一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，包括：分析可能造成电压互感器损坏的因素，确定电压互感器致损因子，利用盲数理论对各致损因子进行主观赋权；建立电压互感器损坏概率软层次模型，计算各个致损因子的发生概率；采用模糊信息粒化算法处理电压互感器损坏事故发生的概率，量化数据边缘的不确定性，得到模糊信息粒，确认每个电压互感器的损坏概率。本发明基于盲数理论的主观赋权，通过对致损因子可靠性的控制，能够降低专家评判的主观误差，最大程度地发挥主观赋权的优点。
【专利说明】
一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法。
【背景技术】
[0002] 电压互感器(简称PT)是连接电网一次系统与二次系统，对电网进行实时的测量、 监视、保护与控制的关键电气设备之一。近年来，电压互感器损坏事故频繁发生，严重影响 了电网的安全运行。国内外许多学者对配网中电压互感器的损坏原因和机理进行了研究， 认为PT损坏主要来源于制造工艺上存在缺陷和电网故障引发电压互感器产生过电压、过电 流。目前对电压互感器损坏原因和机理主要有以下方面的认识：
[0003] 1)高压侧绕组绝缘老化，绕组层间发生局部放电使温度过高，导致高压绕组烧断；
[0004] 2)匝间绝缘薄弱，运行过程中导致匝间短路，在短路绕组中形成较大的环流，使导 线过热；
[0005] 3)绝缘膜间存有气隙，造成绝缘体内部绝缘产生局部放电，长期在局部电荷的影 响下产生绝缘击穿；
[0006] 4)在雾霾天气下，空气中的湿度上升，污秽物增多，导致外绝缘表面污秽物增加与 高湿度环境叠加后，易造成闪络，引起绝缘能力降低，导致线圈短路；
[0007] 5)电压互感器与系统中的电容性元件发生铁磁谐振，使电压互感器端电压升高， 电源中性点出现较大的位移电压，电压相位的反倾，励磁电流大大增加，导致电压互感器损 坏；
[0008] 6)系统发生单相间歇性接地故障导致系统状态的频繁切换而产生暂态冲击电流， 造成电压互感器因过热而损坏。
[0009] 近年来，通过对电压互感器的损坏原因和机理进行分析，提出了一些防范措施，虽 然能够在一定程度上降低PT损坏事件的发生，但随着电网智能化的发展，现有方法仍无法 满足安全性和可靠性要求。主要表现在：
[0010] 1)仅对电压互感器损坏进行单因素的分析，无法全面把握电压互感器安全运行的 影响因素，在此基础上提出的防范措施，不能对电压互感器起到全面的保护；
[0011] 2)现有研究方法无法给运行管理部门提供电压互感器的当前整体状态，也无法判 断PT-定时间内损坏的潜在危险程度。
【发明内容】
[0012] 本发明为了解决上述问题，提出了一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率 预估方法，本方法基于模糊信息粒化和盲数理论主观赋权的电压互感器损坏概率预测，能 够结合历史数据和专家经验，为是否需要更换电压互感器等决策提供理论依据。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0014] -种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，具体步骤包括：
[0015] (1)分析可能造成电压互感器损坏的因素，确定电压互感器致损因子，利用盲数理 论对各致损因子进行主观赋权；
[0016] (2)建立电压互感器损坏概率软层次模型，计算各个致损因子的发生概率；
[0017] (3)采用模糊信息粒化算法处理电压互感器损坏事故发生的概率，量化数据边缘 的不确定性，得到模糊信息粒，确认每个电压互感器的损坏概率。
[0018] 所述步骤（1)中，利用专家对各个致损因子进行主观赋权，计算每个专家的可信 度，根据专家达成的共识程度来衡量致损因子的重要性，继而运用盲数进行主观赋权。
[0019] 所述步骤(1)中，具体包括：
[0020] (1-1)根据所有专家的可信度，构建专家可信度集合，表示每个专家的综合可信 度；
[0021] (1-2)依据各个专家的综合可信度，计算专家组的综合可信度和每个专家的绝对 综合可信度；
[0022] (1-3)依照每个专家的可信度构建盲数，根据数理统计计算盲数均值的方差和标 准差；
[0023] (1-4)根据方差和标准差构造致损因子可靠度来衡量专家意见的共识程度，运用 盲数对每个致损因子进行主观赋权。
[0024]所述步骤(2)中，电压互感器损坏概率软层次模型共包括三个层次，基础层:分析 电压互感器多种致损因子所建立的子模型及相互关系；中间层:量化各个子模型包含的因 素及相互关系;最终层:针对具体的致损因子，计算电压互感器损坏概率。
[0025] 所述步骤(2)中，建立基础层的具体方法为:根据电压互感器可能存在多种致损因 子，电压互感器运行中损坏的概率表示为每一类致损因子导致电压互感器损坏的概率与其 权重系数的乘积之和。
[0026] 所述步骤(2)中，建立中间层的具体方法为:利用每个致损因子的危险性和电压互 感器的脆弱性表征每个致损因子发生的概率，其中致损因子的危险性包括历史危险性、潜 在危险性，电压互感器脆弱性包括历史脆弱性、潜在脆弱性。
[0027]所述步骤(2)中，电压互感器脆弱性的计算方法为：
[0028] (2-1)根据电压互感器在每一类致损因子发生时的暴露程度和承受能力计算历史 脆弱性；
[0029] (2-2)使历史脆弱性随时间结合电压互感器本身、外部环境及投入运营时间，计算 潜在脆弱性；
[0030] (2-3)累加一段时间内电压互感器对每类致损因子的历史脆弱性和潜在脆弱性， 得到电压互感器的脆弱性。
[0031] 所述步骤(2)中，致损因子的危险性的计算方法包括：
[0032] (2-a)计算每一类致损因子运行幅值与额定值比值的最大值，确定历史危险性；
[0033] (2-b)使历史危险性随时间结合电网运行状态及电路等值参数，计算潜在危险性；
[0034] (2-c)累加一段时间内电压互感器对每类致损因子的历史危险性和潜在危险性， 得到电压互感器的危险性。
[0035]所述步骤(3)中，具体步骤包括：
[0036] (3-1)根据电压互感器实际运行情况，确定离散模糊信息的隶属函数；
[0037] (3-2)根据不同的数据来源，确定其误差范围，根据误差范围，确定模糊信息粒的 确定区域和扩散范围；
[0038] (3-3)明确确定区域和扩散范围边界，计算得到模糊信息粒，计算电压互感器的损 坏概率。
[0039]本发明的有益效果为：
[0040] (1)本发明所采用的基于盲数理论的主观赋权，通过对致损因子可靠性的控制，能 够降低专家评判的主观误差，最大程度地发挥主观赋权的优点；
[0041] (2)本发明所采用的离散模糊信息粒化算法，在处理模糊的、不完整的和不确定的 数据方面具有明显优势；
[0042] (3)本发明所采用的软层次模型，使问题的解决思路更清晰、更直观，可以让管理 决策者比较全面的认识各致损因子和电压互感器脆弱性之间的相互关系。
【附图说明】
[0043]图1为基于盲数理论的主观赋权法；
[0044] 图2为电压互感器致损概率的软层次模型；
[0045] 图3为模糊信息粒2粒化形式示意图。
【具体实施方式】：
[0046] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0047] 一种电压互感器损坏概率预测方法，它的具体步骤是：针对电压互感器各致损因 子，运用盲数理论对各致损因子进行主观赋权，其次采用软层次模型建立致损因子概率模 型，最后采用模糊信息粒化算法处理电压互感器损坏事故发生的概率，量化数据边缘的不 确定性。
[0048] 具体步骤如下：
[0049]步骤一:基于盲数理论确定各至损因子的主观权重系数。权重的合理确定对综合 评价而言至关重要。通常专家对各致损因子的赋权是在盲信息状态下进行的，专家根据各 自的认识和经验对各致损因子的重要性作出评价时，往往不是一个定值 Xl，而是落在Xl附近 且可信度为r :的区间里。盲数理论是区间分布的可信度函数，是处理和表达盲信息的工 具，能较好的利用各个专家的经验，降低专家信息的主观性，提高主观赋权的客观性、可靠 性。
[0050]步骤二:建立电压互感器损坏概率软层次模型，本着从简单到复杂，从抽象到具体 的思想，采用软层次模型建立电压互感器损坏概率模型，分为3层:基础层一一概念模型，分 析电压互感器多种致损因子所建立的子模型及相互关系；中间层一一过渡模型，量化各个 子模型包含的因素及相互关系；最终层一一实用模型，针对具体的致损因子，计算电压互感 器损坏概率。
[0051 ]步骤三:采用模糊信息粒化方法量化电压互感器损坏的概率。
[0052] 1.基于盲数理论的主观权重的确定。具体步骤如图1所示，首先确定专家的可信 度，然后对专家给出的评估区间用盲数表示，并计算其盲数均值、方差和标准差，进一步构 造致损因子可靠度，最后通过致损因子可靠度计算权重。
[0053] 1)专家可信度可用F ( (Krd )表示，F值越大，则专家可信度越大，设一组专家S ={Si，s〗，…，sn}的可信度为:r=汚，巧…，专家Si的综合可信度r i为：
(i)
[0055] 2)专家组的综合可信度r :
[0056] r^i-ii-riYi-rj-.fi-r,) (2)
[0057] 3)专家Si的绝对综合可信度0:*:
[0058] 0i= r Ti (3)
[0059] 4)专家对各致损因子的赋权实际上是在盲信息状态下进行的，专家根据各自的认 识和经验对各致损因子的重要性作出评价时，往往不是一个定值 Xl，而是落在Xl附近且可信 度为「：的区间里。盲数理论是区间分布的可信度函数，是处理和表达盲信息的工具，设盲 数 _]雛 ⑷
[0061]其中XiGQ，Q为一系列灰度空间^构成的区间性灰度空间，且〇彡￡i<l， m =d.、￡i为f(x)的Xi的可信度，e为f(x)的总可信度，m为f(x)的阶数。 i=l
[0062] 5)设c，d为实数且c彡d，称（c+d)/2为有理灰数的[c，d]的心，记为@ [c，d] = (c+ d)/2,则称一阶未知有理数E(f(x))为盲数f(x)的均值，其中E(f(x))为：
(5)
[0064] 6)根据数理统计可得方差D(f(x))和标准差〇(f(x))如下：
(6 ) (7)
[0067] 7)根据专家达成的共识程度来衡量致损因子的重要性。而专家共识度的高低由专 家意见盲数的均值和标准差来共同决定，进而构造致损因子可靠度来衡量专家意见的共识 程度：
(8)
[0069] 其中，R(f(x))为致损因子可靠度，〇(f(x))致损因子盲数方差，E(f(x))致损因子 盲数均值。
[0070] 8)运用盲数进行主观赋权时，只有致损因子盲数均值较大且盲数标准差较小时才 被赋予较大的权重。则每个致损因子的权重为：
[0072] 2.建立电压互感器致损概率软层次模型。 (9)
[0073]如图2所示为电压互感器致损概率软层次模型，电压互感器损坏概率软层次模型， 分为3层：基础层一一概念模型，分析电压互感器多种致损因子所建立的子模型及相互关 系；中间层一一过渡模型，量化各个子模型包含的因素及相互关系；最终层一一实用模型， 针对具体的致损因子，计算电压互感器损坏概率。
[0074] 2.1建立概念模型，即基础层，分析电压互感器多种致损因子所建立的子模型及相 互关系。
[0075] 根据电压互感器可能存在多种致损因子，电压互感器运行中损坏的概率可表示 为：
[0076] p (10) 仁1
[0077] 其中声为电压互感器损坏的概率，€为第i类致损因子导致电压互感器损坏的概 率，黾为月的权重系数，且瑪具有非负性和归一性，N为电压互感器致损因子数目。
[0078] 在实际运行情况下，电压互感器发生损坏的概率不可能为0,故而电压互感器发生 损坏概率的取值范围为(〇，1 ]。
[0079] 2.2建立过渡模型，即中间层，量化各个子模型包含的因素及相互关系；
[0080] 2.2.1致损因子概率模型
[0081] 第i类致损因子发生的概率月由致损因子危险性雨和电压互感器脆弱性g两种因 素组成，即：
[0082] l]=Wp, C 11)
[0083] 2.2.2对已有电压互感器损坏机理研究分析可知，致损因子危险性来源于电网运 行。致损因子危险性十算步骤如下：
[0084] 1)历史危险性私
[0085] =maxA/;, ( 12 ). Q<k<n
[0086] 其中，n为研究区内第i类致损因子发生的频次；錢，表示为第i类致损因子规模(运 行幅值与额定值的比值的最大值），即imaxlc/JOVL//。}，并在此基础上对所有致损因 子进行归一化处理。
[0087] 2)潜在危险性乾,是计算研究区内将来某个时间t的第i类致损因子危险性，潜在危 险性是历史危险性的函数，并随时间t而变化，危险性的变化是由相关变系数&决定，变系 数一般由电网运行状态及电路等值参数决定：
[0088] r2i =WXi 4-4,,-r (13):
[0089] 3)致损因子危险性If即计算研究区内将来某个段时间At内第i类致损因子危险 性朽：
[0090] J￥t=Wu+l Aylt (14)
[0091] 2.2.3电压互感器脆弱性巧来源于电压互感器本身及外部环境，电压互感器脆弱性 朽模型计算步骤如下：
[0092] 1)历史脆弱性巧，反应了电压互感器对第i类致损因子的敏感程度，是由电压互感 器在第i类致损因子发生时的暴露程度和承受能力共同决定，其表达式如下：
(15)
[0094] 其中，T为电压互感器投入运行总时间，尾为电压互感器在第i类致损因子发生时 的暴露程度，&为电压互感器在第i类致损因子发生时的承受能力，且馬+ %=1，即表现为 暴露程度越大，则承受能力越小。
[0095] 2)潜在脆弱性f2,.即计算将来某个时间t电压互感器对第i类致损因子的脆弱性。潜 在脆弱性是历史脆弱性的函数，并且随时间t而变化，脆弱性的变化是由相关变系数4决 定，变系数一般由电压互感器本身、外部环境及投入运营时间决定：
[0096] Vh=Vv+B^ (16、
[0097] 3)电压互感器脆弱性^即计算将来某段时间A t内电压互感器对第i类致损因子的 脆弱性：
[0098] V, =K".+| B0idt (17)
[0099] 2.3建立实用模型，即最终层，针对具体的致损因子，采用模糊信息粒方法量化损 坏发生的概率。
[0100] 针对具体的实例，根据电压互感器历史运行数据，确定上述各个模型中致损因子 的具体参数，基于盲数理论确定各致损因子的权重系数，由电压互感器损坏概率软层次模 型得到致损因子的发生概率。
[0101 ] 3.模糊信息粒化方法量化电压互感器损坏的概率。
[0102] 1)枏据电压互感器实际运行情况，确定离散模糊信息的隶属函数，其表达式为：
(18 )
[0104] 其中，化为模糊信息的粒化形式，模糊信息粒^^(?^11，/2)，[&，13]为确定区域，1 1，12 为：?的左、右扩散范围（不确定区域）。
[0105] 2)根据不同的数据来源，确定其误差范围(ei~e2);
[0106] 3)根据误差范围，确定模糊信息粒的确定区域和扩散范围，将幻视为模糊信息粒 的确定区域长度，即13-& = 61;将62和61之差视为模糊信息粒的扩散范围的长度，即11+1 2 = e2~ei；
[0107] 4)确定a，b，若 A =入 a+(l_ 入 b)，其中人 G[0，l]，
[0108] 卜功-lVl \ b = A + Ae (19 )
[0109] 5)确定 h，l2,若 li/l2 = V(l-入），
[0110] {'1:于2-vei)、 |/2 =(l-iX^2 _：ei) ( 20 )
[0111] 6)综合以上步骤，得模糊信息粒2
[0112] A= A + Aer > A(e2 -c\) ? (1 -)) .(21).
[0113] 7)则电压互感器的损坏概率为：
[0114] F= (P + iA-lJe^ P + Aex, A{e2-e[), (l-^e,-^)) 〔22)
[0115] 图3中，杓为模糊信息的粒化形式，x为模糊信息粒区域长度，模糊信息粒 AduMiM di, h^Jl ，e2 为模糊信息粒的确定区域和不确定区域的总长度，A为确定区域[a,b]内一点，表示为A = Aa + (1-处），其中 AG[0，l]。
[0116] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特征是:具体步骤包括： (1) 分析可能造成电压互感器损坏的因素，确定电压互感器致损因子，利用盲数理论对 各致损因子进行主观赋权； (2) 建立电压互感器损坏概率软层次模型，计算各个致损因子的发生概率； (3) 采用模糊信息粒化算法处理电压互感器损坏事故发生的概率，量化数据边缘的不 确定性，得到模糊信息粒，确认每个电压互感器的损坏概率。2. 如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(1)中，利用专家对各个致损因子进行主观赋权，计算每个专家的可信度，根 据专家达成的共识程度来衡量致损因子的重要性，继而运用盲数进行主观赋权。3. 如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(1)中，具体包括： (1-1)根据所有专家的可信度，构建专家可信度集合，表示每个专家的综合可信度； (1-2)依据各个专家的综合可信度，计算专家组的综合可信度和每个专家的绝对综合 可信度； (1-3)依照每个专家的可信度构建盲数，根据数理统计计算盲数均值的方差和标准差； (1-4)根据方差和标准差构造致损因子可靠度来衡量专家意见的共识程度，运用盲数 对每个致损因子进行主观赋权。4. 如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(2)中，电压互感器损坏概率软层次模型共包括三个层次，基础层:分析电压 互感器多种致损因子所建立的子模型及相互关系；中间层:量化各个子模型包含的因素及 相互关系;最终层:针对具体的致损因子，计算电压互感器损坏概率。5. 如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(2)中，建立基础层的具体方法为:根据电压互感器可能存在多种致损因子， 电压互感器运行中损坏的概率表示为每一类致损因子导致电压互感器损坏的概率与其权 重系数的乘积之和。6. 如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(2)中，建立中间层的具体方法为:利用每个致损因子的危险性和电压互感 器的脆弱性表征每个致损因子发生的概率，其中致损因子的危险性包括历史危险性、潜在 危险性，电压互感器脆弱性包括历史脆弱性、潜在脆弱性。7. 如权利要求6所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(2)中，电压互感器脆弱性的计算方法为： (2-1)根据电压互感器在每一类致损因子发生时的暴露程度和承受能力计算历史脆弱 性； (2-2)使历史脆弱性随时间结合电压互感器本身、外部环境及投入运营时间，计算潜在 脆弱性； (2-3)累加一段时间内电压互感器对每类致损因子的历史脆弱性和潜在脆弱性，得到 电压互感器的脆弱性。8. 如权利要求6所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(2)中，致损因子的危险性的计算方法包括： (2-a)计算每一类致损因子运行幅值与额定值比值的最大值，确定历史危险性； (2_b)使历史危险性随时间结合电网运行状态及电路等值参数，计算潜在危险性； (2-c)累加一段时间内电压互感器对每类致损因子的历史危险性和潜在危险性，得到 电压互感器的危险性。9.如权利要求1所述的一种基于模糊信息粒化的电压互感器损坏概率预估方法，其特 征是:所述步骤(3)中，具体步骤包括： (3-1)根据电压互感器实际运行情况，确定离散模糊信息的隶属函数； (3-2)根据不同的数据来源，确定其误差范围，根据误差范围，确定模糊信息粒的确定 区域和扩散范围； (3-3)明确确定区域和扩散范围边界，计算得到模糊信息粒，计算电压互感器的损坏概 率。
【文档编号】G06Q50/06GK105930988SQ201610462369
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】吉兴全, 朱仰贺, 于永进, 樊淑娴, 吴娜
【申请人】山东科技大学