一种基于层次分析法的保护设备状态预警方法与流程

本公开涉及到电力系统继电保护领域，具体涉及一种运用模糊ahp理论对继电保护设备状态进行预警的方法。
背景技术：
：随着智能电网的不断发展，二次设备监测的数字化、智能化水平有了大幅度提高，为二次设备的在线监测及状态预警应用奠定了基础。目前，国家电网和南方电网都在进行设备在线监测、状态检修等方面的研究，通过在变电站建设完整、准确、实时的信息采集系统，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，构建和完善各种智能设备的状态预警能力。但受限于设备本身的智能化程度，多数研究尚停留在理论模型研究阶段，也没有形成常规变电站和数字化变电站二次设备在线状态异常预警和远程运维的标准规范。目前对于实现继电保护设备的元件级状态监视与预警、远程运维及综合故障分析等应用方面研究较少，部分地区电网有相关研究，但不够深入，没有对继电保护设备元件级状态指标的建模、数据采集及进行预警的能力。技术实现要素：本发明的目的在于解决目前没有对继电保护设备元件级状态指标的建模及进行预警能力问题。为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种基于层次分析法的保护设备状态预警方法，包括如下步骤，步骤一：建立层次分析结构模型，收集所能获得的变电站继电保护综合故障信息，分析继电保护设备及其元件的保护状态，梳理出系统中影响继电保护设备及其元件的各个因素，确定各因素之间的因果关系，对影响设备异常的各种要素进行风险预警级别的划分，建立多级递阶结构模型；步骤二：构造判断矩阵，根据步骤一建立的多级递阶结构模型，对同一层次的要素以上一级的要素为准则进行两两比较，并根据评定尺度确定其相对重要程度，最后据此建立模糊判断矩阵；步骤三：确定层次的排序，使用根式法来确定特征向量；步骤四：检验排序的一致性，通过计算来检验排序的一致性；步骤五：确定各个要素的相对重要度，通过综合重要度的计算，对所有的替代方案进行优先排序，从而选择最优方案提供科学的决策依据。进一步，步骤一中，建立后的层次分析结构模型从上到下依次包括目标层、准则层和方案层；目标层用于给出风险预警级别；准则层用于对影响装置健康的各风险指标进行排序和对电网厂站类别根据实际运行情况进行划分，影响装置健康的各风险指标排序依次为：二次设备及二次回路异常、通道异常、双通道异常、反措未执行、家族性缺陷、超期服役、超期未检，根据电网实际运行情况，将电网厂站划分为关键厂站、次关键厂站、一般厂站；方案层用于划分风险级别，风险级别告警共分为五级，从风险一级告警至风险五级告警。进一步，步骤二中的模糊判断矩阵建立流程如下：(1)在模糊层次分析中，作因素间的两两比较判断时，采用一个因素比另一个因素的重要程度定量表示，则得到的模糊判断矩阵a＝(aij)n×n，如果真具有如下性质，则得到模糊判断矩阵。3)aii＝0.5,i＝1,2,…,n；4)aij+aji＝1,i,j＝1,2,…,n；(2)推出模糊互补判断矩阵权重公式：(3)对由式(2)得到的权重值是否合理进行比较判断的一致性检验，当偏移一致性过大时,表明此时将权向量的计算结果作为决策依据是不可靠的，从而推导出用模糊判断矩阵的相容性来检验其一致性原则的方法。进一步，步骤三中，特征向量具体计算步骤为：(1)计算判断矩阵每行所有元素之积：(2)求bi的n次方根(3)归一化向量p＝(p1,p2,...,pn)t，令则w＝(w1,w2,...,wn)t即为特征向量，其中w的n个分量就是对应于n个要素的相对重要度。进一步，步骤四中，检验排序的一致性的具体计算过程如下：(1)计算出判断矩阵最大特征根：其中，aw为判断矩阵a与特征向量w的乘积，(aw)i为aw的第i个分量；(2)求出一致性指标，ci＝(λm-n)/(n-1)；(3)求出随机一致性指标，cr＝ci/ri,ri为平均随机一致性比列。进一步，步骤五中，综合重要度的具体计算过程如下：(1)依据步骤三计算各级要素的相对重要度并进行步骤四中的一致性检验；(2)计算综合重要度wz，本发明的优点如下：(1)系统性本发明运用模糊层次分析法(fahp)理论对继电保护设备进行状态异常预警，把研究对象作为一个系统，按照分析要素、比较判断相对重要度、综合重要度的排序择优的思维方式进行决策。该方法能很好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。通过该方法实现对继电保护设备及其元件的实时监视、异常分析，实现对保护装置隐患的异常监测、预警等。(2)实用性本发明可以进行继电保护设备及其元件的实时监视、异常分析及预警，当某一维度的某一指标达到劣化界限时，及时、主动地推送出设备异常预警信息，这种方法使得决策者与决策分析者能够相互沟通，决策者甚至可以直接应用它，结合系统结构的运维知识库，还可进一步提供相应的处置建议与应急预案，将异常与风险扼杀在萌芽阶段。(3)简洁性通过本发明得到的结果简单明确，计算过程也非常简便，容易被决策者了解和掌握。附图说明图1为本发明一种基于层次分析法的层次分析结构图；图2为本发明一种基于层次分析法的保护设备状态预警方法中对保护装置风险分析的流程设计图；图3为本发明一种基于层次分析法的保护设备状态预警方法中元素标记示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细的说明：实施例：一种基于层次分析法的保护设备状态预警方法，包括如下步骤，步骤一：建立层次分析结构模型，收集所能获得的变电站继电保护综合故障信息，分析继电保护设备及其元件的保护状态，梳理出系统中影响继电保护设备及其元件的各个因素，确定各因素之间的因果关系，对影响设备异常的各种要素进行风险预警级别的划分，建立多级递阶结构模型。如图1所示，层次分析结构模型通常划分为三个大层：从上到下依次是目标层、准则层和方案层。目标层：本发明旨在对保护状态进行异常分析从而给出装置的风险预警级别，所以目标层即为风险预警级别。如图2所示，准则层：目标层的建立包含两部分，一是装置健康风险各指标的影响情况，二是根据电网实际运行情况划分的厂站类别。下面进行详细阐述。将装置主要健康风险评价指标按照对装置的影响程度进行排序，根据保护原理可知：二次设备及二次回路异常将引起保护装置闭锁，单套保护退出运行；通道异常将引起保护通信不可用，引起保护闭锁，退出运行；保护装置双通道变单通道将降低保护的运行可靠性；反措未执行、家族性缺陷即在现有的统计数据下，保护装置有较大的可能存在统计故障；超期未检和超期服役则不满足保护装置检修计划和设备老化，可能不正常运行。根据装置健康风险各指标的影响情况，进行影响度依次排序为：二次设备及二次回路异常、通道异常、双通道异常、反措未执行、家族性缺陷、超期服役、超期未检。同时根据电网实际运行情况，将电网厂站划分为特别厂站(关键厂站)、次关键厂站、一般厂站。方案层：方案层为划分好的风险级别，风险级别告警共分为五级，从风险一级告警至风险五级告警，如图2中风险级别所示。步骤二：构造判断矩阵。对因素进行两两比较，判断矩阵的构造是按照描述重要度来完成的，判断矩阵的作用即反应了有关本层次的因素对上一层次某一相关因素的相对重要性。建立流程如下所示：模糊互补判断矩阵的建立，在模糊层次分析中，作因素间的两两比较判断时，采用一个因素比另一个因素的重要程度定量表示，则得到的模糊判断矩阵a＝(aij)n×n，如果真具有如下性质：5)aii＝0.5,i＝1,2,…,n；6)aij+aji＝1,i,j＝1,2,…,n；则这样的判断矩阵称为模糊互补判断矩阵。为了使任意两个方案关于某准则的相对重要程度得到定量描述，通常采用如下表的0.1-0.9标度法给予数量标度。aii＝0.5表示因素与自己相比同样重要；若aij∈[0.1,0.5)，则表示因素xj比xi重要；若aij∈[0.5,0.9]，则表示因素xi比xj重要。依据上面的数字标度，因素a1，a2，...，an相互进行比较，则得到如下模糊互补判断矩阵：(1)模糊互补判断矩阵的权重公式推导出求解模糊互补判断矩阵权重的一种通用公式，该公式充分包含了模糊一致性判断矩阵的优良特性及其判断信息，计算量小且便于计算机编程实现，为实际应用带来了极大方便。该求解模糊互补判断矩阵权重的公式如下：(2)模糊互补判断矩阵的一致性检验方法由式(2)得到的权重值是否合理,还应该进行比较判断的一致性检验。当偏移一致性过大时,表明此时将权向量的计算结果作为决策依据是不可靠的。推导出用模糊判断矩阵的相容性来检验其一致性原则的方法。定义1：设矩阵a＝(aij)n×n和b＝(bij)n×n均为模糊判断矩阵，称为a和b的相容性指标。定义2：设w＝(w1,w2,...,wn)t是模糊判断矩阵a的特征向量，其中令wij＝wiwi+wj，(pi,j＝1,2,3,...,n)，则称n阶矩阵：w*＝(wij)n×n为判断矩阵a的特征矩阵。对于决策者的态度a，当相容性指标i(a,w)≤a时，认为判断矩阵为满意一致性的。a越小表明决策者对模糊判断矩阵的一致性要求越高，一般可取a＝0.1。对于实际的问题，一般都是由多个(设k＝1,2,...,m)专家给出同一因素x上的两两比较判断矩阵：ak＝(aij(k))n×n(k＝1,2,...,m)，它们均是模糊互补判断矩阵，则可分别得到权重集的集合：则进行模糊互补判断矩阵的一致性检验，要做以下两方面的工作：1)检验m个判断矩阵ak的满意一致性：i(ak,w(k))≤a,k＝1,2,...,m检验判断矩阵间的满意相容性：i(ak,al)≤a,k≠l；k,l＝1,2,...,m可以证明在模糊互补判断矩阵ak(k＝1,2,...,m)是一致可接受的情况下，它们的综合判断矩阵也是一致可接受的。特征向量表达式：w＝(w1,w2,...,wn)，上个公式中：即只要当1)和2)两条满足时，m个权重值的均值作为因素集x的权重分配向量是合理和可靠的。2)判断矩阵中值的确定，详细步骤如下:如图3所示，标度线的两端为两两比较的元素，哪端的元素强就在哪一端进行标记。在填写矩阵的时候，如果两个元素比较的数值在1的左边，则直接填该数值；反之，则填该数值的倒数，如下图标记的点，在1的右边，那么在填矩阵的过程中，这两个元素对应的矩阵点应填1/3。根据步骤一所说的指标及上述判断矩阵形成的规则建立形如下表的层次分析法判断矩阵：csp1p2...pnp1b11b12...b1np2b21b22...b2n...............pnbn1bn2...bnn标度bij的含义：pi比pj的重要程度。步骤三：确定层次的排序。使用根式法来确定特征向量，计算的步骤如下：1)计算判断矩阵每行所有元素之积：2)求bi的n次方根3)归一化向量p＝(p1,p2,...,pn)t，令则w＝(w1,w2,...,wn)t即为特征向量，其中w的n个分量就是对应于n个要素的相对重要度。步骤四：检验排序的一致性。1)计算出判断矩阵最大特征根其中aw为判断矩阵a与特征向量w的乘积，(aw)i为aw的第i个分量。2)求出一致性指标，ci＝(λm-n)/(n-1)。3)求出随机一致性指标，cr＝ci/ri,ri为平均随机一致性比列，ri值的参考表如下所示：4)判断是否满足一致性，当cr<0.1时，便认为判断矩阵具有可以接受的一致性；当cr≥0.1时，就需要调整和修正判断矩阵，使其满足cr<0.1，从而具有满意的一致性。若不满足一致性条件，应对其判断过程重新调整，直到满足一致性条件为止。步骤五：依据步骤三计算各级要素的相对重要度并进行步骤四中的一致性检验；通过计算综合重要度wz，对所有的替代方案进行优先排序，从而选择最优方案确定风险告警级别。本发明运用模糊层次分析法(fahp)理论对继电保护设备进行状态异常预警，把研究对象作为一个系统，按照分析要素、比较判断相对重要度、综合重要度的排序择优的思维方式进行决策。该方法能很好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。通过该方法实现对继电保护设备及其元件的实时监视、异常分析，实现对保护装置隐患的异常监测、预警等。以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。当前第1页12