CN107392493A - 基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，它包括将智能变电站二次系统按照间隔划分，构造所有间隔下所有分布式功能拥有的逻辑节点LN集合和逻辑连接LC集合；构造每个二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上流经的LC集合；采用结构熵权法，求取全站所有间隔的权重，求取每个间隔下各分布式功能的权重；针对二次设备中逻辑节点的失效，分别求取逻辑节点失效时整个二次系统功能的扰动度和完整度；针对二次设备的失效，分别求取二次设备失效时整个二次系统功能的扰动度和完整度。本发明取得的有益效果：能够定量地评估逻辑节点LN或二次设备失效对智能变电站二次系统可靠性的影响程度。
Description
技术领域
本发明涉及变电站二次系统技术领域，特别是一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法。
背景技术
智能变电站二次系统实现着一次系统的监视、控制和保护，由于某个二次设备的故障导致若干功能无法正常运行，此时二次系统带病工作。智能变电站大量运用了合并单元、智能终端等新型设备，不同间隔的同类型元件可能影响不同的分布式功能，某间隔内元件可能同时影响本间隔和相关间隔的功能，直接或间接地影响智能变电站二次系统的运行和整个变电站的安全可靠运行。有必要引入新的指标评估二次系统的实时可靠性，以及二次设备失效对二次系统带来的扰动程度。
传统的可靠性理论是从统计和概率两个方面对设备或系统的可靠性进行评价。智能变电站二次系统的各子功能之间，既相互独立又有机联系，“相互独立”体现在不同间隔的功能的实现不依赖于其他间隔的功能，“有机联系”体现在：从智能站的全局来看，整个二次系统都是为一次系统的运行服务的，所有功能之间通过统一的数据源和控制源联系起来。随着二次系统研究的深入，既有的可靠性指标已经不足以全面表达系统的运行状况。在很多情况下，某二次设备的失效或停运不会直接导致相关一次设备的停运，此时，二次系统带病运行。为了体现出逻辑节点或二次设备失效对整个二次系统的影响，本发明专利引入了二次系统的扰动度和实时完整度来评估二次系统带病或降级运行的能力，并通过扰动度和实时完整度来定量表征。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，能够有助于定量地表征在逻辑节点LN或二次设备失效时，智能变电站二次系统可靠性受到的影响，通过扰动度来体现；LN或二次设备失效时智能变电站二次系统降级后的工作能力，通过二次系统的完整度定量表征。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，它包括有，所述方法步骤如下：
S1：将智能变电站二次系统按照间隔划分，构造所有间隔下所有分布式功能拥有的逻辑节点LN集合和逻辑连接LC集合；构造每个二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上流经的LC集合；
S2：采用结构熵权法，分别求取全站所有间隔的权重，求取每个间隔下各分布式功能的权重；
S3：针对二次设备中逻辑节点的失效，分别求取逻辑节点失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I；
S4：针对二次设备的失效，分别求取二次设备失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I。
进一步，所述方法还包括有：
S5：将智能变电站二次系统按照间隔划分，确定每个间隔包含分布式功能，依据IEC61850标准，确定各间隔下各分布式功能拥有的各逻辑节点LN和各逻辑连接LC；
S6：构造各间隔下各分布式功能拥有的LN集合和LC集合；所述LN集合包括某分布式功能拥有的逻辑节点LN；所述LC集合包括某分布式功能下各LN之间的逻辑连接LC；
S7：构造各二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上传输的LC集合。
进一步，步骤S2中，基于结构熵权法的各间隔权重、各间隔下各分布式功能权重的求取方法如下：
S21：为了量化各间隔的权重，由不同类型的多位专家对各间隔的重要度进行排序，得到各排序序号，形成排序表；再采用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得各间隔的权重；
S22：由不同类型的多位专家对线路、母线、主变间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表；再运用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得某间隔下各分布式功能的本地权重，即各分布式功能的权重在所在间隔权重中的百分比；
S23：将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重；
S24：对于某间隔下的保护功能，将它划分为各保护子功能，按照这些保护子功能的作用，赋予各保护子功能不同的权重系数；将某保护子功能的权重系数除以该间隔下所有保护子功能的权重系数之和，再乘以该保护功能的权重，得到该保护功能下某保护子功能的权重。
进一步，所述方法还包括有分布式功能的权重求取，求取方法如下：
1)确定专家人选；
专家组各成员应满足全面性、代表性和权威性，选择来自电力的设计、运维、测试部门的人员作为专家组各成员，同一组内的专家成员相互独立，互不干涉；
2)征询专家意见，对各分布式功能的重要度进行主观的打分和排序；
邀请M位专家填写调查表，各专家基于各自对N项指标的专业认知情况，以自然数对各指标进行排序，得到相应的各序号(1，2，…，N)，序号越小，表明该指标的重要性越高；
再汇总相应的各组调查表，得到M×N的排序矩阵A，为后续数据处理做准备；
由不同专家对线路、母线、主变等间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表A；
3)专家主观意见的隶属度处理；
对排序矩阵A中每个元素aij进行式(1)的处理，获得相应的隶属度bij，形成隶属度矩阵B；
bij是一个0～1之间的变量，定义为：
bij＝ln(m-aij)/ln(m-1) (1)
其中，aij是序号，记参评指标的总数为N，则m＝N+2；
4)对各专家打分形成的隶属度矩阵B进行客观化处理；
对隶属度矩阵B中的各列求取平均值，获得第j列(即第j个指标)的平均认识度bj，它表征了M位专家对第j个指标的共识，是对这些专家经验的综合：
针对隶属度矩阵B中的第j列数据，采用式(3)，求取第j列的认知盲度Qj，它表示了M位专家对第j个指标的意见分歧和不确定性：
定义整体的评价向量X，其中的元素xj(j＝1,2,3…,N)为考虑了各专家意见分歧后，专家组对第j个指标的总体认识度xj：
xj＝bj·(1-Qj) (4)
5)归一化处理；
将每个指标的总体认识度进行归一化处理，得到结构熵权法处理后各指标的权重；定义W为权重列向量，wj是第j项指标的权重，是专家意见的一致性的量化表示：
其中，xi是专家组对第i个指标的总体认识度，M是专家总人数；
6)针对某间隔下各分布式功能，用以上处理步骤，获得某间隔下各分布式功能的本地权重wj，即各分布式功能的权重占所在间隔中权重的百分比；
同理，采用以上处理步骤，对各间隔的重要度进行排序，得到各间隔的排序序号，形成排序表，经3)、4)、5)步的处理，获得各间隔的权重；
7)将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重。
进一步，步骤S3中逻辑节点失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S31：构造某逻辑节点LN失效时二次系统的扰动度D和完整度I；
S311：扰动度D：第l个逻辑节点LN失效或故障导致二次系统若干相关功能失效、这些失效功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的扰动度Dl：
其中，wj是第j个失效的二次功能的权重，A是第l个逻辑节点失效或故障导致无法正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S312：完整度I：第l个逻辑节点故障导致若干相关子功能失效、剩余正常工作功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的完整度Il：
其中，wk是第k个正常工作的二次功能的权重，R是正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S32：收集设备的运行状况信息，获得每个设备下各LN的失效情况；当某设备某个LN发生失效时，根据前述的各分布式功能的LN集合，找到被该LN失效所影响的各分布式功能及其权重，将这些失效功能的权重代入式(6)，得到某LN失效时二次系统的扰动度D；找到剩余正常工作的功能及其权重，将这些正常工作功能的权重代入(7)，得到某LN失效时二次系统的完整度I。
进一步，步骤S4中二次设备失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S41：针对保护装置的失效，先找到该保护装置拥有的LN集合，根据该LN集合中各逻辑节点LN、每个分布式功能拥有的LN集合，找到受影响的分布式功能及其权重，将它们代入(6)，得到某二次设备失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将它们代入(7)，得到某二次设备失效时二次系统的完整度；
S42：针对间隔交换机的失效，先找到流经该间隔交换机的各LC，带着这些受影响的LC到各分布式功能拥有的LC集合进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某交换机失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某间隔交换机失效时二次系统的完整度；
S43：针对某光纤的失效，先找到受该光纤失效影响的各LC，带着这些受影响LC到各分布式功能的LC集合中进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某光纤失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某光纤失效时二次系统的完整度。
进一步，步骤S1中智能变电站二次系统按间隔进行划分，可分为母线间隔、线路间隔和变压器间隔；再将上述三种间隔方式按电压等级进行分级。
进一步，所述母线间隔包括有：保护功能、控制功能、量测和计量功能；所述线路间隔包括有：保护功能、重合闸功能、间隔连锁功能、控制功能、量测和计量功能；所述变压器间隔包括有：保护功能、电压调节功能、开关控制功能、同步检查功能、量测和计量功能。
进一步，所述线路间隔保护功能包括有：纵差保护、距离保护、失灵保护；所述变压器间隔保护功能包括有：高压侧差动保护、高压侧复压闭锁过流保护、高压侧零序过流保护、中压侧差动保护、中压侧复压闭锁过流保护、中压侧零序过流保护、低压侧零序过流保护。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1.本发明的一个特色是运用结构熵权法对各间隔、各间隔下各分布式功能的重要度进行处理获得相应的权重。通过专家组各成员给各间隔、各间隔下各分布式功能进行主观打分和排序，然后在尊重专家主观意见的同时，运用结构熵权法进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理等，客观地获得了各指标的隶属度，这样尽可能降低了由专家意见的不全面或偏颇对指标权重造成的影响，增加了指标处理的客观性，比传统的只利用主观权重的熵权法更具有可信度。
2.本发明构造了分布式功能的三级赋予权重的方式，即第一层是对各间隔赋予权重，第二层是对某间隔下各分布式功能赋予权重，第三层是对保护功能再赋予权重。三层赋予权重方式保证了赋予权重过程的层次性和科学性。
3.提出了各LN失效或二次设备失效情况下二次系统的扰动度和完整度，从而准确地定量地评估某个环节或设备失效对二次系统的扰动程度，反映了二次系统功能完成的整体情况。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的线路间隔下保护功能的各逻辑节点之间的交互图。
图3为本发明的某智能变电站的电气接线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1至图3所示；一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，它包括有：所述方法步骤如下：
S1：将智能变电站二次系统按照间隔划分，构造所有间隔下所有分布式功能拥有的逻辑节点LN集合和逻辑连接LC集合；构造每个二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上流经的LC集合；
S2：采用结构熵权法，分别求取全站所有间隔的权重，求取每个间隔下各分布式功能的权重；
S3：针对二次设备中逻辑节点的失效，分别求取逻辑节点失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I；
S4：针对二次设备的失效，分别求取二次设备失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I。
所述方法还包括有：
S5：将智能变电站二次系统按照间隔划分，确定每个间隔包含分布式功能，依据IEC61850标准，确定各间隔下各分布式功能拥有的各逻辑节点LN和各逻辑连接LC；
S6：构造各间隔下各分布式功能拥有的LN集合和LC集合；所述LN集合包括某分布式功能拥有的逻辑节点LN；所述LC集合包括某分布式功能下各LN之间的逻辑连接LC；
S7：构造各二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上传输的LC集合。
步骤S2中，基于结构熵权法的各间隔权重、各间隔下各分布式功能权重的求取方法如下：
S21：为了量化各间隔的权重，由不同类型的多位专家对各间隔的重要度进行排序，得到各排序序号，形成排序表；再采用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得各间隔的权重；
S22：由不同类型的多位专家对线路、母线、主变间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表；再运用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得某间隔下各分布式功能的本地权重，即各分布式功能的权重在所在间隔权重中的百分比；
S23：将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重；
S24：对于某间隔下的保护功能，将它划分为各保护子功能，按照这些保护子功能的作用，赋予各保护子功能不同的权重系数；将某保护子功能的权重系数除以该间隔下所有保护子功能的权重系数之和，再乘以该保护功能的权重，得到该保护功能下某保护子功能的权重。
所述方法还包括有分布式功能的权重求取，求取方法如下：
1)确定专家人选；
专家组各成员应满足全面性、代表性和权威性，选择来自电力的设计、运维、测试部门的人员作为专家组各成员，同一组内的专家成员相互独立，互不干涉；
2)征询专家意见，对各分布式功能的重要度进行主观的打分和排序；
邀请M位专家填写调查表，各专家基于各自对N项指标的专业认知情况，以自然数对各指标进行排序，得到相应的各序号(1，2，…，N)，序号越小，表明该指标的重要性越高；
再汇总相应的各组调查表，得到M×N的排序矩阵A，为后续数据处理做准备；
由不同专家对线路、母线、主变等间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表A；
3)专家主观意见的隶属度处理；
对排序矩阵A中每个元素aij进行式(1)的处理，获得相应的隶属度bij，形成隶属度矩阵B；
bij是一个0～1之间的变量，定义为：
bij＝ln(m-aij)/ln(m-1) (1)
其中，aij是序号，记参评指标的总数为N，则m＝N+2；
4)对各专家打分形成的隶属度矩阵B进行客观化处理；
对隶属度矩阵B中的各列求取平均值，获得第j列(即第j个指标)的平均认识度bj，它表征了M位专家对第j个指标的共识，是对这些专家经验的综合：
针对隶属度矩阵B中的第j列数据，采用式(3)，求取第j列的认知盲度Qj，它表示了M位专家对第j个指标的意见分歧和不确定性：
定义整体的评价向量X，其中的元素xj(j＝1,2,3…,N)为考虑了各专家意见分歧后，专家组对第j个指标的总体认识度xj：
xj＝bj·(1-Qj) (4)
5)归一化处理；
将每个指标的总体认识度进行归一化处理，得到结构熵权法处理后各指标的权重；定义W为权重列向量，wj是第j项指标的权重，是专家意见的一致性的量化表示：
其中，xi是专家组对第i个指标的总体认识度，M是专家总人数；
6)针对某间隔下各分布式功能，用以上处理步骤，获得某间隔下各分布式功能的本地权重wj，即各分布式功能的权重占所在间隔中权重的百分比；
同理，采用以上处理步骤，对各间隔的重要度进行排序，得到各间隔的排序序号，形成排序表，经3)、4)、5)步的处理，获得各间隔的权重；
7)将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重。
步骤S3中逻辑节点失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S31：构造某逻辑节点LN失效时二次系统的扰动度D和完整度I；
S311：扰动度D：第l个逻辑节点LN失效或故障导致二次系统若干相关功能失效、这些失效功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的扰动度Dl：
其中，wj是第j个失效的二次功能的权重，A是第l个逻辑节点失效或故障导致无法正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S312：完整度I：第l个逻辑节点故障导致若干相关子功能失效、剩余正常工作功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的完整度Il：
其中，wk是第k个正常工作的二次功能的权重，R是正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S32：收集设备的运行状况信息，获得每个设备下各LN的失效情况；当某设备某个LN发生失效时，根据前述的各分布式功能的LN集合，找到被该LN失效所影响的各分布式功能及其权重，将这些失效功能的权重代入式(6)，得到某LN失效时二次系统的扰动度D；找到剩余正常工作的功能及其权重，将这些正常工作功能的权重代入(7)，得到某LN失效时二次系统的完整度I。
步骤S4中二次设备失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S41：针对保护装置的失效，先找到该保护装置拥有的LN集合，根据该LN集合中各逻辑节点LN、每个分布式功能拥有的LN集合，找到受影响的分布式功能及其权重，将它们代入(6)，得到某二次设备失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将它们代入(7)，得到某二次设备失效时二次系统的完整度；
S42：针对间隔交换机的失效，先找到流经该间隔交换机的各LC，带着这些受影响的LC到各分布式功能拥有的LC集合进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某交换机失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某间隔交换机失效时二次系统的完整度；
S43：针对某光纤的失效，先找到受该光纤失效影响的各LC，带着这些受影响LC到各分布式功能的LC集合中进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某光纤失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某光纤失效时二次系统的完整度。
步骤S1中智能变电站二次系统按间隔进行划分，可分为母线间隔、线路间隔和变压器间隔；再将上述三种间隔方式按电压等级进行分级。如母线间隔还可进一步划分为220kV母线间隔、110kV母线间隔和35kV母线间隔等，线路间隔和变压器间隔类推。
所述母线间隔包括有：保护功能、控制功能、量测和计量功能；所述线路间隔包括有：保护功能、重合闸功能、间隔连锁功能、控制功能、量测和计量功能；所述变压器间隔包括有：保护功能、电压调节功能、开关控制功能、同步检查功能、量测和计量功能。
所述线路间隔保护功能包括有：纵差保护、距离保护、失灵保护；所述变压器间隔保护功能包括有：高压侧差动保护、高压侧复压闭锁过流保护、高压侧零序过流保护、中压侧差动保护、中压侧复压闭锁过流保护、中压侧零序过流保护、低压侧零序过流保护。
图2中给出了纵差保护、距离保护的逻辑节点组成、各逻辑节点之间的逻辑连接。纵差保护的逻辑节点由TCTR1、TCTR2、PLDF、PTRC、XCBR1、IHMI等组成、距离保护的逻辑节点TVTR1、TCTR2、PDIS、PTRC、XCBR2、IHMI等组成。
下面结合图3某智能变电站电气接线图，对本发明的技术内容进行详细的具体说明。
该智能变电站二次系统的分布式功能集合F＝{f1,f2,…fn}。
对于某间隔，包括装置集合B、各装置包含的LN集合N。
间隔i的装置集合Bi＝{I1，I2…，In}。
装置Ii包含的LN集合NIi＝{LN1，LN2…，LNn}。
分布式功能i的描述fi＝(Nfi，Cfi)。
其中，Nfi为该分布式功能包含的LN集合，Nfi＝{LN1，LN2…，LNn}，其中各LN是相应IED中的某个LN。
Cfi为该分布式功能中各LN之间的LC集合，Cfi＝{LC1，LC2…，LCn}，其中各LC是某两个LN之间的LC。
某交换机i流经的LC集合Si＝{LC1，LC2…，LCn}。
本申请以线路间隔下距离保护功能fL220-1-1为例进行说明。
fL220-1-1＝{NL220-1-1，CL220-1-1}。
其中，NL220-1-1为距离保护功能fL220-1-1的LN集合，CL220-1-1为距离保护功能fL220-1-1的LC集合。
NL220-1-1＝{TCTR，TVTR，PDIS，XCBR，ITMI，ITCI，IHMI}。
即距离保护功能fL220-1-1的LN集合NL220-1-1包含TCTR，TVTR等LN节点。
CL220-1-1＝{<IHMI,PDIS>cL220-1-1-3，<PDIS,XCBR>cL220-1-1-4，<TCTR,PDIS>cL220-1-1-5，<TVTR,PDIS>cL220-1-1-6，<ITMI,PDIS>cL220-1-1-1，<ITCI,PDIS>cL220-1-1-2}。
即距离保护功能fL220-1-1的LC集合CL220-1-1包含逻辑节点IHMI和PDIS之间、PDIS和XCBR之间、TCTR和PDIS之间等的逻辑连接。
先计算各间隔及其下属各分布式功能的权重。
为了保证专家排序结果的科学性、权威性和全面性，专家组由2名学者、2名运维人员、2名工程调试人员组成。各专家组成员对各间隔的重要度进行排序和打分，将专家组成员对各间隔重要度的排序和打分结果，通过上述的结构熵权法进行处理，获得各间隔的权重，如表1所示。
表1各间隔的权重计算表
由专家组成员分别对线路、母线、主变间隔下各分布式功能的重要度进行排序和打分，形成各间隔各分布式功能的排序表，计算某间隔下各分布式功能的本地权重。线路间隔、母线间隔和主变间隔的各分布式功能的本地权重分别如表2、表3、表4所示。
表2线路间隔下各分布式功能的本地权重
表3母线间隔内各分布式功能的本地权重
表4主变间隔内各分布式功能的本地权重
用各分布式功能的本地权重乘以所在间隔的权重，获得各间隔下各分布式功能在整个二次系统中的权重，如表5所示。
需要额外说明的是，对于220kV线路间隔，虽然保护功能整体的权重比同间隔其它分布式功能的权重大，但由于保护功能被分解为多个相互配合的子保护功能(如纵差保护、距离保护、失灵保护等)，使得分解后的子保护功能的权重较其它分布式功能的权重小，不过这些保护子功能相互配合保证了保护功能的顺利完成。
以220kV线路保护为例，说明220kV线路的各保护子功能的权重的计算方法。
分别取220kV线路纵差保护PLDF的权重系数SA、距离保护PDIS的权重系数SB、失灵保护RBRF的权重系数SC分别为6、6、6。
记220kV线路纵差保护功能的权重为wL-220-P-A，距离保护功能的权重为wL-220-P-B，失灵保护功能的权重为wL-220-P-C，计算如下：
表5智能变电站各子功能的权重
再对LN失效、二次设备失效时二次系统的扰动度和完整度进行求解。
针对图3所示的智能变电站。该变电站共有29个间隔，其中4个220kV进线间隔，2个220kV母线间隔，2个主变间隔，2个110kV母线间隔，8个110kV线路间隔，1个35kV母线间隔，10个35kV线路间隔。
下面分别以220kV线路间隔的TVTR和TCTR故障为例，说明扰动度和完整度的求解方法。
如果220kV线路间隔的TCTR发生故障，某些相关的二次系统子功能将无法正常工作，包括220kV线路保护系统的纵差保护、距离保护、失灵保护、220kV母线保护功能、220kV线路间隔的量测和计量功能、220kV母线的量测、计量功能等。220kV线路间隔的距离保护的权重、220kV线路间隔的量测和计量功能的权重、220kV母线间隔的量测和计量功能的权重分别为wL-220-P-B、w220-L-M、w220-B-M。分别记TCTR失效时二次系统的扰动度和实时完整度为D220-L-CT、I220-L-CT：
I220-L-CT＝1-D220-L-CT＝93.9883％。
如果220kV线路间隔的TVTR发生故障，只使用电流量的保护仍然正常工作，而用到电压量的保护将无法正常工作，如220kV线路间隔的距离保护、220kV线路间隔的量测和计量功能、220kV母线间隔的量测和计量功能。分别记TVTR失效时二次系统的扰动度和实时完整度为D220-L-PT和I220-L-PT：
I220-L-PT＝1-D220-L-PT＝97.66％
以上分母为全站各间隔权重之和。
同理，计算得到其余逻辑节点的扰动度和二次系统的完整度，如表6所示。表6各逻辑节点失效下的智能变电站二次系统的实时可靠性
再求解二次设备失效时二次系统的扰动度和完整度。
各间隔下各二次设备分别失效时二次系统的扰动度和完整度，如表7所示。
表7各二次设备失效下的智能变电站二次系统的扰动度和完整度
本发明考虑了在对智能变电站二次系统进行功能分解的基础上，利用结构熵权法分别对各间隔，各间隔下各分布式功能求取权重，避免了主观赋予权重的弊端，能够反映LN、二次设备、LC失效对二次系统正常工作的影响，通过扰动度和完整度，能够定量地表征二次系统带病工作的能力，弥补了现有可靠性评估方法无法定量表征系统带病工作能力的不足。
本发明具有的有益效果：本发明公开提供了一种基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法。将智能变电站二次系统按间隔划分，构造各间隔下各分布式功能的逻辑节点集合和逻辑连接集合。多位专家分别为各间隔、各间隔下各分布式功能的重要度打分排序，形成排序表。运用结构熵权法，对各排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，获得各间隔及其分布式功能的权重。构造逻辑节点或二次设备失效时二次系统的扰动度和完整度，表征二次系统的实时可靠性。当某逻辑节点或二次设备失效，得到相应失效的保护，计算获得相应的扰动度和实时完整度。本发明能够定量地评估智能变电站降级工作后的能力、逻辑节点或二次设备失效对智能变电站二次系统可靠性的影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
S1：将智能变电站二次系统按照间隔划分，构造所有间隔下所有分布式功能拥有的逻辑节点LN集合和逻辑连接LC集合；构造每个二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上流经的LC集合；
S2：采用结构熵权法，分别求取全站所有间隔的权重，求取每个间隔下各分布式功能的权重；
S3：针对二次设备中逻辑节点的失效，分别求取逻辑节点失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I；
S4：针对二次设备的失效，分别求取二次设备失效时整个二次系统功能的扰动度D和完整度I。
2.如权利要求1所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：所述方法还包括有：
S5：将智能变电站二次系统按照间隔划分，确定每个间隔包含分布式功能，依据IEC61850标准，确定各间隔下各分布式功能拥有的各逻辑节点LN和各逻辑连接LC；
S6：构造各间隔下各分布式功能拥有的LN集合和LC集合；所述LN集合包括某分布式功能拥有的逻辑节点LN；所述LC集合包括某分布式功能下各LN之间的逻辑连接LC；
S7：构造各二次设备拥有的LN集合；构造交换机、光纤通信设备上传输的LC集合。
3.如权利要求1所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：步骤S2中，基于结构熵权法的各间隔权重、各间隔下各分布式功能权重的求取方法如下：
S21：为了量化各间隔的权重，由不同类型的多位专家对各间隔的重要度进行排序，得到各排序序号，形成排序表；再采用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得各间隔的权重；
S22：由不同类型的多位专家对线路、母线、主变间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表；再运用结构熵权法，对该排序表进行隶属度处理、客观化处理、归一化处理，计算获得某间隔下各分布式功能的本地权重，即各分布式功能的权重在所在间隔权重中的百分比；
S23：将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重；
S24：对于某间隔下的保护功能，将它划分为各保护子功能，按照这些保护子功能的作用，赋予各保护子功能不同的权重系数；将某保护子功能的权重系数除以该间隔下所有保护子功能的权重系数之和，再乘以该保护功能的权重，得到该保护功能下某保护子功能的权重。
4.如权利要求3所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：所述方法还包括有分布式功能的权重求取，求取方法如下：
1)确定专家人选；
专家组各成员应满足全面性、代表性和权威性，选择来自电力的设计、运维、测试部门的人员作为专家组各成员，同一组内的专家成员相互独立，互不干涉；
2)征询专家意见，对各分布式功能的重要度进行主观的打分和排序；
邀请M位专家填写调查表，各专家基于各自对N项指标的专业认知情况，以自然数对各指标进行排序，得到相应的各序号(1，2，…，N)，序号越小，表明该指标的重要性越高；
再汇总相应的各组调查表，得到M×N的排序矩阵A，为后续数据处理做准备；
由不同专家对线路、母线、主变等间隔下各分布式功能的重要度进行排序，得到各间隔下各分布式功能的排序序号，形成排序表A；
3)专家主观意见的隶属度处理；
对排序矩阵A中每个元素aij进行式(1)的处理，获得相应的隶属度bij，形成隶属度矩阵B；
bij是一个0～1之间的变量，定义为：
bij＝ln(m-aij)/ln(m-1) (1)
其中，aij是序号，记参评指标的总数为N，则m＝N+2；
4)对各专家打分形成的隶属度矩阵B进行客观化处理；
对隶属度矩阵B中的各列求取平均值，获得第j列(即第j个指标)的平均认识度bj，它表征了M位专家对第j个指标的共识，是对这些专家经验的综合：
<mrow>
<msub>
<mi>b</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>M</mi>
</mfrac>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>M</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
针对隶属度矩阵B中的第j列数据，采用式(3)，求取第j列的认知盲度Qj，它表示了M位专家对第j个指标的意见分歧和不确定性：
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>|</mo>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>...</mo>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mi>j</mi>
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<mo>,</mo>
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<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>...</mo>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>b</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
定义整体的评价向量X，其中的元素xj(j＝1,2,3…,N)为考虑了各专家意见分歧后，专家组对第j个指标的总体认识度xj：
xj＝bj·(1-Qj) (4)
5)归一化处理；
将每个指标的总体认识度进行归一化处理，得到结构熵权法处理后各指标的权重；定义W为权重列向量，wj是第j项指标的权重，是专家意见的一致性的量化表示：
<mrow>
<msub>
<mi>w</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>/</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>M</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，xi是专家组对第i个指标的总体认识度，M是专家总人数；
6)针对某间隔下各分布式功能，用以上处理步骤，获得某间隔下各分布式功能的本地权重wj，即各分布式功能的权重占所在间隔中权重的百分比；
同理，采用以上处理步骤，对各间隔的重要度进行排序，得到各间隔的排序序号，形成排序表，经3)、4)、5)步的处理，获得各间隔的权重；
7)将某间隔下各分布式功能的本地权重与所在间隔的权重相乘，获得该间隔下各分布式功能的权重。
5.如权利要求4所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：步骤S3中逻辑节点失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S31：构造某逻辑节点LN失效时二次系统的扰动度D和完整度I；
S311：扰动度D：第l个逻辑节点LN失效或故障导致二次系统若干相关功能失效、这些失效功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的扰动度Dl：
<mrow>
<msub>
<mi>D</mi>
<mi>l</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>A</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>w</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>S</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>w</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，wj是第j个失效的二次功能的权重，A是第l个逻辑节点失效或故障导致无法正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S312：完整度I：第l个逻辑节点故障导致若干相关子功能失效、剩余正常工作功能的权重之和与全站二次系统功能的权重之和的比值定义为逻辑节点l失效时二次系统的完整度Il：
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>l</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>R</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>w</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>S</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>w</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>7</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，wk是第k个正常工作的二次功能的权重，R是正常工作的子功能集合，S是全站二次功能集合；
S32：收集设备的运行状况信息，获得每个设备下各LN的失效情况；当某设备某个LN发生失效时，根据前述的各分布式功能的LN集合，找到被该LN失效所影响的各分布式功能及其权重，将这些失效功能的权重代入式(6)，得到某LN失效时二次系统的扰动度D；找到剩余正常工作的功能及其权重，将这些正常工作功能的权重代入(7)，得到某LN失效时二次系统的完整度I。
6.如权利要求5所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：步骤S4中二次设备失效时，整个二次系统功能的扰动度D和完整度I求取方法如下：
S41：针对保护装置的失效，先找到该保护装置拥有的LN集合，根据该LN集合中各逻辑节点LN、每个分布式功能拥有的LN集合，找到受影响的分布式功能及其权重，将它们代入(6)，得到某二次设备失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将它们代入(7)，得到某二次设备失效时二次系统的完整度；
S42：针对间隔交换机的失效，先找到流经该间隔交换机的各LC，带着这些受影响的LC到各分布式功能拥有的LC集合进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某交换机失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某间隔交换机失效时二次系统的完整度；
S43：针对某光纤的失效，先找到受该光纤失效影响的各LC，带着这些受影响LC到各分布式功能的LC集合中进行比较和查找，找到对应LC受影响的分布式功能及其权重，将这些失效分布式功能的权重代入(6)，得到某光纤失效时二次系统的扰动度；找到剩余的正常工作的功能及其权重，将仍正常工作功能的权重代入(7)，得到某光纤失效时二次系统的完整度。
7.如权利要求1所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：步骤S1中智能变电站二次系统按间隔进行划分，可分为母线间隔、线路间隔和变压器间隔；再将上述三种间隔方式按电压等级进行分级。
8.如权利要求7所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：所述母线间隔包括有：保护功能、控制功能、量测和计量功能；所述线路间隔包括有：保护功能、重合闸功能、间隔连锁功能、控制功能、量测和计量功能；所述变压器间隔包括有：保护功能、电压调节功能、开关控制功能、同步检查功能、量测和计量功能。
9.如权利要求8所述的基于结构熵权法的智能变电站二次系统完整度评估方法，其特征在于：所述线路间隔保护功能包括有：纵差保护、距离保护、失灵保护；所述变压器间隔保护功能包括有：高压侧差动保护、高压侧复压闭锁过流保护、高压侧零序过流保护、中压侧差动保护、中压侧复压闭锁过流保护、中压侧零序过流保护、低压侧零序过流保护。
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