一种电气故障检测装置多维度定量选型方法与流程

本发明涉及电气故障检测的技术领域，更具体地，涉及一种电气故障检测装置多维度定量选型方法。

背景技术

供电系统中一旦出现接线方式错误、连接组件松动或极端气候条件等，便会引发电气故障，其高热特性会造成严重的爆炸火灾事故，危及系统、设备和人员安全。因此，电气故障检测装置是保障供电系统安全运行的重要组成部分。对于不同的电气故障有着不同的技术标准，即便是对于发生于交、直流系统的同一种电气故障，也有着不相同的技术指导标准。在相关标准明确提出了电气故障检测装置的一般要求后，一大批国内外相关技术研究部门和继电保护设备制造企业便会研发出大量的电气故障检测装置。目前，即便针对某种特定的电气故障，市面上也有着琳琅满目的电气故障检测装置，但不同场景对电气故障检测装置的要求不同，工程上迫切的电气故障防治需求要求能够快速、合理地选择最高性价比的电气故障检测装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电气故障检测装置多维度定量选型方法，建立多维度定量选型体系，确保在市场上众多的电气故障检测装置中筛选出最优的个体，针对性地匹配所服务的供电系统特点，以实现最优电气故障检测效果和最佳检测装置运行性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种电气故障检测装置多维度定量选型方法，包括以下步骤：

步骤一：根据供电系统中的电流性质划定n个电气故障检测装置待选集d＝{d1，d2…dn}；

步骤二：按照考察的m个维度指标，输入n*m二维参数矩阵p和选型模式代码m；

步骤三：对矩阵p按行读取依次经过各指标函数fi(i＝1,2…m)计算，得到对应大小的二维指标矩阵i；

步骤四：按照所选定的选型模式代码m匹配各指标所属权重，形成权重列向量，加权形成结果列向量r；

步骤五：比较所得结果列向量内各元素值大小，若最大元素有且仅有一个，则输出最大元素值所处的行号，结束本次选型；若最大元素存在不止一个，则锁定当前权重列向量中最大元素所在行号l，比较指标矩阵i中这些最大元素所在行的第l列元素值，若最大元素有且仅有一个，则输出最大元素值所处的行号，结束本次选型；若最大元素仍存在不止一个，则按权重列向量中元素从大到小的顺序，依次对指标矩阵中这些最大元素所在行进行比较，直至定位出唯一的最大元素为止，输出该最大元素值所处的行号，结束本次选型。

本发明的电气故障检测装置多维度定量选型方法，基于多维度输入参数和指标函数得到相应指标行向量，所有待选的电气故障检测装置进行上述并行运算得到相应指标矩阵，基于选型模式代码匹配各指标所属的权重列向量，基于指标矩阵和权重列向量加权计算形成最终结果列向量，按权重列向量中元素从大到小的顺序循环迭代比较直至获得唯一的最大元素值，对应确定所选择的电气故障检测装置。本发明通过综合多维度定量指标形成装置选型体系，有效解决了电气故障检测装置与供电系统最佳匹配的问题，提升了供电系统安全经济运行的能力，该体系还兼有易拓展的维度接口，扩大了供电场景的适用范围。

优选地，步骤二中，所述维度指标包括可靠维度、快速维度、灵敏维度、能效维度、经济维度以及体积维度。多维度指标在大类分层上分为装置功能和工程实用两个维度，在小类分层上具体地分为可靠、快速、灵敏、能效、经济、体积六个维度。其中，考虑到所使用的电气故障检测装置在相应供电系统中数量众多的前提下，能效指标的引入从根源上控制了各供电场景下检测装置的能效需求，符合节能减排政策的宏观要求；经济指标的引入则从根源上控制了各供电场景下检测装置的投入成本，大幅降低了工程投入成本。本发明基于多维度指标综合的思想可最大限度地掌握检测装置和供电系统各自的特点，显著提升电气故障检测装置选型的合理性和对相应供电场景的适用性；维度个数决定了二维参数矩阵的列数。

优选地，所述可靠维度的指标函数依据装置对电气故障辨识的准确程度构造，使得拒动率和误动率最低的电气装置输出指标值最大，可靠维度的指标函数的构造原则为：f1(a,b)＝1.5/(a+b+1)-0.5，其中，a表示拒动率，b表示误动率，f1(a,b)，a，b∈[0,1]。

优选地，所述快速维度的指标函数依据装置对电气故障辨识的速度快慢构造，使得故障检出时间最短的电气装置输出指标值最大，快速维度的构造原则为：f2(t)＝1.2^(-t)，其中，t表示故障检出时间，计量单位为s，f2(t)∈(0,1)，t∈(0,60]。

优选地，所述灵敏维度的指标函数依据装置对主要作用因素下电气故障辨识的准确程度构造，基于不同故障因素在当下供电场景中出现的统计学概率ck(kmax＝n，n为所考虑的故障因素总数，)为每一种故障因素下的故障正确检出率配置系数，所构造的指标函数使得当下所考虑供电场景主要故障因素下检出准确率最高的电气装置输出指标值最大，灵敏维度的指标函数构造原则为：其中，prk表示第k种故障因素下的故障检出正确率，f3(c,pr)∈[0,1]，prk∈[0,1]。

优选地，所述能效维度的指标函数依据电气故障检测装置运行过程中耗能多少构造，使得耗能最少的电气装置输出指标值最大，能效维度的指标函数的构造原则为：f4(p)＝cos(-0.03×log10(p)²+0.253×log10(p)+1.037)，其中，p表示装置消耗的有功功率，计量单位w，f4(p)∈(0,1)，p∈(0.001,10000)。

优选地，所述经济维度的指标函数依据电气故障检测装置的市场价格高低构造，使得成本最低的电气装置输出指标值最大，经济维度的指标函数的构造原则为：f5(s)＝0.026×log10(s)²-0.322×log10(s)+1，其中，s表示装置的采购价格，计量单位元，f5(s)∈(0,1)，s∈(1,1000000)。

优选地，所述体积维度的指标函数依据电气故障检测装置的体积大小构造，使得体积最小的电气装置输出指标值最大，体积维度的指标函数的构造原则为：f6(h,w,d)＝-1.111/(log10(h×w×d)+1)+1.111，其中，h、w、d分别表示装置的长、宽、高，计量单位mm，f6(h,w,d)∈(0,1)，h,w,d∈(1,1000)。

优选地，所述选型模式代码m取值为0～4之间的整数，所述权重列向量内所有元素之和为10。对高检测精度要求的场景而言，选型模式代码为0，权重列向量为[3,3,1,1,1,1]；对快检测速度要求的场景而言，选型模式代码为1，权重列向量为[2,2,3,1,1,1]；对经济高效要求苛刻的场景而言，选型模式代码为2，权重列向量为[2,2,1,2,2,1]；对体积要求苛刻的密闭或狭窄场景而言，选型模式代码为3，权重列向量为[2,2,1,1,1,3]；权重列向量亦可按场景需求自主设定，对应选型模式代码为4；权重列向量可随着维度指标个数的拓展而相应进行拓展，只需保证权重列向量内所有元素之和为10即可。

优选地，所述二维指标矩阵i、二维参数矩阵p是等维的，均具有m列；所述权重列向量与维度指标个数相同，具有m行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用多维度指标的方式构建不同供电场景下的电气故障检测装置选型体系，利用不同场景所侧重的基本维度提出基于模式赋予的静态权值策略，可最大限度地掌握检测装置和供电系统各自的特点，显著提升了电气故障检测装置选型的合理性和对相应供电场景的适用性；

(2)本发明在供电系统大量使用电气故障检测装置的背景下，通过选型从根源上控制各供电场景下检测装置的能效需求和经济成本，大幅增加经济效益；

(3)本发明所提出的各维度指标均是清晰的数学映射形式，可将各个不具有可比性的检测装置相关输入参数作量化处理，最终可明确进行多装置比较并判断出最优的选型结果；同时，各维度指标在一次性提交电气故障检测装置相关参数后便进行并行矩阵化运算，切实满足了工程上快速进行不同场景下装置选型的要求；

(4)本发明留有维度接口，具有易拓展的特点，方便满足某特定供电场景下的额外需求，针对该场景需要所凝练的相关指标可按本发明所述简便方式加入至选型体系中，令最终所选择的电气故障检测装置更加针对性地贴合该供电场景需要，拓宽了本发明的应用范围；

(5)本发明可进行便携式装置化实现，软件层面可逐一在触屏式人机界面输入待比较机型的指标需求参数，内部按照本发明所述的多指标数学表达、多维度综合定量判断等编程原理，最终在人机界面显示各机型的评分结果并给出推荐选型；硬件层面所使用的核心计算芯片在单片机层面，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的电气故障检测装置多维度定量选型方法的流程图。

图2为本发明实际装置化时的工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非紧紧局限于以下实施例，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明要求的保护范围之内。

实施例

如图1所示为本发明的电气故障检测装置多维度定量选型方法的第一实施例，包括以下步骤：

步骤一：根据供电系统中的电流性质划定n个电气故障检测装置待选集d＝{d1，d2…dn}；

对于所考虑的同一种电气故障而言，其在交、直流系统中表现的电气特性往往不同，相关电气装置需要采用不同的检测技术完成相关任务，因而市场上有着不同的技术指导标准。在满足特定供电系统技术标准约束的前提下，将国内外相关技术研究部门和继电保护设备制造企业研发出的所有电气故障检测装置列明，形成电气故障检测装置待选集。此处电气故障检测装置个数决定了下述二维参数矩阵的行数。

步骤二：按照考察的m个维度指标，在选型界面输入当前供电场景所属的选型模式代码、不同故障因素出现的统计学概率序列和二维参数矩阵；所属多维度指标在大类分层上分为装置功能和工程实用两个维度，在小类分层上具体地分为可靠、快速、灵敏、能效、经济、体积六个维度。

其中，考虑到所使用的电气故障检测装置在相应供电系统中数量众多的前提下，能效指标的引入从根源上控制了各供电场景下检测装置的能效需求，符合节能减排政策的宏观要求；经济指标的引入则从根源上控制了各供电场景下检测装置的投入成本，大幅降低了工程投入成本。对于每一个电气故障检测装置而言，需要依次录入上述六个维度函数的自变量信息(可以是单参数信息，也可以是多参数信息)，其可依据供电场景具体要求进行维度指标的拓展，令最终所选择的电气故障检测装置更加针对性地贴合该供电场景需要，极大地拓宽了本发明的应用范围。这种基于多维度指标综合的思想可最大限度地掌握检测装置和供电系统各自的特点，显著提升了电气故障检测装置选型的合理性和对相应供电场景的适用性，此处所述的维度个数决定了所述二维参数矩阵的列数。

另外，对当前供电系统的场景需求进行分析，录入对应的选型模式代码和不同故障因素出现的统计学概率序列。选型模式代码的输入赋予了各维度所属的静态权值，因而权重列向量的元素与前述的指标维度个数是一致的。本实施例的选型模式代码m取值为0～4之间的整数，对高检测精度要求的场景而言，选型模式代码为0，权重列向量为[3,3,1,1,1,1]；对快检测速度要求的场景而言，选型模式代码为1，权重列向量为[2,2,3,1,1,1]；对经济高效要求苛刻的场景而言，选型模式代码为2，权重列向量为[2,2,1,2,2,1]；对体积要求苛刻的密闭或狭窄场景而言，选型模式代码为3，权重列向量为[2,2,1,1,1,3]；权重列向量亦可按场景需求自主设定，对应选型模式代码为4；权重列向量可随着维度指标个数的拓展而相应进行拓展，只需保证权重列向量内所有元素之和为10即可。

本实施例还需录入不同故障因素出现的统计学概率序列ck(k＝1,2…n)，由此为每一种故障因素下的故障正确检出率配置系数，为后续灵敏度指标的计算奠定基础。

步骤三：对矩阵p按行读取依次经过各指标函数fi(i＝1,2…m)计算，得到对应大小的二维指标矩阵i；

指标函数自变量个数可以是一个，也可以是多个，其个数的确定依赖于所考察维度涉及的装置参数信息量。这里的快速指标函数、能效指标函数、经济指标函数便是单变量函数，而可靠指标函数、灵敏指标函数、体积指标函数是多元函数。函数所输出的因变量数值则控制在0到1之间，相当于通过各指标函数的数学映射将参数矩阵按行进行归一化处理，由此便于进行后续的加权判断过程。函数的构造原则以工程要求为导向，本发明仅给出典型的函数表达形式以供实际使用。

所述可靠维度的指标函数依据装置对电气故障辨识的准确程度构造，所构造的指标函数使得拒动率和误动率最低的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造可靠维度的指标函数：f1(a,b)＝1.5/(a+b+1)-0.5，其中，a表示拒动率，b表示误动率，f1(a,b)，a，b∈[0,1]。

所述快速维度的指标函数依据装置对电气故障辨识的速度快慢构造，所构造的指标函数使得故障检出时间最短的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造快速维度的指标函数：f2(t)＝1.2^(-t)，其中，t表示故障检出时间，计量单位s，f2(t)∈(0,1)，t∈(0,60]。

所述灵敏维度的指标函数依据装置对主要作用因素下电气故障辨识的准确程度构造，基于不同故障因素在当下供电场景中出现的统计学概率ck(kmax＝n，n为所考虑的故障因素总数，)为每一种故障因素下的故障正确检出率配置系数，所构造的指标函数使得当下所考虑供电场景主要故障因素下检出准确率最高的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造灵敏维度的指标函数：其中，prk表示第k种故障因素下的故障检出正确率，f3(c,pr)∈[0,1]，prk∈[0,1]。

所述能效维度的指标函数依据电气故障检测装置运行过程中耗能多少构造，所构造的指标函数使得耗能最少的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造能效维度的指标函数：f4(p)＝cos(-0.03×log10(p)²+0.253×log10(p)+1.037)，其中，p表示装置消耗的有功功率，计量单位w，f4(p)∈(0,1)，p∈(0.001,10000)。

所述经济维度的指标函数依据电气故障检测装置的市场价格高低构造，所构造的指标函数使得成本最低的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造经济维度的指标函数：f5(s)＝0.026×log10(s)²-0.322×log10(s)+1，其中，s表示装置的采购价格，计量单位元，f5(s)∈(0,1)，s∈(1,1000000)。

所述体积维度的指标函数依据电气故障检测装置的体积大小构造，所构造的指标函数使得体积最小的电气装置输出指标值最大，具体地，基于以下原则构造体积维度的指标函数：f6(h,w,d)＝-1.111/(log10(h×w×d)+1)+1.111，其中，h、w、d分别表示装置的长、宽、高，计量单位mm，f6(h,w,d)∈(0,1)，h,w,d∈(1,1000)。

可以看出，所提出的各维度指标均是清晰的数学映射形式，可将各个不具有可比性的检测装置相关输入参数作量化处理，最终可明确进行多装置比较并判断出最优的选型结果，同时，这里的各维度指标在一次性提交电气故障检测装置相关参数后便进行并行矩阵化运算，切实满足了工程上快速进行不同场景下装置选型的要求。

步骤四：按照所选定的选型模式代码m匹配各指标所属权重，形成权重列向量，加权形成结果列向量r；

上述的指标矩阵与参数矩阵是等维的，均具有m列，而步骤二提及权重列向量与考虑的维度个数相同，也是m个，故而权重列向量具有m行，两者可以进行矩阵乘法处理，最终得到n行的结果列向量。此时每一行所对应的结果元素便是之前所选择的电气故障检测装置对应的分数。之前定义的各维度函数值域最大在1以内，而无论选型模式代码是多少，权重列向量所有元素之和永远为10，故而任一电气故障检测装置最高得分便是10。

步骤五：比较所得结果列向量内各元素值大小，若最大元素有且仅有一个，则输出最大元素值所处的行号，结束本次选型；若最大元素存在不止一个，则锁定当前权重列向量中最大元素所在行号l，比较指标矩阵i中这些最大元素所在行的第l列元素值，若最大元素有且仅有一个，则输出最大元素值所处的行号，结束本次选型；若最大元素仍存在不止一个，则按权重列向量中元素从大到小的顺序，依次对指标矩阵中这些最大元素所在行进行比较，直至定位出唯一的最大元素为止，输出该最大元素值所处的行号，结束本次选型。

本实施例还对结果列向量中最大元素不唯一进行举例说明：

假设待选型装置个数为50个(那么结果列向量行数便为50，也即有50个分数输出)，结果列向量中有5个均为最大值，所选择的选型模式代码为1。这说明经过上述多维度定量选型方法，有5个电气故障检测装置所具备的总体性能相差不大，均能满足该场景下的检测性能和环境匹配等工程需求。但本发明所述的选型方法最终给出的推荐选型是唯一的，所以此时便需要按照步骤五进行进一步判断。当前选型模式下对应的权重列向量为[2,2,3,1,1,1]，其更为侧重灵敏指标，故而回望到指标矩阵中的第三列，比较上述五行的五个元素做出下一步决策。假设这5个元素中还有2个元素是一致的最大值，这说明经过灵敏维度指标函数的定量计算，有2个电气故障检测装置所具备的灵敏性能相差不大，均能满足该场景要求最为严格的灵敏性能需求。那么则按权重列向量中元素从大到小的顺序再进行一次前述判断过程，这里的可靠和快速维度指标函数占比相同，故而按从上到下的次序依次进行，也即对指标矩阵先进行第一列的判断，若第一列中上述两行的两个元素仍旧一致，则再进行第二列相应两行两元素大小的判断，最终按两元素中最大元素所处行号给出推荐选型。

综上，本发明的电气故障检测装置多维度定量选型方法，基于多维度输入参数和指标函数得到相应指标行向量，所有待选的电气故障检测装置进行上述并行运算得到相应指标矩阵，基于选型模式代码匹配各指标所属的权重列向量，基于指标矩阵和权重列向量加权计算形成最终结果列向量，按权重列向量中元素从大到小的顺序循环迭代比较直至获得唯一的最大元素值，对应确定所选择的电气故障检测装置。本发明通过综合多维度定量指标形成装置选型体系，确保在市场上众多的电气故障检测装置中筛选出最优的个体，针对性地匹配所服务的供电系统特点，可有效解决了电气故障检测装置与供电系统最佳匹配的问题，提升了供电系统安全经济运行的能力，实现最优电气故障检测效果和最佳检测装置运行性能。此外，该体系还兼有易拓展的维度接口，扩大了供电场景的适用范围。

作为另一实施例，本发明的电气故障检测装置多维度定量选型方法可进行便携式装置化实现，软件层面可逐一在触屏式人机界面输入待比较机型的指标需求参数等相关信息，内部按照本发明所述的多指标数学表达、多维度综合定量判断等编程原理进行计算，最终在人机界面反馈各机型的评分结果并给出推荐选型，如图2所示。