CN109086518A - 一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，针对智能变电站输变电一次设备故障机理的复杂多样性，传统单一维度的设备状态信息评估难以有效挖掘出潜在的安全隐患，全面建立了包含历史数据、设备缺陷、试验数据、不良工况和状态检测在内的输变电一次设备综合评价体系，运用合作博弈理论得到各状态指标的组合权重，并利用变权公式对其权重进行修正；通过云模型得到定量指标对智能变电站输变电一次设备各状态等级的隶属度，然后结合层次分析法得到评估结果。该方法简单易行，可为智能变电站输变电一次设备和系统的状态检修工作提供理论依据。

Description

一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法

技术领域

本发明涉及一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法。

背景技术

随着智能变电站的快速发展，智能变电站输变电一次设备的状态检修在实际智能变电站的运维中的地位变得越来越重要。智能变电站输变电一次设备状态评估是状态检修的基础，更是理论上的指导，也是检修人员合理安排检修计划的重要参考。为此，研究人员对于智能变电站输变电一次设备的状态评估进行了大量研究工作，至今主要的难点问题还是如何确定评估指标和指标权重。评估指标直接关系到状态评估结果的好坏。实际中只能选取易于测量且对智能变电站输变电一次设备状态影响较大的特征量作为评估指标。《智能变电站二次设备状态的灰色层次聚类评估》考虑到智能变电站二次设备的故障原因的复杂性和模糊性，采用层次分析法和灰色聚类相结合的技术途径对智能变电站二次设备进行定性和定量的状态评估。《基于TOPSIS法的变电站一次设备智能化评估》针对智能变电站一次设备智能化的改造状态评估，引入逼近理想点评估方法对建立的多目标优化评估模型进行分析，取得了较好的评估效果。

随着国家电网公司颁布的IEC61850标准、《高压设备智能化技术导则》和《智能变电站技术导则》等系列标准，智能变电站输变电一次设备的状态评估必须由传统模式向新型模式转变，即既要考虑输变电一次设备运行参数值是否满足正常的约束条件，又要保障装设在高压一次设备如GIS、互感器、隔离开关、电力变压器等设备上的智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)传输实时运行数据的灵敏度和正确性。显然单一方法、单一设备状态检修已难以满足输变电一次设备状态评估的要求。智能变电站输变电一次设备状态评估的多因素性，传统单一维度信息来源无法有效挖掘出潜在的安全隐患。此外尽管国网状态评价中已明确规定权重，但仅仅是简单地打分后加权而已，这种权重算法也不匹配智能电网的发展。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，简单易行，可为智能变电站输变电一次设备和系统的状态检修工作提供理论依据。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，包括如下步骤：

1)全面建立包含各状态指标的输变电一次设备综合评价结构体系；所述状态指标包括但不限于历史数据、设备缺陷、试验数据、不良工况和状态检测；

各状态指标分为正常u₁、注意u₂、异常u₃和严重u₄四种情况，各状态指标所对应的评语集表示为V＝[u₁,u₂,u₃,u₄]；

2)运用合作博弈法得到各状态指标的组合权重，同时考虑到个别指标的异常波动，采用变权公式对其组合权重进行动态修正；

将几类确定权重的单一方法组合成一个集体，从一个整体角度采用合作博弈的思维重新构建出组合权重，分别采用不同的方法j(j＝1,2,…,n)计算出各状态指标的权重w_j，计算出n种权重w_j的组合权重W；

3)采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵；其中，假设正态云的数学期望曲线如下：

采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵R，额的具体过程如下：

①按照公式En′_i＝NORM(E_n,He²)生成以En为期望、He²为标准方差的正态随机数En′_i；其中En为熵、He为超熵；

②按照公式生成以Ex为期望，为标准方差的正态随机数x_i；其中Ex为期望；

③按照公式计算云滴(x_i,μ(x_i))；

④重复上述步骤①-③，直至产生N个云滴为止；

利用合作博弈确定的组合权重W和模糊评判矩阵R进行模糊综合评价，得到最终的评语集D，运算规则如下：

D＝W&R

&为加权平均算子。

在一较佳实施例中：所述历史数据包括但不限于弧垂、变压器绝缘运行状态参数、断路器操作机构的动作次数；

所述设备缺陷包括但不限于电力变压器的绝缘损坏、断路器机构卡涩、线路的绝缘子绝缘损坏；

所述试验数据包括但不限于交流耐压试验、绝缘子泄露电流测试、变压器油色谱分析、电气试验；

所述不良工况包括但不限于线路履冰、电力变压器内部故障、断路器机构误动作；

所述状态检测包括但不限于变压器运行状态、线路弧垂监测、断路器分合闸线圈电流和时间。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

针对智能变电站输变电一次设备故障机理的复杂多样性，传统单一维度的设备状态信息评估难以有效挖掘出潜在的安全隐患，本发明提供的一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，全面建立了包含历史数据、设备缺陷、试验数据、不良工况和状态检测在内的输变电一次设备综合评价体系，运用合作博弈理论得到各状态指标的组合权重，并利用变权公式对其权重进行修正；通过云模型得到定量指标对智能变电站输变电一次设备各状态等级的隶属度，然后结合层次分析法得到评估结果。该方法简单易行，可为智能变电站输变电一次设备和系统的状态检修工作提供理论依据。

具体实施方式

为了进一步的解释本发明专利的技术方案，接下来通过具体的实例，进行详细的阐述。

一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，包括如下步骤：

1)全面建立包含各状态指标的输变电一次设备综合评价结构体系；所述状态指标包括但不限于历史数据、设备缺陷、试验数据、不良工况和状态检测；

各状态指标分为正常u₁、注意u₂、异常u₃和严重u₄四种情况，各状态指标所对应的评语集表示为V＝[u₁,u₂,u₃,u₄]；

所述历史数据包括但不限于弧垂、变压器绝缘运行状态参数、断路器操作机构的动作次数；所述设备缺陷包括但不限于电力变压器的绝缘损坏、断路器机构卡涩、线路的绝缘子绝缘损坏；所述试验数据包括但不限于交流耐压试验、绝缘子泄露电流测试、变压器油色谱分析、电气试验；所述不良工况包括但不限于线路履冰、电力变压器内部故障、断路器机构误动作；所述状态检测包括但不限于变压器运行状态、线路弧垂监测、断路器分合闸线圈电流和时间。

2)运用合作博弈法得到各状态指标的组合权重，同时考虑到个别指标的异常波动，采用变权公式对其组合权重进行动态修正；

将几类确定权重的单一方法组合成一个集体，从一个整体角度采用合作博弈的思维重新构建出组合权重，分别采用不同的方法j(j＝1,2,…,n)计算出各状态指标的权重w_j，计算出n种权重w_j的组合权重W；

3)采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵；

云模型是一种处理模糊问题的理论。通过对概率论和模糊理论的有机交叉结合，经期望、熵和超熵重构成特定功能的发生器用来处理模糊数学问题。

设U是一个用确定数值描述的论域，C是论域U上的定性概念集，若存在参数x∈U是概念集C的一次随机出现，并记x对C的隶属度函数μ(x)∈[0,1]是稳定倾向的随机数，即：

μ:U→[0,1],x∈U x→μ(x)

称x在论域U上的分布为云(Cloud)，记为C(x)。

由众多的云滴(x,μ(x))聚合在一起便构成了云。云的数字特征包括期望Ex、熵En、超熵He。采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵。

假设正态云的数学期望曲线如下：

采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵R，额的具体过程如下：

①按照公式En_i＝NORM(E_n,He²)生成以En为期望、He²为标准方差的正态随机数En_i；其中En为熵、He为超熵；

②按照公式生成以Ex为期望，为标准方差的正态随机数x_i；其中Ex为期望；

③按照公式计算云滴(x_i,μ(x_i))；

④重复上述步骤①-③，直至产生N个云滴为止；

利用合作博弈确定的组合权重W和模糊评判矩阵R进行模糊综合评价，得到最终的评语集D，运算规则如下：

D＝W&R

&为加权平均算子。

实施例1

运用合作博弈法确定评估指标的组合权重后，由于当某个评估指标如线路弧垂由于受到恶劣天气的影响而急剧地变化时，其在评价指标体系中作用就会加强。为反映这种由于某些指标的剧烈变化，有必要引入变权处理，记权向量可用下式来表示

w_n＝[w(x₁) w(x₂) L w(x_n)] (2)

从而，各指标参数的归一化变权重值如下：

上式(3)可以比较客观地反映输变电一次设备个别评估指标严重偏离正常时影响整体可靠性的程度。式中，α表示变权参数，可取为0.2。

以电力变压器绝缘状态评估为例说明基于云模型的输变电一次设备整体状态评估的详细过程。根据电力变压器的绝缘状态对应的相对劣化度划分为四个等级区间：正常f₁[0,0.1)，注意f₂[0.1,0.5)，异常f₃[0.5,0.6)，严重f₄[0.6,1)∪[1,+∞)。正态云的数字特征采用文献《基于云理论的电力变压器绝缘状态评估方法》中的确定方法。其中，超熵He为常数取为0.01。运用正态云生成的步骤，不难得到反映电力变压器绝缘状态的单一指标C2H2含量的正态云模型。

当给出相对劣化度后可以很清晰地从正态云模型中看出它与某一状态的隶属程度。

根据文献《基于云理论的电力变压器绝缘状态评估方法》、《基于云理论的智能变电站二次设备状态评估》中给出的基于云模型的状态评估的详细步骤便可以获取输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵R。最后，利用合作博弈确定的组合权重集W和模糊评判矩阵进行模糊综合评价，得到最终的评语集D，运算规则如下

D＝W&R (4)

上式(4)中，&表示模糊算子，本文采用加权平均算子。

以文献《基于模糊综合评判的电力变压器运行状态评估模型》中给出的实例进行分析，可得隶属度T＝[0.054,0.1632,0.2789,0.6754]，由此可知输变电一次设备中，电力变压器整体绝缘处于严重状态，其余一次设备未见异常，与文献《基于模糊综合评判的电力变压器运行状态评估模型》结果一致。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (2)

1.一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)全面建立包含各状态指标的输变电一次设备综合评价结构体系；所述状态指标包括但不限于历史数据、设备缺陷、试验数据、不良工况和状态检测；

各状态指标分为正常u₁、注意u₂、异常u₃和严重u₄四种情况，各状态指标所对应的评语集表示为V＝[u₁,u₂,u₃,u₄]；

2)运用合作博弈法得到各状态指标的组合权重，同时考虑到个别指标的异常波动，采用变权公式对其组合权重进行动态修正；

将几类确定权重的单一方法组合成一个集体，从一个整体角度采用合作博弈的思维重新构建出组合权重，分别采用不同的方法j(j＝1,2,…,n)计算出各状态指标的权重w_j，计算出n种权重w_j的组合权重W；

3)采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵；其中，假设正态云的数学期望曲线如下：

采用正态云模型建立输变电一次设备状态评估的模糊评判矩阵R，额的具体过程如下：

①按照公式En′_i＝NORM(E_n,He²)生成以En为期望、He²为标准方差的正态随机数En′_i；其中En为熵、He为超熵；

②按照公式生成以Ex为期望，为标准方差的正态随机数x_i；其中Ex为期望；

③按照公式计算云滴(x_i,μ(x_i))；

④重复上述步骤①-③，直至产生N个云滴为止；

利用合作博弈确定的组合权重W和模糊评判矩阵R进行模糊综合评价，得到最终的评语集D，运算规则如下：

D＝W&R

&为加权平均算子。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站输变电一次设备状态评估的方法，其特征在于：所述历史数据包括但不限于弧垂、变压器绝缘运行状态参数、断路器操作机构的动作次数；

所述设备缺陷包括但不限于电力变压器的绝缘损坏、断路器机构卡涩、线路的绝缘子绝缘损坏；

所述试验数据包括但不限于交流耐压试验、绝缘子泄露电流测试、变压器油色谱分析、电气试验；

所述不良工况包括但不限于线路履冰、电力变压器内部故障、断路器机构误动作；

所述状态检测包括但不限于变压器运行状态、线路弧垂监测、断路器分合闸线圈电流和时间。