
)为(-κω)或(-γε)；
[0073]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0074]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0075]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0076]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0077]
优选的，所述步骤s2中，基于所述介质损耗因子增加值，所述剩余有效寿命预测模
型采用粒子滤波对所述后验分布中所述待预测电机对应的所述第二漂移参数和所述第二扩散参数进行更新得到所述绝缘剩余有效寿命值。
[0078]
优选的，所述绝缘剩余有效寿命值的计算公式如下所示：
[0079][0080]
其中，
[0081]
e[rul]表示i时刻的所述绝缘剩余有效寿命值；
[0082]
β表示待求恒定参数；
[0083]
x0表示预设的所述初始介质损耗因子；
[0084]
表示所述第二漂移参数；
[0085]
表示所述第二扩散参数。
[0086]
本发明具有以下有益效果：
[0087]
1)本方法引入介质损耗因子这一概念，利用介质损耗因子表征的电机绝缘能力，结合介质损耗因子增加值得到绝缘剩余有效寿命值，能够有效减小差异；
[0088]
2)本方法通过预先构建得到的剩余有效寿命预测模型来对实时介质损耗因子进行分析得到对应的绝缘剩余有效寿命值，实现绝缘剩余有效寿命值的快速准确估计，且无需其它外置步骤，能够有效提高处理速度，并可以根据每个时刻的实时介质损耗因子实时计算得到绝缘剩余有效寿命值，实现实时剩余有效寿命更新。
附图说明
[0089]
图1为本发明的步骤流程图；
[0090]
图2为本发明的模型构建过程的步骤流程图。
具体实施方式
[0091]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0092]
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0093]
步骤s1，针对每个待预测电机，采集待预测电机当前时刻的一实时介质损耗因子；
[0094]
步骤s2，基于待预测电机的电机型号，将实时介质损耗因子输入至电机型号对应的预先构建得到的剩余有效寿命预测模型中得到待预测电机对应的一绝缘剩余有效寿命值。
[0095]
具体地，本实施例中，以电机型号为基准，划分对应的剩余有效寿命预测模型，以此避免外部噪声对于绝缘剩余有效寿命值的干扰，提高准确性。
[0096]
本发明的较佳的实施例中，执行步骤s1之前，还包括一模型构建过程，模型构建过程如图2所示，包括：
[0097]
步骤a1，针对每个电机型号的多组历史已使用电机，采集各历史已使用电机对应的一绝缘失效时间和一历史介质损耗因子；
[0098]
步骤a2，基于威布尔分布和比例失效模型构建得到电机绝缘失效率函数；
[0099]
步骤a3，根据电机绝缘失效率函数构建得到基于各绝缘失效时间和各历史介质损耗因子的似然函数；
[0100]
步骤a4，对似然函数进行极大后验分布处理，并采用蒙特卡洛仿真法求解得到似然函数各参数估计值，随后构建得到剩余有效寿命预测模型。
[0101]
具体地，本实施例中，步骤a1中，需要采集同一电机型号的多组历史已使用电机，并且需要采集每台历史已使用电机的绝缘失效时间和间隔δt的历史介质损耗因子，用作剩余有效寿命预测模型构建。
[0102]
本发明的较佳的实施例中，步骤a2中构建得到的电机绝缘失效率函数如下所示：
[0103][0104]
其中，
[0105]
h[t,tanδ(t)]表示电机绝缘失效率函数；
[0106]
h0(t)表示基准失效率函数，且h0(t)＝mt
m-1
/ηm，满足尺度和形状参数分别为η和m的威布尔分布；
[0107]
tanδ(t)表示历史介质损耗因子，且β为待求恒定参数；
[0108]
t表示绝缘失效时间。
[0109]
本发明的较佳的实施例中，步骤a2中构建得到的电机绝缘失效率函数中，各历史介质损耗因子的演化为维纳过程，如下所示：
[0110]
tanδ(t)＝x(t)＝x0+μt+σb(t)
[0111]
其中，
[0112]
tanδ(t)表示历史介质损耗因子；
[0113]
x0表示预设的初始介质损耗因子；
[0114]
μ表示预设的第一漂移参数；
[0115]
σ表示预设的第一扩散参数；
[0116]
t表示绝缘失效时间；
[0117]
b(t)表示绝缘失效时间的标准布朗运动。
[0118]
本发明的较佳的实施例中，步骤a2中构建得到的电机绝缘失效率函数中，第一漂移参数和第一扩散参数均满足截断正态分布，如下所示：
[0119]
μ～tn(ω,κ-2
)
[0120]
σ～tn(ε,γ-2
)
[0121]
其中，
[0122]
μ表示第一漂移参数；
[0123]
σ表示第一扩散参数；
[0124]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0125]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0126]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0127]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0128]
具体地，本实施例中，μ的概率密度函数可以表达为：
[0129][0130]
其中，
[0131]
φ(
·
)表示标准正态分布的密度函数；
[0132]
φ(
·
)表示标准正态分布的累积分布函数。
[0133]
优选的，同理，σ的概率密度函数可以表达为：
[0134][0135]
其中，
[0136]
φ(
·
)表示标准正态分布的密度函数；
[0137]
φ(
·
)表示标准正态分布的累积分布函数。
[0138]
本发明的较佳的实施例中，步骤a3中构建得到的似然函数如下所示：
[0139][0140]
其中，
[0141]
θ表示待求参数；
[0142]
d表示绝缘失效时间以及历史介质损耗因子；
[0143]
pd(dk|θ)表示介质损耗因子增加概率；
[0144]
ps(dk|θ)表示每个检测时刻未发生失效的概率；
[0145]
pf(dk|θ)表示系统失效时刻的概率；
[0146]
k表示相同电机型号的各历史已使用电机的总数；
[0147]
μ表示第一漂移参数；
[0148]
σ表示第一扩散参数；
[0149]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0150]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0151]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0152]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0153]
具体地，本实施例中，设定共有k个历史已使用电机的绝缘失效时间以及相应的历史介质损耗因子，用dk描述第k＝1,
…
,k的绝缘失效时间以及历史介质损耗因子，同时θ＝[m,β,ω,κ,ε,γ]模型参数集合。
[0154]
优选的，pd(dk|θ)用于描述介质损耗因子增加概率，其表达式为：
[0155][0156]
其中，
[0157]
δt表示介质损耗因子检测间隔时间；
[0158]
δtanδ
k,i
表示介质损耗因子差值。
[0159]
优选的，ps(dk|θ)用于描述在每个检测时刻未发生失效的概率，其表达式为：
[0160][0161]
其中，xk(t|(tanδ
k,i-1
,tanδ
k,i
))为历史介质损耗因子的条件退化过程。
[0162]
优选的，pf(dk|θ)用于描述系统失效时刻的概率，其表达式为：
[0163][0164]
本发明的较佳的实施例中，步骤s2中，剩余有效寿命预测模型基于预设的待预测电机对应的第二扩散参数和第二漂移参数，根据介质损耗因子增加值得到第二扩散参数和第二漂移参数的后验分布，以根据后验分布得到待预测电机对应的绝缘剩余有效寿命值。
[0165]
本发明的较佳的实施例中，后验分布如下所示：
[0166][0167][0168][0169]
其中，
[0170]
表示待预测电机对应的第二漂移参数和第二扩散参数，且
[0171]
表示第二漂移参数；
[0172]
表示第二扩散参数；
[0173]
表示待预测电机在i时刻观测到的介质损耗因子增加值；
[0174]
表示待预测电机在i-1时刻观测到的介质损耗因子增加值；
[0175]
d表示绝缘失效时间以及历史介质损耗因子；
[0176]
δt表示介质损耗因子检测间隔时间；
[0177]
δtanδi表示i时刻和i-1时刻之间的介质损耗因子差值；
[0178]
tanδi表示i时刻的实时介质损耗因子；
[0179]
tanδ
i-1
表示i-1时刻的实时介质损耗因子；
[0180]
φ(
·
)表示标准正态分布的密度函数，且(
·
)为或
[0181]
φ(
·
)表示标准正态分布的累积分布函数，且(
·
)为(-κω)或(-γε)；
[0182]
ω表示预设的待求恒定参数；
[0183]
κ表示预设的待求恒定参数；
[0184]
ε表示预设的待求恒定参数；
[0185]
γ表示预设的待求恒定参数。
[0186]
本发明的较佳的实施例中，步骤s2中，基于介质损耗因子增加值，剩余有效寿命预测模型采用粒子滤波对后验分布中待预测电机对应的第二漂移参数和第二扩散参数进行
更新得到绝缘剩余有效寿命值.
[0187]
本发明的较佳的实施例中，绝缘剩余有效寿命值的计算公式如下所示：
[0188][0189]
其中，
[0190]
e[rul]表示i时刻的绝缘剩余有效寿命值；
[0191]
β表示待求恒定参数；
[0192]
x0表示预设的初始介质损耗因子；
[0193]
表示第二漂移参数；
[0194]
表示第二扩散参数。
[0195]
具体地，本实施例中，绝缘剩余有效寿命值的计算公式中，
[0196]
优选的，绝缘剩余有效寿命值的计算公式中的部分参数在pd(dk|θ)、ps(dk|θ)、pf(dk|θ)的表达式中具有体现。
[0197]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，针对每个待预测电机，采集所述待预测电机当前时刻的一实时介质损耗因子；步骤s2，基于所述待预测电机的电机型号，将所述实时介质损耗因子输入至预先构建得到的一剩余有效寿命预测模型中得到所述待预测电机对应的一绝缘剩余有效寿命值。2.根据权利要求1所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，执行所述步骤s1之前，还包括一模型构建过程，所述模型构建过程包括：步骤a1，针对每个电机型号的多组历史已使用电机，采集各所述历史已使用电机对应的一绝缘失效时间和一历史介质损耗因子；步骤a2，基于威布尔分布和比例失效模型构建得到电机绝缘失效率函数；步骤a3，根据所述电机绝缘失效率函数构建得到基于各所述绝缘失效时间和各所述历史介质损耗因子的似然函数；步骤a4，对所述似然函数进行极大后验分布处理，并采用蒙特卡洛仿真法求解得到似然函数各参数估计值，随后构建得到所述剩余有效寿命预测模型。3.根据权利要求2所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数如下所示：其中，h[t,tanδ(t)]表示所述电机绝缘失效率函数；h0(t)表示基准失效率函数，且h0(t)＝mt
m-1
/η
m
，满足尺度和形状参数分别为η和m的威布尔分布；tanδ(t)表示所述历史介质损耗因子，且β为待求恒定参数；t表示所述绝缘失效时间。4.根据权利要求3所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数中，各所述历史介质损耗因子的演化为维纳过程，如下所示：tanδ(t)＝x(t)＝x0+μt+σb(t)其中，tanδ(t)表示所述历史介质损耗因子；x0表示预设的初始介质损耗因子；μ表示预设的第一漂移参数；σ表示预设的第一扩散参数；t表示所述绝缘失效时间；b(t)表示所述绝缘失效时间的标准布朗运动。5.根据权利要求4所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤a2中构建得到的所述电机绝缘失效率函数中，所述第一漂移参数和所述第一扩散参数均满足截断正态分布，如下所示：μ～tn(ω,κ-2
)σ～tn(ε,γ-2
)
其中，μ表示所述第一漂移参数；σ表示所述第一扩散参数；ω表示预设的待求恒定参数；κ表示预设的待求恒定参数；ε表示预设的待求恒定参数；γ表示预设的待求恒定参数。6.根据权利要求5所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤a3中构建得到的所述似然函数如下所示：其中，θ表示待求参数；d表示所述绝缘失效时间以及所述历史介质损耗因子；p
d
(d
k
|θ)表示介质损耗因子增加概率；p
s
(d
k
|θ)表示每个检测时刻未发生失效的概率；p
f
(d
k
|θ)表示系统失效时刻的概率；k表示相同所述电机型号的各所述历史已使用电机的总数；μ表示所述第一漂移参数；σ表示所述第一扩散参数；ω表示预设的待求恒定参数；κ表示预设的待求恒定参数；ε表示预设的待求恒定参数；γ表示预设的待求恒定参数。7.根据权利要求6所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述剩余有效寿命预测模型基于预设的所述待预测电机对应的第二扩散参数和第二漂移参数，根据所述介质损耗因子增加值得到所述第二扩散参数和所述第二漂移参数的后验分布，以根据所述后验分布得到所述待预测电机对应的所述绝缘剩余有效寿命值。8.根据权利要求7所述的电机绝缘寿命预测方法，其特征在于，所述后验分布如下所示：示：示：其中，表示所述待预测电机对应的所述第二漂移参数和所述第二扩散参数，且
表示所述第二漂移参数；表示所述第二扩散参数；表示所述待预测电机在i时刻观测到的介质损耗因子增加值；表示所述待预测电机在i-1时刻观测到的介质损耗因子增加值；d表示所述绝缘失效时间以及所述历史介质损耗因子；δt表示介质损耗因子检测间隔时间；δtanδ
i
表示i时刻和i-1时刻之间的介质损耗因子差值；tanδ
i
表示i时刻的所述实时介质损耗因子；tanδ
i-1
表示i-1时刻的所述实时介质损耗因子；φ(
·
)表示标准正态分布的密度函数，且(
·
)为或φ(
·
)表示标准正态分布的累积分布函数，且(
·
)为(-κω)或(-γε)；ω表示预设的待求恒定参数；κ表示预设的待求恒定参数；ε表示预设的待求恒定参数；γ表示预设的待求恒定参数。9.根据权利要求8所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，基于所述介质损耗因子增加值，所述剩余有效寿命预测模型采用粒子滤波对所述后验分布中所述待预测电机对应的所述第二漂移参数和所述第二扩散参数进行更新得到所述绝缘剩余有效寿命值。10.根据权利要求9所述的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，其特征在于，所述绝缘剩余有效寿命值的计算公式如下所示：其中，e[rul]表示i时刻的所述绝缘剩余有效寿命值；β表示待求恒定参数；x0表示预设的所述初始介质损耗因子；表示所述第二漂移参数；表示所述第二扩散参数。

技术总结
本发明提供了一种基于介质损耗因子的电机绝缘剩余有效寿命预测方法，包括：步骤S1，针对每个待预测电机，采集待预测电机当前时刻的一实时介质损耗因子；步骤S2，基于待预测电机的电机型号，将实时介质损耗因子输入至预先构建得到的一剩余有效寿命预测模型中得到待预测电机对应的一绝缘剩余有效寿命值。有益效果是本发明能够有效利用介质损耗因子对电机绝缘剩余有效寿命进行预测，将有效提高剩余有效寿命预测精度。寿命预测精度。寿命预测精度。


技术研发人员：胡家文 张晓晨 王厚军 张何
受保护的技术使用者：诺丁汉（余姚）智能电气化研究院有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/18