一种低压配网设备检修顺序评估方法与流程

1.本发明涉及电网运维技术领域，更具体地，涉及一种低压配网设备检修顺序评估方法。


背景技术：

2.0.4kv低压配电网络作为联系供电公司与用户的桥梁，具有接入设备类型繁多，网络拓扑结构复杂，产生数据海量的特点，基于此，对0.4kv低压配网的智能自动化改造受限于建设成本和建设复杂度，长期以来难以开展，甚至被忽视。在大部分地区的0.4kv低压配电台区中，配网采集数据还停留在仅反应用户用电信息的阶段，无法反应设备异常状态，故障报修告警仍主要采用热线电话进行，长期存在故障感知不全面、故障原因不明确、业务响应周期长的问题。由于缺乏全面的低压配网感知网络建设，运维部门难以获取明确的低压配网设备运行状态，阻碍了巡检计划及设备检修计划的制定，造成巡检和检修资源配置不合理和资源浪费的问题。
3.0.4kv低压配网智能化改造难以实现的根本原因之一在于其接收设备量大，数据量多，采用主流的集中式云平台架构，将会产生可观的数据流量资费，且会给云平台造成巨大的高资源占用率。近年来，分布式边缘计算架构的发展，为0.4kv低压配网智能化改造提供了新的思路，区别于传统的集中式云平台架构，分布式的边缘计算架构将业务处理功能下沉至用户就近侧，可就地完成数据采集、数据处理、业务分析等功能，减少了与云平台原始数据上送、业务处理、再到结果传输过程所需的时延，提高了实时性和可靠性。
4.低压配网接入设备种类多样，数量巨大，多设备并发故障的概率大，因此，需要在边缘计算终端中配置可用可靠的设备检修顺序安排业务，有效识别低压配网设备的异常运行状态，在检修资源有限的情况下，合理安排设备的检修顺序，避免高程度受损设备得不到及时修复而报废，低程度受损设备过度检修问题的发生。中国专利cn107832971a公开了一种基于scada和oms系统的电网指标评估方法；其为调度运行人员提供实时运行状态评估结果，从而有效地提高调度运行人员对电网的实际监控；但是其不能合理安排设备的检修顺序，导致高程度受损设备得不到及时修复而报废，而低程度受损设备过度检修问题的发生，使设备的检修效率不高。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述背景技术所述的不能合理安排设备的检修顺序，导致高程度受损设备得不到及时修复而报废，而低程度受损设备过度检修问题的发生，使设备的检修效率不高的问题，提供一种低压配网设备检修顺序评估方法。本发明在检修资源有限的情况下，合理安排设备的检修顺序，避免高程度受损设备得不到及时修复而报废，低程度受损设备过度检修问题的发生。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低压配网设备检修顺序评估方法，包括以下步骤：
7.s1、基于g1法确定设备指标体系中各指标的主观权重；
8.s2、基于critic法确定设备指标体系各指标的的实际客观权重；
9.s3、根据所述主观权重和所述实际客观权重，采用理想点法确定组合权重；
10.s4、根据设备指标体系中的每个指标的指标数据及对应的组合权重，计算各设备的状态评估值，对所有得到状态评估值进行排序，确定各设备的检修顺序。
11.进一步的，所述步骤s1包括：
12.s11、获得k位专家各自对设备指标体系中n项指标的重要度排序；
13.s12、获得每位专家根据其对设备指标体系中n项指标的重要性排序所提供的相对重要度序列；
14.s13、计算重要性最低的指标的主观权重，结合相对重要度序列得到所有指标的主观权重递减序列，将所述主观权重递减序列按照统一的指标顺序重新排序，得到每位专家的权重序列；
15.s14、对k位专家给出的k个主观权重进行加权，得到该低压配网设备n项指标的实际主观权重集合。
16.进一步的，其特征在于，所述步骤s11具体为：以第j位专家为例，设某类低压配网设备指标体系中，所有指标的统一排序为{x1,x2,
……
x
n
}，第j位专家选取其认为最重要的指标x
p
，记为x
j1
，放第一位，然后剔除该指标，从余下指标中选取最重要的指标，记为x
j2
，以此类推，可获取第j位专家对设备指标体系中n项指标的重要性递减的序关系为：
17.x
j1
＞x
j2
＞l＞x
jn
18.式中，x
jn
为第j位专家认为重要度最低的指标。
19.进一步的，所述步骤s12具体为：第j位专家提供x
j(i
‑
1)
与x
j(i)
的相对重要度赋值r
ji
(i＝2,3
……
n)；其中r
ji
的值越大，表示x
j(i
‑
1)
相对于x
j(i)
的重要程度越大；根据第2项指标后每一项指标的相对重要度赋值，得到相对重要度序列{r
j2
,r
j3
,
……
r
jn
}。
20.进一步的，所述步骤s13具体为：计算重要性最低的指标x
jn
的主观权重ω
jn
：
[0021][0022]
得到所有指标的主观权重递减序列{ω
j1
,ω
j2
,
……
ω
jn
}，将所述主观权重递减序列按照统一的指标顺序重新排序，得到第j位专家的权重序列
[0023]
进一步的，所述步骤s14具体为：对k位专家给出的k个主观权重进行加权，得到该低压配网设备n项指标的实际主观权重集合w＝{ω1,ω2…
ω
n
}，各指标的实际主观权重的计算公式如下：
[0024][0025]
式中，α
j
为第j位专家的影响力权重，为第j位专家对第i个指标给出的主观权重，ω
i
为第i个指标经加权后的实际主观权重。
[0026]
进一步的，所述步骤s2包括：
[0027]
s21、对于某类型设备指标体系中的n个指标，共获取m个该类型设备的各项指标数据，形成原始数据矩阵a：
[0028][0029]
对原始数据矩阵a中每列元素进行正向化无量纲化处理，即取值越大越好，将其值映射于[0,1]之间，其中，效益性指标无量纲化处理计算公式如下：
[0030][0031]
成本型指标无量纲化处理计算公式如下：
[0032][0033]
式中，b
ij
表示第i个设备第j个指标数据无量纲化处理后的结果，和分别为第j个指标的最大值和最小值；
[0034]
根据无量纲化处理后的结果，得到标准化矩阵b为：
[0035][0036]
s22、计算体现指标信息数据差异程度的变异系数，其计算公式如下：
[0037][0038]
式中，为第j个指标的变异系数，σ
j
为第j个指标的标准差，为第j指标的均值，σ
j
和的计算公式分别如下：
[0039][0040][0041]
s23、计算体现指标间关联程度的相关系数，计算公式如下：
[0042][0043]
式中，和分别为标准化矩阵b中第k个和第l个指标的均值，r
kl
表示第k个指标与第l个指标的相关系数；
[0044]
根据上式，求得相关系数矩阵r：
[0045][0046]
计算体现指标间独立程度的独立系数，其计算公式如下：
[0047][0048]
式中，η
j
表示第j个指标的独立系数；
[0049]
计算体现指标的所包含信息量的综合系数为，综合系数为变异系数和独立系数的乘积，计算公式如下：
[0050][0051]
式中，γ
j
为第j个指标的综合系数；
[0052]
基于n个指标的综合系数，可确定实际客观权重集合c＝{c1,c2,
…
c
n
}：
[0053][0054]
式中，c
j
为第j个指标的实际客观权重。
[0055]
进一步的，所述s3具体为：
[0056]
根据主观权重和实际客观权重，采用基于理想点法对每个指标进行权重整合，得到综合权重，其计算公式如下：
[0057][0058]
式中，z
j
为第j个指标的综合权重，
[0059]
得到设备指标体系中各指标的综合权重集合z＝{z1,z2,
…
z
n
}。
[0060]
进一步的，所述s4具体包括：
[0061]
s41、构建加权标准化矩阵：将得出的综合权重z与的标准化矩阵相乘，可得加权标准化矩阵y：
[0062][0063]
提取加权标准化矩阵y中每列的最大值和最小值，构成正理想解y
+
和y
‑
，其中，y
+
＝(y
1+
,y
2+
,
…
,y
n+
)，y
‑
＝(y1‑
,y2‑
,
…
,y
n
‑
)；
[0064]
s42、计算m个同类低压配网设备每项指标加权标准化数据到y
+
和y
‑
的欧氏距离d
i+
和d
i
‑
(i＝1,2,
…
m)：
[0065][0066][0067]
s43、基于加权标准化矩阵y，计算第i个设备的第j个评价指标关于正负理想解的灰色关联度系数t
ij+
和t
ij
‑
：
[0068][0069][0070]
式中，i＝1,2,
…
m；j＝1,2,
…
n；
[0071]
求解第i个设备与正负理想解的综合灰色关联系数为：
[0072][0073][0074]
s44、对欧式距离和灰色关联度系数进行无量纲化处理：
[0075][0076]
综合无量纲化的欧式距离和灰色关联度系数，计算各个设备与正负理想解的接近程度，定义为贴近度，贴近度的计算公式如下：
[0077][0078]
式中，表示第i个设备与正理想解的贴近度，表示第i个设备与负理想解的贴近度，c和v为欧式距离与灰色关联度系数的权重，c+v＝1，i＝1,2,
…
m；
[0079]
s45、计算各设备的相对贴近度，如下：
[0080][0081]
式中，i＝1,2,
…
m；表示第i个设备的相对贴近度；
[0082]
最后，对各待评估设备的相对贴近度取倒数，得到状态评估值，将状态评估值进行排序，得到各设备的检修安排顺序。
[0083]
优选的，所述s45中，将所述状态评估值按照降序的规律排序
[0084]
与现有技术相比，有益效果是：
[0085]
1.本发明构建多类型低压配网设备评价指标体系，采用改进critic
‑
g1法确定低压配网设备各指标的权重值，相较于传统的层次分析法和熵权法的组合权重法，本发明所
采用g1法无需建立复杂矩阵和进行一致性检验，建模过程简单，所采用的改进critic法综合考虑了数据的差异性和指标间的关联性问题，所得客观权重更合理。
[0086]
2.本发明采用topsis法评估设备的相对健康状态，用于制定设备检修顺序安排计划；在传统的topsis法基础上引入灰色关联度系数，可提供更多的设备状态与正负理想解关联程度的信息，消除了欧式距离评判解的优劣性的单一性问题，使得出的设备状态优劣排序更具合理性。
附图说明
[0087]
图1是本发明的整体流程示意图。
[0088]
图2是本发明中相对重要度r
ki
赋值参考示意图。
[0089]
图3是本发明中低压配网变压器评价指标体系。
[0090]
图4是本发明中低压配网开关柜评价指标体系。
[0091]
图5是本发明中低压配网馈线评价指标体系。
具体实施方式
[0092]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；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；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。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0093]
本实施例提供一种低压配网设备检修顺序评估方法，如图1所示，包括以下步骤：s1、基于g1法确定设备指标体系中各指标的主观权重；
[0094]
s2、基于critic法确定设备指标体系各指标的的实际客观权重；
[0095]
s3、根据所述主观权重和所述实际客观权重，采用理想点法确定组合权重；
[0096]
s4、根据设备指标体系中的每个指标的指标数据及对应的组合权重，计算各设备的状态评估值，对所有得到状态评估值进行排序，确定各设备的检修顺序。
[0097]
具体的：s1、基于g1法确定设备指标体系主观权重：
[0098]
s11、聘请k位专家，各位专家依照各自的知识和经验，判断低压配网设备指标体系中底层层指标的相对重要度，并按重要性降序的规律对底层指标进行排序。以第j位专家为例，设某类低压配网设备指标体系中，底层层指标的统一排序为{x1,x2,
……
x
n
}，第j位专家选取其认为最重要的指标x
p
，记为x
j1
，放第一位，剔除该指标，从余下指标中选取最重要的指标，记为x
j2
，以此类推，可获取重要性递减的序关系：
[0099]
x
j1
＞x
j2
＞l＞x
jn
ꢀꢀꢀ
(1)
[0100]
s12、根据获取的序关系(1)，第j位专家提供x
j(i
‑
1)
与x
j(i)
的相对重要度赋值r
ji
(i＝2,3
……
n)，r
ji
的赋值参考值如图2所示；其值还可以根据实际情况进行改动，但是大小关系不变。
[0101]
s13、根据第j位专家给出的底层指标相对重要度序列{r
j2
,r
j3
,
……
r
jn
}，可用式(2)计算序关系式(1)中重要性最低的指标x
jn
的主观权重：
[0102]
[0103]
按照重要性递增的规律，可计算序关系(1)中各指标的主观权重：
[0104]
ω
j(i
‑
1)
＝r
ji
ω
ji
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0105]
由此可得第j位专家对某类型低压设备指标体系底层指标的主观权重序列{ω
j1
,ω
j2
,
……
ω
jn
}，此为一个权重递减序列，将该序列按照统一的指标顺序重新排序，可得第j位专家的权重序列
[0106]
s14、基于每位专家的经验和知识的差异，其给出的权重对实际权重的影响力存在差异，需要对k位专家给出的k个主观权重进行加权，得出该低压配网设备各指标的实际主观权重w＝{ω1,ω2…
ω
n
}，其计算公式如式(4)：
[0107][0108]
其中，α
j
为第j位专家的影响力权重，为第j位专家对第i个指标给出的主观权重，ω
i
为第i个指标经加权后的实际主观权重。
[0109]
s2、基于改进critic法的设备指标体系客观权重确定方法：
[0110]
s21、假设某类型低压配网设备指标体系有n个指标，边缘计算终端共获取了m个该类型设备的各项指标数据，形成原始数据矩阵a：
[0111][0112]
对原始数据矩阵a中每列元素进行正向化无量纲化处理，即取值越大越好，将其值映射于[0,1]之间，效益性指标无量纲化处理计算公式如式(6)，成本型指标无量纲化处理计算公式如式(7)：
[0113][0114][0115]
式(6)和式(7)中，b
ij
表示第i个设备第j个指标数据无量纲化处理后的结果，和分别为第j个指标的最大值和最小值，得标准化矩阵b为：
[0116][0117]
s22、客观权重基于同一指标信息的差异程度确定，critic法的数据差异程度由变异系数体现，计算公式如下(9)：
[0118]
[0119]
式(9)中，σ
j
为第j个指标的标准差，为第j指标的均值，计算公式如下：
[0120][0121][0122]
s23、critic法的优点在于考虑了指标间的相互独立性，通过相关系数和冲突系数体现。相关系数反映指标间的关联程度，计算公式如下式(12)：
[0123][0124]
式(12)中，和分别为标准化矩阵b中第k个和第l个指标的均值，r
kl
表示第k个指标与第l个指标的相关系数。
[0125]
根据式(12)可求得相关系数矩阵r：
[0126][0127]
critic法确定客观权重的关键在于减少指标间的关联程度的影响，因此，需要凸显指标间的独立程度，采用独立系数反映该特性，计算公式如式(14)：
[0128][0129]
s24、指标的综合系数为变异系数和独立系数的乘积，反映一个指标所包含的信息量，计算公式如式(15)：
[0130][0131]
基于n个指标的综合系数，可确定实际客观权重c＝{c1,c2,
…
c
n
}：
[0132][0133]
s3、组合权重的确定
[0134]
基于步骤s1获得的某类低压配网设备各指标的主观权重和步骤s2获得的客观权重，采用基于理想点法进行权重整合，相比传统的乘法归一法和线性加权法，该组合权重法具有更好的解释性和合理性，计算公式见式(17)：
[0135]
[0136]
根据式(17)，可得改进critic
‑
g1法确定的某类低压配网设备指标体系中各指标的综合权重z＝{z1,z2,
…
z
n
}。
[0137]
s4、基于改进topsis法的设备检修顺序评估方法
[0138]
s41、加权标准化矩阵的构建：将2.2.2计算得出的综合权重b与式(8)的标准化矩阵相乘，可得加权标准化矩阵y：
[0139][0140]
s42、提取加权标准化矩阵y中每列的最大值和最小值，构成正理想解y
+
和y
‑
，其中，y
+
＝(y
1+
,y
2+
,
…
,y
n+
)，y
‑
＝(y1‑
,y2‑
,
…
,y
n
‑
)。
[0141]
s43、计算m个同类低压配网设备每项指标加权标准化数据到y
+
和y
‑
的欧氏距离d
i+
和d
i
‑
(i＝1,2,
…
m)：
[0142][0143][0144]
由于采用正向化方式进行无量纲化处理，因此，d
i+
越大，d
i
‑
越小，表示设备状态越好，反之越差。
[0145]
s44、单纯的欧式距离缺乏解释性，因此，引入灰色关联度系数，评估设备与正负理想解的关联程度，与正理想解关联程度越高，与负理想解关联程度越低，则设备状态越好，反之越差。
[0146]
基于加权标准化矩阵y，计算第i个设备的第j个评价指标关于正负理想解的灰色关联度系数t
ij+
和t
ij
‑
：
[0147][0148][0149]
式(21)和式(22)中，i＝1,2,
…
m；j＝1,2,
…
n；
[0150]
求解第i个设备与正负理想解的综合灰色关联系数为：
[0151][0152][0153]
s45、对欧式距离和灰色关联度系数进行无量纲化处理：
[0154][0155]
综合无量纲化的欧式距离和灰色关联度系数，计算各个设备与正负理想解的接近程度，即贴近度，由于与负理想解距离越远，与正理想解关联度越高，代表设备状态越好，因此，贴近度计算公式如下：
[0156][0157]
式(26)中，表示第i个设备与正理想解的贴近度，表示第i个设备与负理想解的贴近度，c和v为欧式距离与灰色关联度系数的权重，c+v＝1。
[0158]
计算各设备的相对贴近度：
[0159][0160]
式(27)中，i＝1,2,
…
m。
[0161]
s46、求解各设备的相对贴近度，相对贴近度越大，则代表设备状态越好，相对贴近度越小，则代表设备状态越差。
[0162]
对各待评估设备的相对贴近度取倒数，数值越大，代表设备状态越差，按照降序的规律排序，则可求得各设备的检修安排顺序，为检修顺序安排提供参考。
[0163]
低压配网设备检修顺序评估需要建立设备运行状态的评价模型，制定多项指标以表征设备运行状态是否存在异常。根据设备数据更新周期和获取方式，可将数据分为实时信息、巡视信息、试验信息和基础信息四个维度：
[0164]
(1)实时信息：由传感器采集的低压配网设备电气量及周围环境量，更新周期设定为分钟级；
[0165]
(2)巡视信息：由运维人员开展巡检计划采集的信息，能反映设备外观及部分内部运行状况，更新周期为1季度到1年；
[0166]
(3)试验信息：通过预防性时延获取的信息，可全面反映设备内部的损耗情况，更新周期为3年到6年；
[0167]
(4)基础信息：包括两部分：由设备设计方案决定的家族性缺陷信息，一般不更新；由该设备近一年内缺陷记录构成的历史信息。
[0168]
低压配网设备的指标体系基于以上四个维度展开，根据不同作用和工作环境，各类型低压配网设备基于以上四个维度制定的指标不尽相同，以变压器、开关柜和馈线为例的指标体系，参考图3、图4和图5。低压配网设备包括但不限于上述三种类型设备，但本实施例提出的检修顺序评估方法对于各低压配网设备均具有适用性。
[0169]
本实施例构建多类型低压配网设备评价指标体系，采用改进critic
‑
g1法确定低压配网设备各指标的权重值，相较于传统的层次分析法和熵权法的组合权重法，本实施例所采用g1法无需建立复杂矩阵和进行一致性检验，建模过程简单，所采用的改进critic法综合考虑了数据的差异性和指标间的关联性问题，所得客观权重更合理；并且采用topsis法评估设备的相对健康状态，用于制定设备检修顺序安排计划；在传统的topsis法基础上引入灰色关联度系数，可提供更多的设备状态与正负理想解关联程度的信息，消除了欧式
距离评判解的优劣性的单一性问题，使得出的设备状态优劣排序更具合理性。本实施例在检修资源有限的情况下，合理安排设备的检修顺序，避免高程度受损设备得不到及时修复而报废，低程度受损设备过度检修问题的发生。
[0170]
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。