一种基于萤火虫优化算法的断路器可靠性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于断路器技术领域，其涉及一种基于萤火虫优化算法的断路器可靠性评 估方法。
【背景技术】
[0002] 断路器是电网中的重要控制和保护电器，它的基本任务是投切电力设备或线路， 对电网进行管理和控制。另外，在电力设备或线路出现故障时，它可以快速切除故障，使故 障与电网隔离，保护电网其他部分的正常运行。断路器在电网中的作用和位置，决定了它对 电网运行的可靠性有着重要影响。随着对断路器需求数量的增长，其可靠性对用电设备和 电网运行的影响也越来越大。因此，如何对断路器的运行可靠性进行准确评估，从而反过来 指导断路器的研制、生产、运行和维修，干预断路器可靠性的衰减过程，提高其维修效率和 质量，进而增加电网抵抗故障的能力，保证电网的可靠运行，具有重要的理论及现实意义。
[0003] 目前，随着重大设备可靠性日益受到人们的重视，国内外的专家学者己经在断路 器的可靠性研究方面做了一定的研究工作，但国内对断路器可靠性的研究仍属于起步阶 段，没有形成一套完整的适合于断路器可靠性评估的理论体系。国内外通用的可靠性分析 方法主要包括故障模式及影响分析法、失效严重度分析法、故障树分析法3种。故障模式及 影响分析法评估过程简单、结论直观、操作性强，但评价结果无法量化，因此可行性不强；失 效严重度分析法根据故障率数据计算致命度，但其仅能针对单一故障模式进行分析，不能 有效反映多故障模式情况下的系统可靠性。故障树分析法常用于分析复杂系统的多重故 障，应用效果良好，它可以将断路器故障直观地逐级划分为基本故障类型，为准确地判断断 路器故障性质提供了良好的图形效果。另外，国外部分学者提出了运用概率论的方法，从可 能发生故障的方面来分析断路器，对其可靠性提出预测。但其方法单一，模型简单且不够全 面，没有考虑断路器各种状态之间相互转换对可靠性的影响，理论研究尚未成熟。因此，如 何更准确地掌握断路器的运行规律，科学准确地评估断路器的运行可靠性，从而提高其维 修效率和质量，延长其有效寿命，进而保证电网的可靠运行已成为电力部门急需解决的热 点及难点问题。
[0004] 有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于萤火虫优化算法的断路器 可靠性评估方法，对断路器的运行可靠性规律进行了分析，分析方法简单、计算量小、计算 精度高、实用性强。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0007] 本发明提供一种基于萤火虫优化算法的断路器可靠性评估方法，包括以下步骤：
[0008] Sl :对断路器故障进行统计分析，确定断路器的主要故障模式；
[0009] S2 :利用故障树分析法建立断路器故障树；
[0010] S3 :利用改进的模糊层次分析法对所述故障树进行定量分析，建立模糊判断矩 阵；
[0011] S4:将模糊判断矩阵中求解各故障因素权重的模糊一致限定条件转化为约束规划 问题；
[0012] S5 :根据建立的约束规划问题方程，引入萤火虫优化算法求解各故障因素的严重 度权重；
[0013] S6 :建立断路器可靠性评估模型，得出断路器可靠性评估结果。
[0014] 进一步地，S2具体包括以下步骤：
[0015] S21 :确定顶事件，即断路器故障；
[0016] S22 :确定中间事件，即断路器的6类故障模式：拒动故障、开断与关合故障、绝缘 故障、误动故障、载流故障、外力及其他故障；
[0017] S23 :确定底事件，即导致各中间事件的故障因素。
[0018] 进一步地，S3具体为：采用0. 1~0. 9标度法，根据各故障因素的重要度分析，建 立各故障因素 X1, X2,……，Xn相对于对应的故障类型两两比较重要程度的模糊判断矩阵R =(F^)nxn，在矩阵R中，k用于表征故障因素 X1比故障因素 X ,相对于该部件发生故障的 重要的程度，Γι]越大，X 4目对于该部件发生故障的重要程度就越大。
[0019] 进一步地，S4具体为：
[0020] 当矩阵 R = (IYj)nxn为模糊一致矩阵时，r i.j= 0· 5+Μω「ω.)，（i, j = 1，2,…η)， 其中W1Q, j = 1，2,…η)为各故障因素的严重度权重值，b是一个用于衡量严重度权中向 量中权重值差距的数值，b越大，严重度权重向量W= [O1, ω2, LcoJ中权重值的极大值与 极小值之间的差距就越大；反之，b越小，严重度权重向量W中权重值的极大值与极小值之 间的差距就越小，
[0021] 由于上式Iu= 0. 5+Μω「％)，（i, j = 1，2,…η)是建立在矩阵R为模糊一致矩 阵的情况下推导而来，因此，当R不满足一致性要求时，其左右两边并不完全相等，即等号 不严格成立，如果需要求解权重向量W= [Co1, ω2，?ωη]，也就等同于求解下式的约束规划 问题：
[0022]
[0023] 其中，CO1表示故障因素 i造成故障的严重度权重值，η表示故障因素个数，r u为 矩阵R= (r,)nXn中的元素，a表示断路器各故障因素间差异程度，为常数。
[0024] 进一步地，S5具体包括以下步骤：
[0025] S51 :设置算法参数：种群规模N，最大吸引度β。，吸收系数γ，随机步长α，最大 迭代次数，在解空间中随机初始化萤火虫的位置，令迭代次数t = 1 ;
[0026] S52 :平均每只萤火虫的发光强度I1Q = 1，2, "·，Ν)，将发光强度I1作为适应度 fOU (W1 表示问题的 1 个解），SP I i= f(W 丄），I < i < N ;
[0027] S53 :计算萤火虫的吸引度，先确定萤火虫i与萤火虫j之间的距离S1 j:
[0028]
[0029] 其中：η为决策变量的维数，coi k为萤火虫i中的第k个严重度权重值，X i用于表 征萤火虫i在空间中的位置，
[0030] 萤火虫的吸引度β为：
[0031]
[0032] 萤火虫的发光强度I为：
[0033]
[0034] 式中：[0, 1]为Sij=O时的吸引度，I。为Sij=O时的发光强度，γ e [0, 10] 为荧光吸收系数；
[0035] S54 :移动更新萤火虫的位置，萤火虫i被发光强度更亮的萤火虫j吸引而发生位 置移动；
[0036]
[0037] 其中表示第i只萤火虫在第t代的位置，α为随机步长，且满足a e [0, 1]， Nrand~U (0, 1)表示随机数；
[0038] S55 :发光强度最亮的萤火虫随机飞行：
[0039]
[0040] 其中：《4#为第t代群体中的全局最优位置；
[0041] S56 :判断算法是否满足终止条件，若满足，则算法结束，输出最优解；否则，令t = t+Ι，返回 S52。
[0042] 进一步地，S6具体为：
[0043] 根据下式得到各故障因素的风险系数：
[0044] Pi= PiX ω j
[0045] 其中：Pl表示故障因素 i的发生概率，ω i为各故障因素的严重度权重值；
[0046] 将得到的各类型故障的故障因素的风险系数，代入下两式分别得到各类型故障发 生的概率，以及断路器整体的可靠度：
[0047]
[0048] R(T) = I-P(T)
[0049] 其中：\表示故障X的第i个故障因素，P⑴表示故障X发生的概率，R(T)表示 可靠度。
[0050] 相较于现有技术，本发明提供的基于萤火虫优化算法的断路器可靠性评估方法具 有以下优点：
[0051] 第一，本发明更准确全面地确定影响断路器运行寿命的各种因素，建立完整的断 路器故障树。
[0052] 第二，