一种继电保护保障性评估指标体系的评估方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种继电保护保障性评估指标体系的评估方法。

背景技术：

当前我国电网具有复杂互联的网架结构和交直流混联的特点，超级互联的电网给人们带来巨大利益的同时，也给电网的运行、维护带来了巨大挑战。继电保护是电力系统安全保障的第一道防线，继电保护能否正常工作，对电力系统运行有重大的影响。在大型互联电网中，局部事故可能引发整个系统的大面积停电，并且随着电力系统规模的扩大，事故发生的概率也会增加。当电网发生故障时，如果继电保护装置不能正确动作，不仅会使电力系统的故障扩大，甚至可能因不良的连锁反应而造成整个电网崩溃，导致大面积停电，给人们的正常生活、经济发展及社会稳定带来严重影响，作为继电保护评估中的基本因素和评价继电保护的重要依据，评估指标是研究的重点之一。

继电保护是防止事故扩大化或连锁反应的重要保证，继电保护装置作为电力系统第一道防线，其重要性不容忽视，如何客观全面的评价继电保护装置的运行状态是保障电网安全稳定运行的一个非常重要的内容，然而当前继电保护评估的研究思路是：依据保护的特点，以误动和拒动为主线，从单台设备可靠性、附加多种影响因素后的系统可靠性、系统完好度和风险评估等方面进行指标的选取。继电保护系统的保障性是指保护系统的设计特性和计划的保障资源能保障和满足保护使用要求的能力，当前尚未对继电保护保障性指标体系进行过深入研究，而继电保护保障性指标的内容随着当前保护装置的升级发展显得越来越重要，若不科学划分继电保护保障性指标框架并在此基础上进行进一步研究，就无法全面而准确的评价继电保护，因此有必要提出一种继电保护保障性评估指标体系，并基于这一指标体系进行评估方法的研究。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种继电保护保障性评估指标体系的评估方法，该方法提出了一套全面的保障性评估指标体系，通过该体系的建立可以为继电保护装置的维护提供支持，适用于继电保护维护、管理、研发的各个阶段。

一种继电保护保障性评估指标体系的评估方法，所述方法包括：

步骤1、划分继电保护保障性评估指标体系；

步骤2、根据工程实际选取特定的评估指标作为底层指标；

步骤3、为所述底层指标按重要性进行赋权；

步骤4、根据指定地区实际电网的运行数据确定所述底层指标的实测值，查找相关参考资料确定所述底层指标的标准值；

步骤5、将所述实测值和所述标准值进行对比，将所述底层指标的实测值转化为评分值，再结合所述步骤3的赋权结果获得继电保护保障性评估指标体系下的综合评估分值。

在所述步骤1中，所划分出的继电保护保障性评估指标包括：

冗余性、及时性、有效性和经济性4个二级指标。

所述冗余性包括：系统冗余度、工作冗余度、备用冗余度和容错率；

所述及时性包括：保障设备满足率、备件满足率、启动准备时间、平均保障资源延误时间和保障工作完成时间；

所述有效性包括：平均保障设备利用率、备件利用率、备件保障概率、保障人员技能合格率、训练保障规范率、硬件适用率、软件准确率、文档完备率和计算机资源保障更新率；

所述经济性包括：论证与研制费用、购置费用、使用与保障费用和退役处置费用。

在所述步骤2中，所选取的底层指标包括：

系统冗余度、备件满足率、保障工作完成时间、硬件适用率、软件准确率和计算机资源保障更新率。

在所述步骤3中，所述为底层指标按重要性进行赋权的过程具体为：

选用改进熵值法和G1法，结合两者计算的结果得到综合权重，为底层指标进行赋权。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法提出了一套全面的保障性评估指标体系，通过该体系的建立可以为继电保护装置的维护提供支持，适用于继电保护维护、管理、研发的各个阶段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供继电保护保障性评估指标体系的评估方法流程示意图；

图2所示为本发明实施例所提供的继电保护保障性评估指标的划分示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供继电保护保障性评估指标体系的评估方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、划分继电保护保障性评估指标体系；

继电保护保障性是指保护系统的设计特性和计划的保障资源能保障和满足保护使用要求的能力。在该步骤1中，所划分出的继电保护保障性评估指标可以包括：冗余性、及时性、有效性和经济性4个二级指标。

如图2所示为本发明实施例所提供的继电保护保障性评估指标的划分示意图，所述冗余性包括：系统冗余度、工作冗余度、备用冗余度和容错率；这类指标表征了继电保护系统的重复度，保护冗余性的多少能够从重复度的角度体现整个保护系统保障性能的优良，相关规程规定电力系统中的每一个重要元件都必须配备至少两套保护。

所述及时性包括：保障设备满足率、备件满足率、启动准备时间、平均保障资源延误时间和保障工作完成时间；具体实现中，及时性可用两部分来描述构成：一是保障系统在设备需要保障时，能否马上提供服务，及时开始；二是保障系统一旦工作，能否快速完成，及时完成。在涉及保护相关备件的更换、保护投入运行前期的启动准备等环节，及时性体现了保障视角下准备工作是否充分，工作效率的高低。

所述有效性包括：平均保障设备利用率、备件利用率、备件保障概率、保障人员技能合格率、训练保障规范率、硬件适用率、软件准确率、文档完备率和计算机资源保障更新率；此类指标反映保障系统运行效率高低的特性，反映保障的各个环节准备工作规范充分程度的特性，主要用各类资源的利用率来度量，过多的保障资源配备会造成浪费、造成保障系统运行效率低下，但若配备不足又会影响保障功能的发挥。

所述经济性包括：论证与研制费用、购置费用、使用与保障费用和退役处置费用。经济性是指用尽可能少的经费保证实施保障功能的特性，从经济性的意义出发，是用尽可能少的经费保证实施保障功能的特性，首先就需要了解系统设备在整个寿命周期内所花费的费用，把经济性放到继电保护保障性指标体系中，深入了解系统设备在整个寿命周期内从前期的设计论证到最终的退役报废过程中产生的费用，了解这些最基本的指标是指标研究的基础。

具体实现中，部分保障性指标的定义及计算方法如下：

(1)系统冗余度：冗余指系统中具有两种或两种以上手段执行同一种规定功能，系统冗余度是指继电保护系统中保护的重复度，电力系统中的每一个重要元件都必须配备至少两套保护。

(2)工作冗余度：继电保护执行其功能的所有保护系统同时处于工作状态的冗余度。

(3)备用冗余度：执行电力系统保护功能的一部分保护系统处于工作状态，而其余部分在需要之前处于不工作状态的冗余度。

(4)容错率：容错是指元件在它的某个组成部分出现故障的情况下，仍能执行规定功能的属性。保护的容错率是指保护装置的某个元件出现故障但是仍然完成其功能，或正常工作的能力。还指当保护系统存在一定的冗余度的情况下，其中一套保护发生了故障，但是凭借冗余的其余保护装置顺利完成其功能的能力。

(5)保障设备满足率：是指对继电保护系统各部件进行保障工作时，相关保障设备的就位、正常运行情况表征。

(6)保障工作完成时间：是指对继电保护进行保障工作开始直到保障工作结束，所花费的总时间。

(7)备件利用率：是指为保护系统需要准备备件的关键部件，其备件的利用更换率。

(8)训练保障规范率：是指对于保障工作的训练，规范程度高低的表征。

(9)先期论证费C_RA：指对于系统进行前期设计制造时进行论证所发生的费用。

(10)研制设计费C_DD：指系统设计制造时进行相关研制设计所产生的费用。

(11)研制外协费C_DH：指系统设计制造时进行相关研究工作需要外部协助所产生的费用。

(12)试验费C_DT：指系统设计制造时进行相关试验所产生的费用。

(13)固定资产使用费C_DF：指系统设计制造时使用相关固定资产所产生的费用。

(14)直接材料费C_DIM：直接材料费是指为生产产品直接消耗的各种原材料、燃料和辅助材料的费用，该项费用发生后直接归集到各该产品成本中去。

(15)初始保障设施费C_IF：指设备投入使用初期需要准备保障设施所产生的费用。

(16)技术资料费C_ITT：指设备投入使用初期使用技术资料所产生的费用。

(17)能源费(水电油)C_OWP：指设备正常运行时所消耗的能源费用，包括水、电、油等能源消耗。

(18)耗材费C_AD：指设备正常运行时所需的耗材费用。

(19)使用人员工资福利费C_OW：指设备正常运行时需要支付的工作人员工资福利费用。

(20)保障资料费C_SD：指保障设备正常运行时保障资料的费用。

(21)保障人员费C_SW：指保障设备正常运行所需的保障人员的费用。

(22)报废处置费：指设备退役报废处置所需的费用。

步骤2、根据工程实际选取特定的评估指标作为底层指标；

在该步骤中，所选取的底层指标包括系统冗余度、备件满足率、保障工作完成时间、硬件适用率、软件准确率和计算机资源保障更新率。

上述底层指标的选取随着保护处于维护、研发、运行等不同阶段，选取的底层指标也不相同，具有较强的灵活性和工程适用前景。

步骤3、为所述底层指标按重要性进行赋权；

在该步骤中，具体可以选用改进熵值法和G1法，结合两者计算的结果得到综合权重，从而为底层指标进行赋权，使赋权计算结果更加可信和准确。

下面对上述赋权过程进行举例说明：

改进熵值法的计算假设评价指标集共有m个因素，让n个专家对每个因素进行赋权重，那么得到权重矩阵F：

r_ij表示第j个专家对第i个指标的赋权值，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n先对每一列的权值进行求熵运算称为列熵，也就是某位专家对m个指标赋予的权值的熵值，且列熵的公式为：

H_j表示的是第j个专家对m个指标赋予的权值的熵值，当列熵值越大表示这个专家提供权重所带来的效用值小，应舍弃。为此需设定一个阈值，舍弃大于这个阈值的专家赋予权值，根据专家经验舍去列熵最大的那个值，假设舍弃了大于阈值的专家赋予的权值，还有q个专家赋予的权值，据此重新构建权重矩阵F'：

再求这个矩阵的每一行的熵值，也就是q个专家对某个指标的赋权的权值的熵值，称为行熵，求取行熵之前先对F'的每一行的权值进行归一化：

使得其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…q，据此可以得到行熵H_i：

当H_i越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以H_i越大表示指标i的重要性越大，求取第i行的标准差:

其中若σ_i的值越大代表专家对于同一个指标的分歧较大，则该指标的权重可能不准确，故应降低该指标的权重。

根据标准差σ_i和行熵H_i，得到最终的指标权值应为：

其中u_i是指标q个专家对指标i的均值。

G1法的计算让专家根据继电保护装置评估准则对指标因素集{x₁,x₂,…x_m}按照重要性排序，首先让专家在指标集{x₁,x₂,…x_m}选出认为是最重要的一个指标记为x₁^*，再继续在余下的m-1个指标中，选出认为是最重要的一个指标记为x₂^*，以此类推，经过m-1次的挑选，最终剩下的评价指标记为这样就唯一确定了一个序关系：

专家关于评价指标与的重要性程度之比的理性判断如下表1所示：

表1

其中：

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

通过上述(4-9)，(4-10)可以得到最终的值。

进一步，上述改进熵值法所得到权重为w_i，G1法所得到权重为v_i(i＝k＝m,m-1,…3,2)，然后组合两种权重得到综合权重，采用如下公式：

其中，A_i就是两种权重组合之后指标i的权重，

得到组合权重之后，当某个指标的实测值超出正常范围时候，组合权重已经无法准确反应出其在评估体系中的重要性，需对其进行变权重得到合适权重，当实测值超过正常范围的上限那么变权重的公式为：

当实测值低于正常范围的下限则变权重公式为：

其中，A_i'(i＝1,2,…m)是指标i的变权重，u_min和u_max分别是指标i的最小值和最大值u_i是实际测量值。

最后将得到的变权重和组合权重进行归一化处理，就可以得到最终各个指标的权重：

或者：

这里，当指标i是异常指标时采用公式(14)，当i是正常指标时候采用公式(15)。上述A代表综合权重的指标和，A’代表异常指标的变权重之和。

让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到所评估维度内的评分，具体表示为：

p＝T₁s₁+T₂s₂+…+T_ms_m (16)

其中，P是所评分维度内的评分值，s_i(i＝1,2,…m)是专家对指标i评估分值。

步骤4、根据指定地区实际电网的运行数据确定所述底层指标的实测值，查找相关参考资料确定所述底层指标的标准值；

举例来说，基于A地区实际电网的运行数据进行多维度评估分析计算得到底层指标的实测值，上述底层指标、根据相关资料确定的标准值范围、保护的实测值对比如下表2所示：

表2

步骤5、将所述实测值和所述标准值进行对比，将所述底层指标的实测值转化为评分值，再结合所述步骤3的赋权结果获得继电保护保障性评估指标体系下的综合评估分值。

这里再结合实际对该步骤5的过程进行举例说明，拟选取A、B地区电网继电保护装置作为对比分析计算的实例：

首先利用改进熵值法计算权重，根据表2所示的参考数据，得到指标评分值如表3所示：

表3

得到指标数m为6，专家n为5，权重矩阵F为：

由式(2)得到5个专家的列熵后舍弃最大的，重新构造的权重矩阵F':

当行熵H_i越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以H_i越大表示指标i的重要性越大。

由式(5)，(6)，(7)可得行熵H_i、标准差σ_i、均值u_i、指标权重w_i如表4所示：

表4

然后利用G1法计算权重，已知这6个指标{x₁＝系统冗余度，x₂＝备件满足率，x₃＝保障工作完成时间，x₄＝硬件适用率，x₅＝软件准确率，x₆＝计算机资源保障更新率}；

根据经验按照顺序从大到小列出这6个指标：{x₂≥x₁≥x₃≥x₄≥x₅≥x₆}；

重新表示为：

那么r_k^*的值可以根据表1进行理性判断:

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

通过上述(9)(10)可以得到最终的值，

表5 G1法计算指标的权重值

然后结合上述计算结果得到综合权重：

改进的熵值法得到的权重为w_i，G1法得到的权重v_k(i＝k＝m,m-1,…3,2)，组合两种权重得到综合权重，可得综合权重：

A₁＝0.1842,A₂＝0.2242,A₃＝0.1032,A₄＝0.1895,A₅＝0.1789,A₆＝0.1200。

进一步的，再进行保障性维度评分计算：

让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到最终保障性维度的评分，表示为：

p＝T₁s₁+T₂s₂+…+T_ms_m；

p是保障性维度的评分，s_i(i＝1,2,…m)是专家对指标i评估分值，最终计算得到评估分值P＝88.5636。

同理，可得B电网保护保障性维度评估分析结果。

表6 B电网保护保障性底层指标评分值

最终计算得到的评估分值P＝86.9260。

综上所述，本发明实施例所提供的方法提出了一套全面的保障性评估指标体系，通过该体系的建立可以为继电保护装置的维护提供支持，适用于继电保护维护、管理、研发的各个阶段。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。