一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法与流程

本发明涉及电力系统运行风险评估领域，尤其涉及电力变压器时变停运风险评估方法。

背景技术

随着电力系统的不断发展，系统规模越来越大，结构越来越复杂，任何事故都可能给电力系统带来严重危害，甚至给整个社会带来巨大危害。因此，及时发现安全运行风险，及早采取应对措施，对保证电力系统安全运行和对用户的可靠供电十分重要。而电力变压器是电力系统中的核心设备之一，其运行可靠性直接关系到整个电网的安全稳定，所以电力变压器的停运风险评估变得尤为重要。

传统电力变压器的可靠性评估中变压器的故障率通常取恒定值，但是，在实际运行环境中，故障率是一个时变量，尤其在极端天气环境下，故障率会发生较大变化，所以在变压器的风险评估中考虑天气因素很有必要；风险评估作为变压器风险维修的基础，众多学者建立了新兴的变压器状态评估模型，比较常用的是威布尔分布和马尔科夫模型，分别描述变压器的正常老化和偶然故障过程，这两种方法在单一过程中取得了较好的效果，但是并不能描述实际运行中多方面因素的综合影响。

由此，综合各模型优势，建立考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估模型，有利于保障电网安全，更加实时准确地安排变压器的状态检修。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法。根据本发明的电力变压器时变停运风险评估方法，对变压器稳定运行有较大影响的气象因素进行量化，并利用所求得的综合气象风险指数优化了计及正常老化和偶然故障的变压器故障停运模型，进一步得到考虑天气因素的时变停运风险模型，使变压器的风险评估更为准确。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1.建立影响电力变压器运行状态的综合气象风险指标体系；

s2.根据电力变压器的老化失效概率和偶然故障概率，得到电力变压器的综合时变运行故障概率；

s3.利用综合气象风险指数修正电力变压器的综合时变运行故障概率，得到考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估模型。

进一步地，所述步骤s1具体包括：

s101.根据所研究地区的气象特征，选取相关的气象指标来描述天气状态对电力变压器运行状态带来的影响；

s102.计算各气象指标的权值，以确定各气象指标在综合评价中所能起到的作用大小；

s103.引入极端天气惩罚因子对各气象指标的权值进行修正，计算综合气象风险指数，以描述气象指标对电力变压器所带来的风险大小。

进一步地，所述气象指标包括：气温、相对湿度、雷电、降雨及污秽情况。

进一步地，利用熵权法计算所述各气象指标的权值通过对各气象指标熵值的计算来衡量指标信息量的大小，从而确保所建立的综合气象风险指标体系能反映绝大部分的原始信息。

进一步地，利用线性加权法计算所述综合气象风险指数。

进一步地，利用极端天气惩罚因子对所述综合气象风险指数进行修正，极端天气惩罚因子越大，表明气象指标恶劣程度越大，相应得到的综合气象风险指数也越大，其对电力变压器所带来的风险也越大。

进一步地，利用威布尔分布模型来描述电力变压器的正常老化风险，计算电力变压器的老化失效概率及其概率分布函数，从而对电力变压器的老化过程进行精确的失效分析和预测。

进一步地，利用马尔科夫模型来描述电力变压器的偶然故障风险，计算电力变压器的偶然故障概率，以客观准确地评估电力变压器的可靠性。

进一步地，利用全概率公式综合电力变压器的老化失效概率和偶然故障概率，计算得到电力变压器的综合时变运行故障概率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明所提供的一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法，量化了对电力变压器稳定运行有较大影响的气象指标，在对电力变压器的老化过程进行精确的失效分析和预测以及客观准确地评估电力变压器的可靠性的基础上，并利用所得到的综合气象风险指数优化了计及正常老化和偶然故障的变压器故障停运模型，进一步得到考虑天气因素的时变停运风险模型，使电力变压器的风险评估更为准确。

本发明所建立的电力变压器时变停运风险评估模型是气象指标、服役时间、实时运行参数的函数的综合衡量，与传统模型相比，不仅反映了时间累积效应和实时运行条件对变压器故障率的影响，而且能计及不同天气情况，全面感知不同故障机理主导下变压器的综合时变故障概率。

附图说明

图1是本发明方法之步骤的流程图；

图2是本发明方法之步骤的另一流程图；

图3是利用熵权法计算各气象指标的权值的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法，包括以下步骤：

s1.建立影响电力变压器运行状态的综合气象风险指标体系。具体为根据所研究地区的气象特征，选取相关的气象指标来描述天气状态对电力变压器运行状态带来的影响；然后计算各气象指标权重；计算综合气象风险指数，并引入极端天气惩罚因子对权值进行修正。

s2.根据电力变压器的老化失效概率和偶然故障概率，得到电力变压器的综合时变运行故障概率。具体为分别计算电力变压器的老化失效概率和偶然故障概率，并利用全概率公式得到电力变压器的停运概率。

s3.利用综合气象风险指数修正电力变压器的综合时变运行故障概率，得到考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估模型。

图2为本发明方法之步骤的另一流程图，是本发明的一种考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估方法的进一步实现。

在步骤s101中，根据所研究地区的气象特征，选取相关的气象指标来描述天气状态对电力变压器运行状态带来的影响。根据历史统计选取对变压器运行状态影响较大的指标，包括：气温、相对湿度、雷电、降雨及污秽情况。

在步骤s102中，计算各气象指标的权值，以确定各气象指标在综合评价中所能起到的作用大小。图3是利用熵权法计算各气象指标的权值的流程图，利用信息熵理论来客观地量化天气风险因素，其熵值计算公式为：

其中，ei为多属性的气象特征熵值；d为总月数或者总共时间段数；yi,j为归一化后的某属性的气象因子值。

根据各指标提供的有效信息不同来确定相应的权重，通过对各气象指标熵值的计算来衡量指标信息量的大小，从而确保所建立的综合气象风险指标体系能反映绝大部分的原始信息。其权值计算公式如式(2)所示：

其中，wi为每个气象因子的熵的权重；

在步骤s103中，引入极端天气惩罚因子对各气象指标的权值进行修正，计算综合气象风险指数，以描述气象指标对电力变压器所带来的风险大小。利用线性加权法计算综合气象风险指标，并利用极端天气惩罚因子对其进行修正，计算公式如式(3)所示：

其中，f为极端天气惩罚因子修正过后的综合气象风险指数；ri,j为气象指标是否越限的判断变量，δs,i为气象指标i的设定阈值，若气象指标大于等于δs,i，则ri,j＝1，若气象指标小于δs,i，则ri,j＝0；βi为天气恶劣程度调整因子，默认取值1。气象指标恶劣程度越大，对应的惩罚力度也就越大，响应的综合气象风险指数f也越大，其对变压器所带来的风险也相应更大。

在步骤s104中，采用威布尔分布来描述电力变压器的老化过程，得到其老化失效概率为式(5)所示：

其中，pa为变压器老化失效的概率；t为变压器服役时间；η为变压器寿命；α为形状参数。利用威布尔分布模型来描述电力变压器的正常老化风险，计算得到电力变压器的老化失效概率及其概率分布函数，从而对电力变压器的老化过程进行精确的失效分析和预测。

在步骤s105中，采用马尔科夫模型描述电力变压器的偶然失效过程，建立包括运行状态和故障状态的两状态模型，求解变压器瞬时状态概率。建模过程中用0表示运行状态，1表示故障状态，得到变压器运行状态概率和故障状态概率：

其中，fλ和fμ分别为变压器的故障率和修复率。

近而根据变压器的运行状态概率和故障状态概率，客观准确地评估电力变压器的可靠性。

在步骤s106中，利用全概率公式将正常老化和偶然故障模型综合，计算得到电力变压器综合时变运行故障概率pb。

在步骤s107中，利用在步骤s103中得到的基于极端天气惩罚因子的综合气象指数来修正在步骤s106中得到的综合时变故障模型，得到考虑天气因素的电力变压器时变停运风险评估模型，计算公式如：

其中，pb为综合老化模型和偶然故障模型得到的初始故障概率；p为基于实时天气状态下修正后的变压器故障率；δμ为变压器的综合气象风险指数最低阈值，当f＜δμ时，变压器故障率受天气因素影响较小，不考虑天气对变压器故障率的影响；z、ω、δμ为相关参数，根据具体情况进行计算。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。