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数学建模竞赛论文格式规范及其基本要求”）
变压器工况油温模型
变压器内部结构的温度决定着变压器负载能力及其内部绝缘系统的性能，进而影响着变压器的寿命。电力系统大型变压器的绝缘能力逐渐丧失是变压器寿命终结的主要原因。变压器作为日常生活中常见的线路传输关键组件，其相关技术复杂，并且价格昂贵的。从上个世纪开始，由于油具有防水防潮的效果，且可以延缓机械的老化，变压器就开始使用油作为绝缘和冷却的媒介即油浸式变压器。油浸式变压器的油温也是油没式变压器的研究热点。对油浸式变压器油温的异常预测是一个非常有研究价值和理论意义的研究领域。随着社会发展速度的日益加快，对重要大容量输电、变电设备的安全要求更高。变压器运行状况对电网的安全有较大的影响。而变压器运行时的绕组温度、油温是影响变压器绝缘能力的重要因素。变压器相关研究的重点一直集中在变压器温度的绕组温度之在线监测上，但缺点较多且明显。变压器的油温可以有效反映电力变压器的工况，所以通过对变压器的油温进行在线检测，并根据检测数据预测变压器的油温的同时设法避免不必要的浪费，这是维护变压器安全运行的有效策略之一。目前，变压器油温的温度预测相关研究很多（1）：① 有通过对变压器传热过程构建热路模型，进行油温预测；② 基于变压器修正热路模型，推导油浸式变压器项层油温的温度；③ 通过对变压器绕组发热机理和变压器油粘滞度分析，构造修正参数进行预测的；④ 还有利用BP神经网络进行油浸式变压器油温的预测工作等等。
基于变压器的油温可以有效反映电力变压器的工况，可以预测特定用户区域的未来需求，能够兼顾工作日、假日、季节、天气、温度等不同因素变化下的电力系统大型变压器工况，并兼顾预测方法不能够适用于长期、真实数据的高精度长期预测。据此建立两个地区未来2年的“变压器工况油温模型”的目的是为电网根据顺序变化的需求管理，并将用电量分配到不同用户区域的工况“规划”提供参考。
- 数据集:
图1：“油温”特征（时间（月）——温度（°C））在ETT数据集中的总览.
图2：不同类型的外部负载值的“油温”变化图形。
具体来说，数据集中包含短周期模式，长周期模式，长期趋势和大量不规则模式。图1给出了数据的总览，图1中数据显示出了明显的季节趋势。为了更好地表示数据中长期和短期重复模式的存在，图2中绘制了ETT-h1数据集中所有变量的自相关图，其中，最上面的蓝色曲线是目标变量“油温”，它保持了一些短期的局部连续性，而其他的变量（各类负载）则显示出了短期的日模式（每24小时）和长期的周模式（每7天）。
数据集是使用.csv 形式进行存储的，在图3中我们给出了一个数据的样例。其中第一行（8列）是 数据头，包括了 "HUFL", "HULL", "MUFL", "MULL", "LUFL", "LULL" 和 "OT"，每一列的详细意义展示在 表1中。
图3：ETT数据样例.
表1：数据中各列的含义（注：上表英文对应下表中文）
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任务1：对ETT数据中工作日、节假日以及不同季节的变压器油温情况进行分析，并给出判断依据。
任务2：从ETT数据中挖掘出这两个地区变压器油温的变化趋势，并分析这两个地区的异同。
任务3：建立一个预测变压器油温的模型，对这两个地区未来2年的变压器油温进行预测，该模型至少需要考虑工作日、节假日以及季节等要素。
参考文献：
（1）基于随机森林的变压器油温预测方法，顾颖歆，《运筹与模糊学》, 2021, 11(4), 462-469
2023年6月5日
