一种基于模糊综合评价的变电站设备状态的评估方法与流程

[0001]
本发明涉及电力工程领域的变电站设备状态评估方法领域，更具体地，涉及一种基于模糊综合评价的变电站设备状态的评估方法。


背景技术：

[0002]
随着变电站的不断发展，其采用的传感器、电子、信息、控制和软件技术构成了统一的应用平台。目前变电站除了原有的主系统控制、保护和监测功能外，还能提供更多的信息，如动态性能检测、系统老化和动态容量等。而变电站性能的提高对变电站的可靠性提供了更高的要求，维护方案也发生了巨大的改变。从维护成本的角度来考虑，计划维护和事后维护的工作量较大而且成效不显著，在线监测系统和状态信息管理系统确保了从计划维护过渡到下一阶段的状态检修。
[0003]
层次分析法是构建层次分析结构，需要分解评价的指标，直到达到具体的评价指标层。首先根据查阅相关资料及专家意见对需要评价的指标进行两两比较确定成对比较矩阵，求取矩阵的最大特征值及对应的特征向量，经过归一化处理后得到评估变电站的综合评价系数。但由于层次分析法在评估过程中受主观因素影响较大，导致得出的结果缺少说服力，严重情况下甚至导致评估结果的错误。
[0004]
熵权法是一种客观赋权方法，它充分利用原始数据提供的信息，在实践应用中是一种简单可行的方法。在数据矩阵中，某项指标值的差异程度越大，信息熵越小，则该指标的权重越大；反之，某项指标的差异程度越小，信息熵越大，则该指标的权重越小。但由于客观权重法的原始数据来源于各指标的实际数据，切断指标权重主观性的来源，使权重具有绝对的客观性，计算出来的结果可能与实际情况相差较大。
[0005]
为了解决上述问题，权重的确定应该是评价指标客观信息与评价者主观判断的综合反映，把各评价指标的主客观权重进行综合，才能正确地反映出各指标的实际权重。在实践中，人们往往采用线性加权组合法来确定评价指标的权重，针对实际情况选取合适的偏好系数，应用线性加权组合公式，计算最终评价指标权重。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供一种基于模糊综合评价的变电站设备状态的评估方法，该方法基于由半梯形和三角形组成的隶属函数，形状简单，计算方便，计算结果较为精确。
[0007]
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
[0008]
一种基于模糊综合评价的变电站设备状态的评估方法，包括以下步骤：
[0009]
s1：选取用于评估变电站的设备层及设备层下的一级指标和二级指标，其中设备层包括变压器、断路器、隔离开关和互感器；
[0010]
s2：建立变电站评估状态集v，v＝{v1,v2,v3,v4}，其中v1,v2,v3,v4分别代表评估状态为正常状态、注意状态、异常状态、严重状态；
[0011]
s3：构建各一级指标相对于设备层和各二级指标相对于一级指标的成对比较矩
阵，计算成对比较矩阵的最大特征值和对应的特征向量，进行归一化得到主观权重值α
j
，对所得到的权重值进行一致性检验；
[0012]
s4：对各个指标数据进行标准化处理，求解各个指标的信息熵，通过信息熵确定各个指标的客观权重值β
j
；
[0013]
s5：采用线性加权组合法把各指标的主、客观权重进行综合，得到最终评价权重值；
[0014]
s6：根据专家对各二级指标的评价结果，利用选取的隶属度函数建立模糊关系矩阵，通过最终权重值和模糊关系矩阵获取模糊综合评价结果，进而确定变电站设备状态的评价结果。
[0015]
进一步地，所述步骤s1中，变压器所对应的一级指标包括电气试验特性指标、油中溶解气体指标、绝缘油特性指标、其他因素指标；其中电气试验特性指标所包括的二级指标有绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、介损值；油中溶解气体指标所包括的二级指标有h2体积分数、c2h2体积分数、总烃相对产气速率、co相对产气速率；绝缘油特性指标所包含的二级指标有油的介质损耗、油中微水质量分数、击穿电压；其他因素指标所包含的二级指标有容载比、负载率、环境因素、检修记录；
[0016]
所述步骤s1中，断路器所对应的一级指标包括开断磨损指标、运行参数指标、绝缘介质指标、其他因素指标；其中开断磨损指标所包含的二级指标有磨损程度、开断次数、使用年数；运行参数指标所包含的二级指标有时间参数、速度参数、导电回路电阻；绝缘介质指标所包含的二级指标有气体压力、微水含量、矿油含量；其他因素指标所包含的二级指标有工作环境、外观情况、维修记录、生产厂家；
[0017]
所述步骤s1中，隔离开关所对应的一级指标包括分合程度、电导元件、传动部件、瓷瓶、二次元件故障情况；所述步骤s1中，互感器所对应的一级指标包括h2的相对含量、ch4的相对含量、c2h2的相对含量、c2h4的相对含量、c2h6的相对含量。
[0018]
进一步地，所述步骤s4中，所述的指标数据标准化是对于给定的k个一级指标x1，x2，
…
，x
k
，其中x
i
＝{x1，x2，
…
x
n
}；
[0019]
假设对各项指标标准化后的值为y1，y2，
…
，y
k
，那么
[0020]
所述的求解各指标信息熵的计算公式为其中，如果p
ij
＝0，则定义
[0021]
所述的通过信息熵确定各个指标的客观权重值的计算公式是：所述的通过信息熵确定各个指标的客观权重值的计算公式是：其中的e
i
为各个指标的信息熵。
[0022]
进一步地，所述步骤s5中，所述的线性加权组合法求取指标的综合权数w
j
的公式为w
j
＝δα
j
+(1-δ)β
j
，其中α
j
是层次分析法计算所得权重，β
j
是熵权法计算所得权重，δ为各评价指标主、客观权重的偏好系数。
[0023]
进一步地，所述步骤s6中，所述的利用隶属度函数建立模糊关系矩阵是采用由半梯形及三角形组合而成的隶属函数，所选隶属度函数为半梯形和三角形隶属度函数，函数为：
[0024]
正常状态v1：
[0025]
注意状态v2：
[0026]
异常状态v3：
[0027]
严重状态v4：
[0028]
x为各项指标的实际评分值。
[0029]
进一步地，所述步骤s6中，通过隶属度函数确定各指标相对于评价等级v的权重分配b＝(b1，b2，b3，b4)；
[0030]
当b1＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于正常状态，设备运行状态值在规定值内，设备可正常运行”；
[0031]
当b2＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于注意状态，设备运行状态值有接近规定值的趋势，应当对设备采取监视措施”；
[0032]
当b3＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于异常状态，设备的运行状态数值w及接近或者超过规定的数值，在必要时应该安排检修工作”；
[0033]
当b4＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于严重状态，设备的运行状态数值严重超过规定数值，应该尽快安排维护人员进行检修”。
[0034]
进一步地，所述步骤s6中，将评价结果转化为分值进行分析：
[0035]
设评语集v＝{正常，注意，异常，严重}＝{100，70，40，0}，则各指标的分值为：
[0036]
u1＝b
11
*100+b
12
*70+b
13
*40+b
14
*0
[0037]
u2＝b
21
*100+b
22
*70+b
23
*40+b
24
*0
[0038]
u3＝b
31
*100+b
32
*70+b
33
*40+b
34
*0
[0039]
u4＝b
41
*100+b
42
*70+b
43
*40+b
44
*0
[0040]
u＝b1*100+b2*70+b3*40+b4*0
[0041]
通过上述计算出来的u值及相应设备的评估结果，为变电站设备的检修提供有效的检修计划，并根据最终评价结果确定变电站的实际运行状态。
[0042]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0043]
本发明建立变电站设备状态评估的多指标评估模型，由设备层、一级指标层、二级指标层逐级递进，评估结果更加全面精确；基于线性加权组合法，对指标层的主、客观权重进行综合，减少了主观因素对评价结果的影响，使评估结果更加具有客观性；基于由半梯形和三角形组成的隶属函数，形状简单，计算方便，计算结果较为精确。
附图说明
[0044]
图1为本发明方法流程图；
[0045]
图2为对变电站评估模型选取设备层、一级指标和二级指标的层次结构图。
具体实施方式
[0046]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0047]
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0048]
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0049]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0050]
如图1所示，一种基于模糊综合评价的变电站设备状态的评估方法，包括以下步骤：
[0051]
步骤1：选取用于评估变电站的设备层及设备层下的一级指标和二级指标，其中设备层包括变压器、断路器、隔离开关和互感器；
[0052]
变压器所对应的一级指标包括电气试验特性指标、油中溶解气体指标、绝缘油特性指标、其他因素指标；其中电气试验特性指标所包括的二级指标有绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、介损值；油中溶解气体指标所包括的二级指标有h2体积分数、c2h2体积分数、总烃相对产气速率、co相对产气速率；绝缘油特性指标所包含的二级指标有油的介质损耗、油中微水质量分数、击穿电压；其他因素指标所包含的二级指标有容载比、负载率、环境因素、检修记录；
[0053]
断路器所对应的一级指标包括开断磨损指标、运行参数指标、绝缘介质指标、其他因素指标；其中开断磨损指标所包含的二级指标有磨损程度、开断次数、使用年数；运行参数指标所包含的二级指标有时间参数、速度参数、导电回路电阻；绝缘介质指标所包含的二级指标有气体压力、微水含量、矿油含量；其他因素指标所包含的二级指标有工作环境、外观情况、维修记录、生产厂家；
[0054]
隔离开关所对应的一级指标包括分合程度、电导元件、传动部件、瓷瓶、二次元件故障情况；
[0055]
互感器所对应的一级指标包括h2的相对含量、ch4的相对含量、c2h2的相对含量、c2h4的相对含量、c2h6的相对含量。
[0056]
步骤2：建立变电站评估状态集v，v＝{v1，v2，v3，v4}，其中v1，v2，v3，v4分别代表评估状态为正常状态、注意状态、异常状态、严重状态，具体各状态参量与变电站状态的关系如表1所示。
[0057]
表1各状态参量与变电站状态的关系
[0058][0059]
步骤3：构建各一级指标相对于设备层和各二级指标相对于一级指标的成对比较矩阵，计算成对比较矩阵的最大特征值和对应的特征向量，进行归一化得到主观权重值α
j
，对所得到的权重值进行一致性检验。
[0060]
步骤3.1：以a为目标，u
i
、u
j
(i，j＝1，2，
···
，n)代表因素，u
ij
表示u
i
对u
j
的相对重要程度，判断矩阵中的元素用t.l.sataty1-9标度法表示不同元素两两比较的结果，即a
ij
的取值，如表2所示：
[0061]
表2 t.l.sataty1-9标度法取值及其含义
[0062][0063]
步骤3.2：确定各级指标的成对比较矩阵a，计算成对比较矩阵a的最大特征值及其对应的特征向量，将其归一化后得到向量：
[0064]
w＝(w1，w2，
…
w3)
[0065]
步骤3.3：在建立成对比较矩阵的过程中，矩阵的阶数和主观思维的差异性会对所建立的矩阵产生一定的影响，因此需要对初始相对权重值进行一致化校验。一致化校验公式为：
[0066]
cr＝ci/ri
[0067]
式中，ci为成对比较矩阵a的一般一致性偏离程度指标，由ci＝(λ
max-n)/(n-1)计算得出，λm
ax
为a的最大特征值；ri为成对比较矩阵a的平均随机一致性指标，用以消除矩阵阶数的影响，ci值进行修正，其取值如表2所示；cr为成对比较矩阵a的随机一致性比率。
[0068]
一般情况下，在n≥3的情况下，当0＜cr＜0.10时，说明成对比较矩阵一致性偏离程度较小，各指标所分配的权重值合理；反之，需按表3重新调整成对比较矩阵取值，直到一致性达到满意的程度为止。
[0069]
表3 1-11阶成对比较矩阵的ri值
[0070][0071]
步骤4：对各个指标数据进行标准化处理，求解各个指标的信息熵，通过信息熵确定各个指标的客观权重值β
j
。
[0072]
步骤4.1：对各个指标数据进行标准化处理，对于指标层给定的k个指标，如x1、x2、
…
、xk，其中x
i
＝{x1，x2，
…
，x
n
}。假设对各项指标标准化后的值为y1、y2、
…
、y
k
，那么标准化公式为：
[0073][0074]
步骤4.2：求各指标的信息熵，信息熵的计算公式为：
[0075][0076]
其中如果p
ij
＝0，则定义
[0077]
步骤4.3：根据信息熵的计算公式，求各个指标的信息熵为e1、e2、
…
、e
k
。通过信息熵计算各指标的权重公式为：
[0078][0079]
步骤5：采用线性加权组合法把各指标的主、客观权重进行综合，得到最终评价权重值。
[0080]
线性加权组合法求取指标的综合权数w
j
的公式为：
[0081]
w
j
＝δα
j
+(1-δ)β
j
，j＝1，2，
…
，n
[0082]
其中α
j
是层次分析法计算所得权重，β
j
是熵权法计算所得权重，δ为各评价指标主、客观权重的偏好系数。其中为了方便计算，取δ＝0.5，即综合权重是主观权重与客观权重的算术平均值。
[0083]
步骤6：根据专家对各二级指标的评价结果，利用选取的隶属度函数建立模糊关系矩阵，通过最终权重值和模糊关系矩阵获取模糊综合评价结果，进而确定变电站设备状态的评价结果。
[0084]
步骤6.1：所选隶属度函数为半梯形和三角形隶属度函数，函数为：
[0085]
正常状态v1：
[0086]
注意状态v2：
[0087]
异常状态v3：
[0088]
严重状态v4：
[0089]
在本实施例中，x为各项指标的实际评分值。
[0090]
步骤6.2：通过隶属度函数确定各指标相对于评价等级v的权重分配b＝(b1，b2，b3，b4)：
[0091]
当b1＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于正常状态，设备运行状态值在规定值内，设备可正常运行”；
[0092]
当b2＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于注意状态，设备运行状态值有接近规定值的趋势，应当对设备采取监视措施”；
[0093]
当b3＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于异常状态，设备的运行状态数值w及接近或者超过规定的数值，在必要时应该安排检修工作”；
[0094]
当b4＝max{b1，b2，b3，b4}时，评价结论为“变电站属于严重状态，设备的运行状态数值严重超过规定数值，应该尽快安排维护人员进行检修”。
[0095]
步骤6.3：将评价结果转化为分值进行分析
[0096]
设评语集v＝{正常，注意，异常，严重}＝{100，70，40，0}，则各指标的分值为：
[0097]
u1＝b
11
*100+b
12
*70+b
13
*40+b
14
*0
[0098]
u2＝b
21
*100+b
22
*70+b
23
*40+b
24
*0
[0099]
u3＝b
31
*100+b
32
*70+b
33
*40+b
34
*0
[0100]
u4＝b
41
*100+b
42
*70+b
43
*40+b
44
*0
[0101]
u＝b1*100+b2*70+b3*40+b4*0
[0102]
通过上述计算出来的u值及相应设备的评估结果，为变电站设备的检修提供有效的检修计划，并根据最终评价结果确定变电站的实际运行状态。
[0103]
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
[0104]
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0105]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。