智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法与流程

本发明涉及智能变电站领域，具体涉及一种智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法。

背景技术：

安措是指在变电站改扩建、二次设备现场校验或缺陷处理作业中用于将运行设备和待检修设备断开的安全措施。二次安措主要是指针对智能变电站合并单元、保护装置、智能终端、安全自动装置等二次系统的智能电子设备的模拟量输入回路、信号量输出回路的断开措施。

近年来我国新建并投运了大量智能变电站，随之而来的是繁杂的检修和运维工作。二次安措用于断开待检修设备和运行设备，具有保障电网安全稳定运行、避免保护拒动或误动等重要意义。

不同于传统变电站使用电缆传输采样值、开入开出等信息，智能变电站采用“三层两网”的网络架构(图1)，利用以太网传输信息，其中的软压板、虚端子取代了传统变电站中的硬压板和接线端口。在提高信息共享程度的同时，也使得二次安措隐含不直观、没有明显的“电气断开点”，给二次检修运维工作带来了极大挑战。

二次安措通常采用以下四种方式：退出装置软压板、退出装置出口硬压板、投入检修压板、断开装置之间的光纤。因退出软压板和检修压板不能形成明显“电气断开点”，且软压板和检修压板受多种因素影响，可靠性较低。为了保证可靠断开，二次安措通常遵循双重化配置原则，即每一条链路至少采用两种方式断开，甚至采用三种方式，例如同时断开待检修ied(intelligentelectronicdevice，智能电子设备)的goose(genericobjectorientedsubstationevents，面向通用对象的变电站事件)发送软压板、运行ied的goose接收软压板且投入待检修ied的检修压板。这显著增加了二次安措的操作数量，表面上提高了二次安措的可靠性，实际上增加了二次安措的执行和恢复阶段的操作复杂度，加上运检人员专业素质参差不齐、操作不熟练等因素，很容易造成操作失误，反而降低了二次安措的可靠性。

目前智能变电站的二次安措方式主要为自动生成二次安措，避免了人工编写失误，减轻了检修人员的工作负担，但其通过提高链路断开操作的冗余度提高二次安措可靠性，使得二次安措操作繁多，执行难度大，具有很大的盲目性或者在二次安措执行之前检验其正确与否，一定程度上提高了二次安措的可靠性，但是均未提出定量计算二次安措的可靠性，以及没有考虑二次安措的复杂度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的智能变电站二次安措操作复杂，执行难度大且在提高二次安措可靠性的同时显著增加了二次安措的操作复杂度，不利于二次安措的执行和恢复，反而降低了其可靠性的问题，目的在于提供一种智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，通过可靠性和复杂度两个指标对二次安措进行优化，得到可靠性与复杂度均衡下的最优二次安措，通过适当降低二次安措的可靠性，从而可以大幅度降低其操作的复杂度，以解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，包括：

s1：根据智能变电站的待检修设备与运行设备之间的链路及链路可采取的断开方式建立二次安措链路矩阵；

s2：基于所述二次安措链路矩阵及所述链路断开方式的可靠性得到可靠性矩阵，使用所述可靠性矩阵得到二次安措可靠性；

s3：基于二次安措过程中的操作方式以及操作对象对halstead方法进行改进得到二次安措复杂度；

s4：基于所述二次安措可靠性与所述二次安措复杂度建立综合优化模型，并使用隐枚举法对所述综合优化模型进行求解，得到最优二次安措；

s5：根据所述最优二次安措对智能变电站的待检修设备与运行设备进行断开。

二次安措的本质是断开待检修设备与运行设备之间的通信链路，包括逻辑链路和电气链路，每条链路均有一种或多种断开方式。因此本发明根据待检修设备与运行设备之间的链路连接关系及各链路可采取的断开方式建立链路矩阵，基于链路矩阵和对应断开方式的可靠性推导出可靠性矩阵，然后计算出二次安措的可靠性，并利用改进halstead方法计算二次安措的复杂度，然后建立了基于可靠性和复杂度的综合优化模型，并利用隐枚举法对此模型进行求解，求解结果对应的二次安措即为最优二次安措。

进一步的，所述s1中的二次安措链路矩阵公式：

其中，所述链路矩阵l为6×n的矩阵，6表示所述二次安措可以采用的断开方式总共有6种，每一行代表一种链路的断开方式，n表示二次安措涉及的链路数，每一列表示一条链路。

进一步的，所述二次安措链路矩阵对应的断开方式包括：退出goose接收软压板、退出sv软压板、退出goose发送软压板、投入检修压板、退出出口硬压板和断开光纤。

二次安措通常使用的四种断开方式为：退出装置软压板、退出装置出口硬压板、投入检修压板、断开装置之间的光纤。其中，软压板又包括goose接收软压板、goose发送软压板、sv(sampledvalue，采样值)软压板3种，因此二次安措可以采用的断开方式总共有6种；本发明提出的链路矩阵即是为了描述二次安措涉及的链路及各链路可采取的断开方式；例如：如果第m条链路可以采取的断开方式有：退出goose接收软压板、退出goose发送软压板、投入对应ied检修压板、断开光纤，则：

lm＝[101101]^t

在本发明中需要说明的是，当某ied的检修压板投入后，所述ied的检修压板发送的goose报文test位或者sv报文数据品质test位会从“false”变为“true”，接收报文的ied先将上述报文的test位与自身检修压板状态做“异或”逻辑判断，只有两者状态相同时才正常处理报文或者动作，否则报文无效。因此，投入所述某ied的检修压板相当于同时断开与所述ied相关联的所有链路，而断开光纤也相当于断开所述光纤连接的两个ied之间的所有通信链路。

进一步的，所述s2的子步骤包括：

s21：分析二次安措中待检修设备与运行设备之间的链路断开方式的可靠性得到所述链路断开方式的可靠性取值；

s22：基于s1中所述二次安措链路矩阵及s21中所述可靠性取值得到可靠性矩阵；

s23：根据所述可靠性矩阵进行所述二次安措的可靠性分析与计算得到二次安措可靠性。

进一步的，所述s21中的所述链路断开方式的可靠性取值包括：退出goose接收软压板、退出sv软压板、退出goose发送软压板和检修压板为数字取值；

退出出口硬压板、断开光纤为物理取值。

软压板从逻辑上断开信号传输链路，属于数字断开，因此退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板三种断开方式属于数字断开，则其取值为数字取值；

检修压板虽然是硬压板，但是链路接收方比较发送方检修压板状态和自身检修压板状态，只有两者状态一致时才正常处理报文，因此检修压板也属于数字断开，则其取值为数字取值；

智能终端出口硬压板可以在智能终端与断路器之间形成明显电气断开点，属于物理断开；断开装置之间的光纤可以断开通信链路，属于物理断开，则其取值为物理取值；

物理断开可以实现明显电气断开点，因此其断开可靠性较高；而数字断开受到软压板定义错误、系统功能失效和检修机制错误等多种因素的制约，因此可靠性较低；

因此退出出口硬压板和断开光纤的可靠性大于退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板的可靠性；而退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板的可靠性大于投入检修压板的可靠性；因此物理取值大于数字取值。

进一步的，所述s22中的可靠性矩阵公式：

其中，rel表示可靠性矩阵，relm表示第m条链路的可靠性向量，rij表示每种断开方式的可靠性取值；

所述s23中得到所述二次安措可靠性的计算公式：

其中，r表示二次安措可靠性，表示第j条链路的断开可靠性。

二次安措由各个链路的断开操作组成，只有所有链路均断开时才能实现有效断开，任一链路断开失效均会造成二次安措失效。因此，二次安措可靠性相当于所有链路断开可靠性的“串联”，其表达公式如下：

在二次安措中每条链路可以采用多种断开方式，只有所有断开方式均失效时，此链路才会断开失效。因此，链路的断开可靠性相当于其包含的断开方式可靠性的“并联”；因此，第j条链路的断开可靠性的公式：

在现有技术中暂无以上六种断开措施的可靠性具体数据，根据经验，本文取值假定如表1所示：

表1断开措施的可靠性

根据所述二次安措可靠性矩阵，以第m条链路为例：

relm＝[0.99200.9920.99000.999]^t；

进一步的，所述s3中的二次安措过程中的操作方式包括：投入、退出和断开；

所述s3中的二次安措过程中的操作对象包括：goose接收软压板、sv软压板、goose发送软压板、检修压板、出口硬压板和光纤；

所述s3中得到所述二次安措复杂度的计算公式：

其中，c1表示二次安措复杂度，n1表示所以操作方式总数，n1表示不同操作方式的个数，表示所有操作对象总数，n2表示不同操作对象的个数，sum表示所有断开操作对象总数，αk表示每个操作对象的复杂度权重。

目前针对电力系统操作复杂度的研究较少，而航天领域和软件领域操作复杂度研究较为成熟，因此本文借鉴软件领域halstead方法计算二次安措的操作复杂度。

halstead方法最早在1977年被提出，用于计算计算机程序的复杂度；其原理是统计程序中操作符和操作数出现次数，其公式为：

c＝(n1+n2)log2(n1+n2)；

其中，c表示复杂度，n1和n1分别表示程序中出现的各不相同的操作符的个数和出现的所有操作符总数；n2和n2分别表示程序中出现的各不相同的操作数的个数和出现的所有操作数总数；

在二次安措中，将“投入”、“退出”、“断开”等操作方式当成操作符，将“goose接收软压板”、“goose发送软压板”、“检修压板”等操作对象当成操作数。

因此令n1和n1分别表示二次安措中出现的各不相同的操作方式的个数和出现的所有操作方式总数；

令n2和n2分别表示二次安措中出现的各不相同的操作对象的个数和出现的所有操作对象总数；

又因为在二次安措中不同操作对象的复杂度不同，不能直接使用halstead方法计算公式中的操作对象总数n2，因此需要改进所述halstead方法计算公式中的操作对象总数n2，其改进公式：

在本发明的二次安措中总共有6种断开方式，因为二次安措在检修结束后需要恢复，所以其操作分为执行和恢复两个阶段。因此，每种断开方式又分别包含两种操作：退出(断开)和投入(连接)。因此，二次安措总共有12种各不相同的操作方式，如表2所示：

表2所有操作方式

其中，goose接收/发送软压板、sv软压板的操作方式均为软压板操作方式，可以合并为：退出/投入软压板。同理，检修压板和出口硬压板的操作方式可以合并为：投入/退出硬压板。因此，表2中的12种操作方式可以简化为6种，如表3所示：

表3简化后的操作方式

因此，在链路矩阵中，第1、2、3行均属于投入/退出软压板，第4、5行属于投入/退出硬压板，第6行属于断开/连接光纤。

根据halstead方法公式可知，halstead方法认为每种操作符或者操作对象对于复杂度的贡献相同，然而在本发明的二次安措中，不同操作对象的复杂程度不同，在复杂度计算公式中应该予以体现。因此需要对halstead方法公式中的操作对象的总数n2的计数作出改进，并且对改进的n2公式中的每个操作对象设置复杂度权重。因为软压板操作较为便捷，取其权重为1；硬压板操作实施较为繁琐，取其权重为2；插拔光纤容易破坏光口，且操作最为复杂，因此取其权重为3。所以，链路矩阵对应的操作对象复杂度权重如表4所示。

因为操作检修压板相当于断开多条链路，体现在链路矩阵中即为第4行多个元素为1，所以在通过链路矩阵第4行计数检修压板操作次数时不能只对元素简单求和，而应注意辨别是否是同一次操作。光纤同理。

表4不同操作对象的复杂度权重

进一步的，所述s4中得到的综合优化模型：

其中，表示二次安措可靠性的权数，f(x)表示最大化二次安措可靠性，表示归一化处理后的二次安措可靠性，rmax表示二次安措可靠性最大值，表示二次安措复杂度的权数，g(x)表示最小化二次安措复杂度，表示归一化处理后的二次安措复杂度，表示二次安措复杂度最大值，x表示二次安措链路矩阵中的元素。

二次安措的实际可靠性不仅取决于其编写得是否正确，还取决于执行和恢复阶段的操作可靠性。本发明提出的可靠性计算方法主要用于计算二次安措的预期可靠性，然而执行和恢复阶段的操作可靠性难以计算，且目前暂未有关于电力系统操作可靠性的量化方法，因此，使用复杂度代替执行和恢复阶段的操作可靠性。

所述综合优化模型通过最大化二次安措可靠性和最小化二次安措复杂度来获取最优二次安措，其最大化二次安措可靠性公式：

最小化二次安措复杂度公式：

使用线性加权和法将maxr和minc1两个目标函数进行线性组合，得到单目标优化公式：

maxw1r-w2c1；

w1和w2分别表示二次安措可靠性和二次安措复杂度的权数；

在确定权数之前，为了消除可靠性和复杂度数量级不同的影响，需要对二次安措可靠性和复杂度进行归一化处理，得到归一化处理后的二次安措可靠性和二次安措复杂度：

权数的确定有专家打分法、容限法等多种方法，为了避免主观因素的影响，本发明使用容限法进行可靠性和复杂度的权数进行确定；

首先，确定子目标函数的最大值和最小值：

α<f(x)<β；

然后计算子目标函数的容限：

最后进行权数计算：

在综合优化模型中，可靠性和复杂度均可以表示成二次安措链路矩阵元素的函数，将二次安措链路矩阵中可采取的断开方式设置为1，所述二次安措链路矩阵中值为1的元素可以取0，表示二次安措不使用此断开操作；但值为0的元素不能取1，因为链路不包含此种断开方式；

进一步的，在综合优化模型中所述二次安措链路矩阵需要满足的条件包括：

每条链路至少有1种断开方式，没有断开方式的链路矩阵其可靠性为0，视为不符合二次安措要求；即：

只有在链路无法通过退出软压板断开时才采取断开光纤的断开方式；即：

l6m＝1whenl1m+l2m+l3m＝0；

操作检修压板和光纤会同时断开多条线路，即：l4x＝l4y，光纤同理。

进一步的，所述综合优化模型的求解包括：

步骤1：导入所述二次安措链路矩阵，将所述二次安措链路矩阵中找到的可采取的断开方式设置为所述综合优化模型的自变量，令所述自变量取值为1；

步骤2：记录所述二次安措链路矩阵中所有自变量的位置，令所有自变量均为0；

步骤3：将所有自变量取值组成的二进制数加1；

步骤4：重复上述2和3两个步骤，直到所有自变量均为1，得到所述综合优化模型的所有取值组合对应的2ⁿ种二次安措链路矩阵；

步骤5：遍历所述2ⁿ种二次安措链路矩阵，并剔除不满足所述综合优化模型中需要满足的条件的二次安措链路矩阵；

步骤6：遍历完成上述步骤5操作后剩下的所述二次安措链路矩阵，根据得到所述二次安措可靠性的计算公式、得到所述二次安措复杂度的计算公式和所述综合优化模型计算出每个二次安措链路矩阵对应的目标函数值；

步骤7：遍历所有目标函数值，找到所述所有目标函数值中的最大值及所述最大值所对应的二次安措链路矩阵，得到所述综合优化模型的最优二次安措。

在所述综合优化模型中，所述二次安措链路矩阵中的元素取值为1时，说明二次安措中采取了此元素对应的操作，当元素取值为0时，说明二次安措中没有采取相应操作，因此，两个目标函数均是链路矩阵中元素的函数，且元素的取值只能是0或1，即所述综合优化模型是0-1规划问题。

在对所述综合优化模型进行求解时，即在进行0-1规划问题求解时，求解方法有隐枚举法、穷举法等传统方法和改进离散粒子群优化算法等新型智能算法，本发明建立的最优化模型规模较小，适合使用隐枚举法求解。隐枚举法根据求解过程中获取的信息和目标函数、约束条件隐含地判定某一自变量组合是否是最优解，从而缩短求解过程。

本发明提出的二次安措可靠性和复杂度计算方法均需要借助链路矩阵，虽然目标函数的自变量为链路矩阵中值为1的元素，但是元素在链路矩阵中的位置决定了其如何参与计算。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，对二次安措可靠性进行量化，通过二次安措的可靠性和复杂度的通用计算方法，对冗余度较高的二次安措进行优化，从而在适当降低二次安措的可靠性的同时大幅度降低二次安措操作的复杂度；

2、本发明智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，提出了二次安措链路矩阵，以高度抽象、简洁的方式描述待检修设备与运行设备之间的链路连接关系及各链路可采取的断开方式，便于自动化处理，并以此为载体进行可靠性和复杂度的计算；

3、本发明智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，基于改进的halstead方法建立了二次安措复杂度计算方法，在能够计算二次安措复杂度的同时，也为电力系统其他人为操作复杂度量化提供了参考；

4、本发明智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，基于可靠性和复杂度建立了二次安措综合优化模型并求解，可以得到可靠性和复杂度均衡下的最优二次安措。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明整体流程图；

图2为本发明二次安措综合优化模型求解过程；

图3为本发明一实施例中220kv线路保护典型配置与网络连接图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2和图3所示，智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法，包括：

s1：根据智能变电站的待检修设备与运行设备之间的链路及链路可采取的断开方式建立二次安措链路矩阵；

s2：基于所述二次安措链路矩阵及所述链路断开方式的可靠性得到可靠性矩阵，使用所述可靠性矩阵得到二次安措可靠性；

s3：基于二次安措过程中的操作方式以及操作对象对halstead方法进行改进得到二次安措复杂度；

s4：基于所述二次安措可靠性与所述二次安措复杂度建立综合优化模型，并使用隐枚举法对所述综合优化模型进行求解，得到最优二次安措；

s5：根据所述最优二次安措对智能变电站的待检修设备与运行设备进行断开。

二次安措的本质是断开待检修设备与运行设备之间的通信链路，包括逻辑链路和电气链路，每条链路均有一种或多种断开方式。因此本发明根据待检修设备与运行设备之间的链路连接关系及各链路可采取的断开方式建立链路矩阵，基于链路矩阵和对应断开方式的可靠性推导出可靠性矩阵，然后计算出二次安措的可靠性，并利用改进halstead方法计算二次安措的复杂度，然后建立了基于可靠性和复杂度的综合优化模型，并利用隐枚举法对此模型进行求解，求解结果对应的二次安措即为最优二次安措。

进一步的，所述s1中的二次安措链路矩阵公式：

其中，所述链路矩阵l为6×n的矩阵，6表示所述二次安措可以采用的断开方式总共有6种，每一行代表一种链路的断开方式，n表示二次安措涉及的链路数，每一列表示一条链路。

进一步的，所述二次安措链路矩阵对应的断开方式包括：退出goose接收软压板、退出sv软压板、退出goose发送软压板、投入检修压板、退出出口硬压板和断开光纤。

二次安措通常使用的四种断开方式为：退出装置软压板、退出装置出口硬压板、投入检修压板、断开装置之间的光纤。其中，软压板又包括goose接收软压板、goose发送软压板、sv(sampledvalue，采样值)软压板3种，因此二次安措可以采用的断开方式总共有6种；本发明提出的链路矩阵即是为了描述二次安措涉及的链路及各链路可采取的断开方式；例如：如果第m条链路可以采取的断开方式有：退出goose接收软压板、退出goose发送软压板、投入对应ied检修压板、断开光纤，则：

lm＝[101101]^t

在本发明中需要说明的是，当某ied的检修压板投入后，所述ied的检修压板发送的goose报文test位或者sv报文数据品质test位会从“false”变为“true”，接收报文的ied先将上述报文的test位与自身检修压板状态做“异或”逻辑判断，只有两者状态相同时才正常处理报文或者动作，否则报文无效。因此，投入所述某ied的检修压板相当于同时断开与所述ied相关联的所有链路，而断开光纤也相当于断开所述光纤连接的两个ied之间的所有通信链路。

进一步的，所述s2的子步骤包括：

s21：分析二次安措中待检修设备与运行设备之间的链路断开方式的可靠性得到所述链路断开方式的可靠性取值；

s22：基于s1中所述二次安措链路矩阵及s21中所述可靠性取值得到可靠性矩阵；

s23：根据所述可靠性矩阵进行所述二次安措的可靠性分析与计算得到二次安措可靠性。

进一步的，所述s21中的所述链路断开方式的可靠性取值包括：退出goose接收软压板、退出sv软压板、退出goose发送软压板和检修压板为数字取值；

退出出口硬压板、断开光纤为物理取值。

软压板从逻辑上断开信号传输链路，属于数字断开，因此退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板三种断开方式属于数字断开，则其取值为数字取值；

检修压板虽然是硬压板，但是链路接收方比较发送方检修压板状态和自身检修压板状态，只有两者状态一致时才正常处理报文，因此检修压板也属于数字断开，则其取值为数字取值；

智能终端出口硬压板可以在智能终端与断路器之间形成明显电气断开点，属于物理断开；断开装置之间的光纤可以断开通信链路，属于物理断开，则其取值为物理取值；

物理断开可以实现明显电气断开点，因此其断开可靠性较高；而数字断开受到软压板定义错误、系统功能失效和检修机制错误等多种因素的制约，因此可靠性较低；

因此退出出口硬压板和断开光纤的可靠性大于退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板的可靠性；而退出goose接收软压板、退出sv软压板和退出goose发送软压板的可靠性大于投入检修压板的可靠性；因此物理取值大于数字取值。

进一步的，所述s22中的可靠性矩阵公式：

其中，rel表示可靠性矩阵，relm表示第m条链路的可靠性向量，rij表示每种断开方式的可靠性取值；

所述s23中得到所述二次安措可靠性的计算公式：

其中，r表示二次安措可靠性，表示第j条链路的断开可靠性。

二次安措由各个链路的断开操作组成，只有所有链路均断开时才能实现有效断开，任一链路断开失效均会造成二次安措失效。因此，二次安措可靠性相当于所有链路断开可靠性的“串联”，其表达公式如下：

在二次安措中每条链路可以采用多种断开方式，只有所有断开方式均失效时，此链路才会断开失效。因此，链路的断开可靠性相当于其包含的断开方式可靠性的“并联”；因此，第j条链路的断开可靠性的公式：

在现有技术中暂无以上六种断开措施的可靠性具体数据，根据经验，本文取值假定如表1所示：

表1断开措施的可靠性

根据所述二次安措可靠性矩阵，以第m条链路为例：

relm＝[0.99200.9920.99000.999]^t；

进一步的，所述s3中的二次安措过程中的操作方式包括：投入、退出和断开；

所述s3中的二次安措过程中的操作对象包括：goose接收软压板、sv软压板、goose发送软压板、检修压板、出口硬压板和光纤；

所述s3中得到所述二次安措复杂度的计算公式：

其中，c1表示二次安措复杂度，n1表示所以操作方式总数，n1表示不同操作方式的个数，表示所有操作对象总数，n2表示不同操作对象的个数，sum表示所有断开操作对象总数，αk表示每个操作对象的复杂度权重。

目前针对电力系统操作复杂度的研究较少，而航天领域和软件领域操作复杂度研究较为成熟，因此本文借鉴软件领域halstead方法计算二次安措的操作复杂度。

halstead方法最早在1977年被提出，用于计算计算机程序的复杂度；其原理是统计程序中操作符和操作数出现次数，其公式为：

c＝(n1+n2)log2(n1+n2)；

其中，c表示复杂度，n1和n1分别表示程序中出现的各不相同的操作符的个数和出现的所有操作符总数；n2和n2分别表示程序中出现的各不相同的操作数的个数和出现的所有操作数总数；

在二次安措中，将“投入”、“退出”、“断开”等操作方式当成操作符，将“goose接收软压板”、“goose发送软压板”、“检修压板”等操作对象当成操作数。

因此令n1和n1分别表示二次安措中出现的各不相同的操作方式的个数和出现的所有操作方式总数；

令n2和n2分别表示二次安措中出现的各不相同的操作对象的个数和出现的所有操作对象总数；

又因为在二次安措中不同操作对象的复杂度不同，不能直接使用halstead方法计算公式中的操作对象总数n2，因此需要改进所述halstead方法计算公式中的操作对象总数n2，其改进公式：

在本发明的二次安措中总共有6种断开方式，因为二次安措在检修结束后需要恢复，所以其操作分为执行和恢复两个阶段。因此，每种断开方式又分别包含两种操作：退出(断开)和投入(连接)。因此，二次安措总共有12种各不相同的操作方式，如表2所示：

表2所有操作方式

其中，goose接收/发送软压板、sv软压板的操作方式均为软压板操作方式，可以合并为：退出/投入软压板。同理，检修压板和出口硬压板的操作方式可以合并为：投入/退出硬压板。因此，表2中的12种操作方式可以简化为6种，如表3所示：

表3简化后的操作方式

因此，在链路矩阵中，第1、2、3行均属于投入/退出软压板，第4、5行属于投入/退出硬压板，第6行属于断开/连接光纤。

根据halstead方法公式可知，halstead方法认为每种操作符或者操作对象对于复杂度的贡献相同，然而在本发明的二次安措中，不同操作对象的复杂程度不同，在复杂度计算公式中应该予以体现。因此需要对halstead方法公式中的操作对象的总数n2的计数作出改进，并且对改进的n2公式中的每个操作对象设置复杂度权重。因为软压板操作较为便捷，取其权重为1；硬压板操作实施较为繁琐，取其权重为2；插拔光纤容易破坏光口，且操作最为复杂，因此取其权重为3。所以，链路矩阵对应的操作对象复杂度权重如表4所示。

因为操作检修压板相当于断开多条链路，体现在链路矩阵中即为第4行多个元素为1，所以在通过链路矩阵第4行计数检修压板操作次数时不能只对元素简单求和，而应注意辨别是否是同一次操作。光纤同理。

表4不同操作对象的复杂度权重

进一步的，所述s4中得到的综合优化模型：

其中，表示二次安措可靠性的权数，f(x)表示最大化二次安措可靠性，表示归一化处理后的二次安措可靠性，rmax表示二次安措可靠性最大值，表示二次安措复杂度的权数，g(x)表示最小化二次安措复杂度，表示归一化处理后的二次安措复杂度，表示二次安措复杂度最大值，x表示二次安措链路矩阵中的元素。

二次安措的实际可靠性不仅取决于其编写得是否正确，还取决于执行和恢复阶段的操作可靠性。本发明提出的可靠性计算方法主要用于计算二次安措的预期可靠性，然而执行和恢复阶段的操作可靠性难以计算，且目前暂未有关于电力系统操作可靠性的量化方法，因此，使用复杂度代替执行和恢复阶段的操作可靠性。

所述综合优化模型通过最大化二次安措可靠性和最小化二次安措复杂度来获取最优二次安措，其最大化二次安措可靠性公式：

最小化二次安措复杂度公式：

使用线性加权和法将maxr和minc1两个目标函数进行线性组合，得到单目标优化公式：

maxw1r-w2c1；

w1和w2分别表示二次安措可靠性和二次安措复杂度的权数；

在确定权数之前，为了消除可靠性和复杂度数量级不同的影响，需要对二次安措可靠性和复杂度进行归一化处理，得到归一化处理后的二次安措可靠性和二次安措复杂度：

权数的确定有专家打分法、容限法等多种方法，为了避免主观因素的影响，本发明使用容限法进行可靠性和复杂度的权数进行确定；

首先，确定子目标函数的最大值和最小值：

α<f(x)<β；

然后计算子目标函数的容限：

最后进行权数计算：

在综合优化模型中，可靠性和复杂度均可以表示成二次安措链路矩阵元素的函数，将二次安措链路矩阵中可采取的断开方式设置为1，所述二次安措链路矩阵中值为1的元素可以取0，表示二次安措不使用此断开操作；但值为0的元素不能取1，因为链路不包含此种断开方式；

进一步的，在综合优化模型中所述二次安措链路矩阵需要满足的条件包括：

每条链路至少有1种断开方式，没有断开方式的链路矩阵其可靠性为0，视为不符合二次安措要求；即：

只有在链路无法通过退出软压板断开时才采取断开光纤的断开方式；即：

l6m＝1whenl1m+l2m+l3m＝0；

操作检修压板和光纤会同时断开多条线路，即：l4x＝l4y，光纤同理。

进一步的，所述综合优化模型的求解包括：

步骤1：导入所述二次安措链路矩阵，将所述二次安措链路矩阵中找到的可采取的断开方式设置为所述综合优化模型的自变量，令所述自变量取值为1；

步骤2：记录所述二次安措链路矩阵中所有自变量的位置，令所有自变量均为0；

步骤3：将所有自变量取值组成的二进制数加1；

步骤4：重复上述2和3两个步骤，直到所有自变量均为1，得到所述综合优化模型的所有取值组合对应的2ⁿ种二次安措链路矩阵；

步骤5：遍历所述2ⁿ种二次安措链路矩阵，并剔除不满足所述综合优化模型中需要满足的条件的二次安措链路矩阵；

步骤6：遍历完成上述步骤5操作后剩下的所述二次安措链路矩阵，根据得到所述二次安措可靠性的计算公式、得到所述二次安措复杂度的计算公式和所述综合优化模型计算出每个二次安措链路矩阵对应的目标函数值；

步骤7：遍历所有目标函数值，找到所述所有目标函数值中的最大值及所述最大值所对应的二次安措链路矩阵，得到所述综合优化模型的最优二次安措。

在所述综合优化模型中，所述二次安措链路矩阵中的元素取值为1时，说明二次安措中采取了此元素对应的操作，当元素取值为0时，说明二次安措中没有采取相应操作，因此，两个目标函数均是链路矩阵中元素的函数，且元素的取值只能是0或1，即所述综合优化模型是0-1规划问题。

在对所述综合优化模型进行求解时，即在进行0-1规划问题求解时，求解方法有隐枚举法、穷举法等传统方法和改进离散粒子群优化算法等新型智能算法，本发明建立的最优化模型规模较小，适合使用隐枚举法求解。隐枚举法根据求解过程中获取的信息和目标函数、约束条件隐含地判定某一自变量组合是否是最优解，从而缩短求解过程。

本发明提出的二次安措可靠性和复杂度计算方法均需要借助链路矩阵，虽然目标函数的自变量为链路矩阵中值为1的元素，但是元素在链路矩阵中的位置决定了其如何参与计算。

实施例2

在实施例1的基础上，以220kv第一套线路保护装置为一具体实施例，典型配置及各ied连接关系如图3所示，其在一次设备不停电情况下，检修线路保护装置，需要退出与之相连的线路合并单元和智能终端，需要断开的链路为：线路合并单元和母线保护装置之间的逻辑链路，编号为1；线路保护装置和母线保护装置之间的逻辑链路，编号为2；智能终端和母线保护装置之间的逻辑链路，编号为3；智能终端和断路器之间的物理链路，编号为4。典型二次安措如下：

(1)退出母线保护装置sv软压板，断开链路1；

(2)投入线路合并单元检修压板，断开链路1；

(3)退出母线保护装置goose启动失灵接收软压板，断开链路2；

(4)退出线路保护装置goose启动失灵发送软压板，断开链路2；

(5)投入线路保护装置检修压板，断开链路2；

(6)退出母线保护装置该线路间隔智能终端跳闸goose发送软压板，断开链路3；

(7)退出智能终端母线间隔跳闸goose接收软压板，断开链路3；

(8)退出智能终端出口硬压板，断开链路4；

(9)投入智能终端检修压板，相当于同时断开链路3和4。

分析可知，各链路可采用的断开方式分别为：

(1)链路1可采用的断开方式：sv软压板、线路合并单元检修压板、光纤；

(2)链路2可采用的断开方式：goose接收软压板、goose发送软压板、线路保护装置检修压板、光纤；

(3)链路3可采用的断开方式：goose接收软压板、goose发送软压板、智能终端检修压板、光纤；

(4)链路4可采用的断开方式：出口硬压板、智能终端检修压板。

汇总如表5所示：

表5各链路可采取的断开方式

由表5可以得到原始链路矩阵为：

因投入智能终端检修压板，相当于同时断开链路3和4，所以l43＝l44且在计算复杂度时l43、l44为一次操作。

原始链路矩阵中值为1的元素总共有13个，所以理论上可以组成2¹³＝8192种链路矩阵，然而大部分链路矩阵均不满足条件，剔除不满足条件的链路矩阵后剩余630个。

然后利用综合优化模型计算出两个子目标函数的权重,w1＝2578.86，w2＝7.25。其中，可靠性最大值和最小值分别为：0.9999，0.9606，复杂度最大值和最小值分别为：97.0406，24.9533。

遍历剩下的630个链路矩阵，利用可靠性公式、复杂度公式和综合优化模型计算出每个链路矩阵对应的目标函数值。

遍历所有目标函数值找出最大值，获取最大目标函数值对应的链路矩阵，此链路矩阵对应的隔离方式组合即为最优二次安措。

经过计算，最大目标函数值为：2573.50，对应的链路矩阵有2个，分别为：

以l1为例，其对应的二次安措为：

(1)退出母线保护装置sv软压板，断开链路1；

(2)投入线路合并单元检修压板，断开链路1；

(3)退出母线保护装置goose启动失灵接收软压板，断开链路2；

(4)退出线路保护装置goose启动失灵发送软压板，断开链路2；

(5)退出智能终端母线间隔跳闸goose接收软压板，断开链路3；

(6)投入智能终端检修压板，断开链路3和链路4；

(7)退出智能终端出口硬压板，断开链路4.

即为最优二次安措。对比典型二次安措，减少了对线路保护装置检修压板和母线保护装置该线路间隔智能终端跳闸goose发送软压板的操作。l2对应的二次安措则减少了对线路保护装置检修压板和智能终端母线间隔跳闸goose接收软压板的操作。

典型二次安措和最优二次安措可靠性、操作复杂度对比如表6所示：

表6优化前后二次安措可靠性和复杂度对比

由表6可以看出，通过适当降低二次安措的可靠性，可以大幅度降低其操作的复杂度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。