CN109711687A - 一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于绝缘子状态综合评估技术领域，尤其涉及一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法。该方法包括如下步骤：S1、建立绝缘子状态模糊评价指标层，根据绝缘子历史运行数据及其所处环境因素的影响，定义对绝缘子状态的评价等级；S2、将绝缘子状态模糊评价指标层中各项指标的权重进行归一化；S3、利用改进熵值法对归一化后的各项指标进行变权，得到归一化后的各项指标的权系数矩阵；S4、通过权系数矩阵得到模糊评判集，根据模糊评判集，利用加权平均原则，得到绝缘子状态对应的评价值和评价等级。该方法克服现有评估方法单一问题，考虑绝缘子历史运行数据及其所处环境因素等影响，解决线路绝缘子安全状态综合评估问题。

Description

一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法

技术领域

本发明属于绝缘子状态综合评估技术领域，尤其涉及一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法。

背景技术

随着我国经济不断发展，电力建设日趋完善，超高压电网已成为各省公司的骨干网络，超高压输电线路具有电压等级高、输送容量大、跨越距离远、穿越地形复杂等特点，且工业污染与雷电、覆冰等微地形微气象易导致绝缘子闪络，引起线路跳闸，甚至造成事故停运，严重影响电网的安全稳定运行。因而对绝缘子状态进行安全评估对于电网运行尤为重要。

近年来，对于绝缘子状态安全评估主要是通过现场红外监测、软件仿真及相关电气试验如老化实验等进行实现，但存在方法单一，很少考虑绝缘子所处环境因素，没有形成系统性的评估方式，易造成评估误差，影响对绝缘子运行状态的判断。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法，该方法克服现有评估方法单一问题，考虑绝缘子历史运行数据及其所处环境因素等影响，提供一种适用于各电压等级的绝缘子状态评估方法，解决线路绝缘子安全状态综合评估问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法，包括如下步骤：

S1、建立绝缘子状态模糊评价指标层，即选择两个项目层，然后建立每个所述项目层的指标层；所述两个项目层为固有因素和环境参数；

根据绝缘子历史运行数据及其所处环境因素的影响，定义对绝缘子状态的评价等级；

S2、将绝缘子状态模糊评价指标层中各项指标的权重进行归一化；

S3、利用改进熵值法对归一化后的各项指标进行变权，得到归一化后的各项指标的权系数矩阵；

S4、通过权系数矩阵得到模糊评判集，根据模糊评判集，利用加权平均原则，得到绝缘子状态对应的评价值和评价等级。

进一步地，固有因素的指标层包括闪络次数和运行年限；

环境参数的指标层包括温度、湿度和气候条件。

进一步地，在所述步骤S1中，评价等级采用4级制能，将绝缘子的状态情况分为“危险”、“合格”、“良好”和“优异”。

进一步地，所述步骤S2中，对各项指标中越小越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C₀₁-C_i)/(C₀₁-C₀)，i＝1,2,...,m；

对各项指标中对越大越优型指标的归一化处理方法为：

x_i＝(C_i-C₀₁)/(C₀-C₀₁)，i＝1,2,...,m；

其中，x_i为指标i归一化后的值，C₀为该指标的最优值，C₀₁为该指标的注意值，C_i为该指标的实测值。

进一步地，在所述步骤S4中，通过权系数矩阵得到模糊评判集时，取算子为模糊合成算子。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的方法，通过应用模糊数学，根据绝缘子状态因素(即评价指标)和对评价指标相对重要性大小的估测，结合绝缘子历史运行数据及所处环境因素，对绝缘子安全状态进行综合评估。该方法弥补了软件仿真、现场红外测量以及试验测量等现有方法的单一不足，完善了线路绝缘子安全状态的综合评定，为线路绝缘子的设计及安全运行提供了有利参考。

附图说明

图1为本发明的基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法的流程图；

图2为本发明的基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法的评估因素的示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本实施方式提出一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法，包括如下步骤：

S1、建立绝缘子状态模糊评价指标层，选择两个项目层，即固有因素和环境参数，然后建立项目层的指标层U。指标层U包括m种评价指标。

U＝{u₁,u₂,...u_m}

其中，u_i表示第i个评价指标。

确定绝缘子状态模糊评价等级V，包括n个评价结果。

V＝{v₁,v₂,...v_n}

其中，v_j表示第j个评价结果。

S2、对越小越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C₀₁-C_i)/(C₀₁-C₀)，i＝1,2,...,m；

对越大越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C_i-C₀₁)/(C₀-C₀₁)，i＝1,2,...,m；

其中，x_i为第i个评价指标归一化后的值，C₀为该评价指标的最优值，C₀₁为该评价指标的注意值，C_i为该评价指标的实测值。

通过p名专家对评价指标进行权重评判，将专家评判权重进行归一化处理，如下式所示：

其中，σ_i表示第i个评价指标经专家评判后的权重值，σ_pm表示第p名专家对第m个评价指标的权重评判。

根据评价矩阵R_ji确定某项指标i的熵值表达式e_i，如下：

其中，k为系数，k＞0，且k＝1/lnm；0≤e_i≤1；p(rji)表示数据差异性，

S3、对于给定的指标i，r_ji差异性越大，则e_i越小，即指标i在综合评估中的重要度越高。现定义一个与指标测量数据相关的差异性系数H_i：

其中，i＝1,2,...,m。

利用改进熵值法对归一化后的第i个评价指标进行变权变权形式为：

其中，为第i个评价指标变权后的权重值，为对第i个评价指标的权重经差异性系数调整后的值，且

得到权系数矩阵W,

S4、通过权系数矩阵W和评价矩阵R的模糊变换得到模糊评判集S。

其中，为模糊合成算子，此处取算子，公式如下：

根据加权平均原则，取“1，2，...，n”依次体现各评价等级的重要性，得到绝缘子状态的对应值如下：

最后根据计算得到的绝缘子状态对应值，分析该绝缘子所处状态情况。

现结合说明书附图和具体实施例，对本发明进一步说明：

实施例1

如图1所示，为本发明的基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法的流程图，包括如下步骤：

如图2所示，建立绝缘子状态模糊评价指标层，选择两个项目层，即固有因素和环境参数，然后建立项目层的指标层。

在本实施例中，指标层种包括5种绝缘子状态评价因素(即，评价指标m＝5)：闪络次数、运行年限、温度、湿度和气候条件。

将绝缘子状态模糊评价等级统一设为{危险(V₁)，合格(V₂)，良好(V₃)，优异(V₄)}，即评价等级n＝4。“优异”表示绝缘子绝缘性能稳定，发生闪络可能性极低；“良好”表示绝缘子绝缘性能基本稳定，发生闪络可能性低；“合格”表示绝缘子绝缘性能降低，发生闪络可能性较之以前阶段有所增加，但整体工作性能仍能够满足电力系统的要求，不需要对进行更换；“危险”表明绝缘子整体工作性能欠佳，发生闪络的可能性很高，应及时对绝缘子进行更换。

在本实施例中，相关经验数据表明，相对湿度大于70％时开始形成导电水膜，相对湿度至95％时达到饱和，大于95％时充足的水分能流失和稀释导电水膜，跳闸率反而降低。取闪络次数150次为注意值；温度低于10℃时比较容易发生闪络，最佳温度取25℃；取复合绝缘子寿命周期为15年。选取一组绝缘子数据进行分析，通过专家评判对该数据进行归一化处理。

对越小越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C₀₁-C_i)/(C₀₁-C₀)，i＝1,2,...,5；

对越大越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C_i-C₀₁)/(C₀-C₀₁)，i＝1,2,...,5；

其中，x_i为第i个评价指标归一化后的值，C₀为该评价指标的最优值，C₀₁为该评价指标的注意值，C_i为该评价指标的实测值。

通过5名专家对评价指标进行权重评判，将专家评判权重进行归一化处理，如下式所示：

其中，σ_pm表示第p名专家对第m个评价指标的权重评判，本实施方式中，p＝5。

根据评价矩阵R_ji确定某项指标i的熵值表达式e_i，如下：

其中，k为系数，k＞0，且k＝1/lnm；0≤e_i≤1；p(rji)表示数据差异性，

对于给定的指标i，r_ji差异性越大，则e_i越小，即指标i在综合评估中的重要度越高。现定义一个与指标测量数据相关的差异性系数H_i：

其中，i＝1,2,...，5。

利用改进熵值法对归一化后的第i个评价指标进行变权变权形式为：

其中，为第i个评价指标变权后的权重值，为对第i个评价指标的权重经差异性系数调整后的值，且

得到权系数矩阵W,

通过权系数矩阵W和评价矩阵R的模糊变换得到模糊评判集S。

其中，为模糊合成算子，此处取算子，公式如下：

根据加权平均原则，取“1，2，3，4”依次体现各评价等级的重要性，得到绝缘子状态的对应值如下：

最后根据计算得到的绝缘子状态对应值，分析该绝缘子所处状态情况。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于改进熵值法的绝缘子状态模糊评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立绝缘子状态模糊评价指标层，即选择两个项目层，然后建立每个所述项目层的指标层；所述两个项目层为固有因素和环境参数；

根据绝缘子历史运行数据及其所处环境因素的影响，定义对绝缘子状态的评价等级；

S2、将绝缘子状态模糊评价指标层中各项指标的权重进行归一化；

S3、利用改进熵值法对归一化后的各项指标进行变权，得到归一化后的各项指标的权系数矩阵；

S4、通过权系数矩阵得到模糊评判集，根据模糊评判集，利用加权平均原则，得到绝缘子状态对应的评价值和评价等级。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，固有因素的指标层包括闪络次数和运行年限；

环境参数的指标层包括温度、湿度和气候条件。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，评价等级采用4级制能，将绝缘子的状态情况分为“危险”、“合格”、“良好”和“优异”。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对各项指标中越小越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C₀₁-C_i)/(C₀₁-C₀)，i＝1,2,...,m；

对各项指标中对越大越优型指标的归一化处理方法为：x_i＝(C_i-C₀₁)/(C₀-C₀₁)，i＝1,2,...,m；

其中，x_i为指标i归一化后的值，C₀为该指标的最优值，C₀₁为该指标的注意值，C_i为该指标的实测值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，通过权系数矩阵得到模糊评判集时，取算子为模糊合成算子。