CN110399590A - 一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电器智能化技术领域，尤其涉及一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法。包括：从交流接触器AC‑4条件下的全寿命测试系统中获得数据，并对数据进行特征提取；建立交流接触器状态评估指标体系；常权重系数的确定；变权重系数的确定；建立评价模型的因素集和评判集；确定隶属函数；合成模糊综合评判结果；根据评估结果给出交流接触器的检修策略。本发明能够安全可靠运行，能够合理准确地反映每个参数对交流接触器电寿命状态的影响，使评判结果更加真实准确，对提高电网可靠供电具有十分重要意义。

Description

一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法

技术领域

本发明属于电器智能化技术领域，尤其涉及一种基于变权重系数的交流接触 器状态评估方法。

背景技术

交流接触器广泛应用在各种电气控制线路中，主要负责接通与切断交流回路， 其工作状态直接影响用电系统的可靠性。交流接触器的机械寿命达百万次以上， 而电寿命远远小于机械寿命，是评价交流接触器运行状态的重要指标。所以对交 流接触器电寿命运行状态进行准确评估，能以最小代价对设备进行维修决策，制 定最佳的管理措施，对提高电力系统的可靠性和安全性具有重要意义。对交流接 触器状态的评价要涉及到多因素和多层次，是在多个因素相互作用下的综合结果， 所以指标权重的确定尤为重要。常权重系数不会因状态量的变化而发生改变，当 交流接触器的某一状态量数值严重偏离正常值时，即交流接触器某一方面性能已 严重下降时，若只根据常权重系数来进行寿命状态评估，由于该状态量权重占整 体比例并不大，交流接触器的整体评价结果可能还是正常水平，由此造成很大安 全隐患。因此仅仅使用静态权重系数还不能准确地反映交流接触器真实的运行状 态。以模糊数学为基础的模糊综合评判法，在对多因素、多层次的复杂问题评判 效果比较好。

(一)层次分析法计算主观权重。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)，是一种定性与定量分析相 结合的多准则决策方法，主要依靠人的主观判断，把定性分析定量化，是一种被 广泛应用的确定指标权重的方法。

层次分析法的模型和计算步骤如下：

步骤1.构造专家判断矩阵。

假设n个因素，通过采取对因子进行两两比较建立比较矩阵B。

矩阵B表示为：

上式中：w_ij为第i个因素与第j个因素的相对重要性比值，其状态量的标度 值为1-9标度法。

步骤2.求解判断矩阵的特征向量和特征值。

求出判断矩阵B对应最大特征值λ_max的特征向量W。正互反矩阵B的最大 特征根λ_max必为正实数，其对应特征向量的所有分量均为正实数。

步骤3.一致性检验。

由λ_max是否等于n来检验矩阵B是否为一致矩阵。

先计算一致性指标CI，计算公式如下：

上式中：λ_max是判断矩阵B对应最大特征值，n是因素的个数。

查找相应的平均随机一致性指标RI，对于n＝1,2,…,9阶判断矩阵的RI值如表 1所示，表1是平均随机一致性指标RI。

表1平均随机一致性指标RI

计算一致性比例CR，公式如下：

CR＝CI/RI (3)

上式中：CI为一致性指标，RI为平均随机一致性指标。

当CR＜0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，则特征向量w为各评 估指标的权重，否则应对判断矩阵作适当修正，并重新计算。

(二)灰色关联分析法计算权重。

灰色关联分析的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联 系是否紧密。从定量角度对统计数据序列中的系统特征序列(参考数列)和相关 因素序列(比较数列)进行量化，求解两者之间的关联度，然后根据关联度数值 的大小来体现系统特征序列与相关因素序列的关联程度。设参考序列为 X₀＝[X₀(1),X₀(2),…,X₀(n)],第i个与参考序列比较关联程度的序列(比 较序列)为x_i＝[x_i(1),x_i(2),…,x_i(n)]，i＝1,2,…,p。p为比 较序列的个数。灰色关联分析法确定权重的步骤：

Step1：数据无量纲化处理

由于各数据列的单位或初值不同，为使其具有可比性，原始数据要进行无量 纲化处理，以便比较不同量纲或不同量级的数据。不同因素序列可能存在量纲不 同的情况，为进行后续运算需要消除这种差异，也就产生了无量纲处理问题。常 见的无量纲化算子主要有均值化算子、初始化算子和区间化算子等方法，本文采 用区间化算子对参考序列和比较序列进行无量纲化处理，得到x′₀、x′₁、x′₂、x′₃、 x′₄。

Step2：求差序列

差序列的表达式如下：

Δ_i(k)＝|x′₀(k)-x′_i(k)|，Δ_i＝[Δ_i(1),Δ_i(2),…,Δ_i(n)]，i＝1,2,…,p(4)

上式中：x′₀(k)为参考序列，x′_i(k)为比较序列。

Step3：求两极最大差与最小差

上式中：为两极最大差，为两极最小差。

Step4：求关联系数

关联系数是依据因素数据列的几何形状、发展趋势的接近情况来衡量关联系 数的依据，即

上式中：称ξ为分辨系数，ξ∈(0,1),一般取ξ＝0.5。

Step5：计算关联度

关联度用所有采样点关联系数的平均值表示，比较序列x_i对参考序列x₀的 关联度为：

上式中：γ_0i(k)为x₀序列与x_i序列的k点关联系数。

由关联度可知影响因子的权重为：

上式中：W_i为x_i序列的权重，γ_0i是x₀序列与x_i序列的关联系数。

(三)模糊综合评判。

所谓模糊综合评判，就是基于多种因素影响的事物或现象，根据给出的评价 标准和实测值，经过模糊变换后，对事物做出评判。模糊综合评判是模糊数学的 重要内容，其作为一种重要的数学分析工具和综合评价方法，已广泛应用于各个 领域。

模糊综合评判的步骤如下：

(1)确定评判对象因素集设含有n个因素，则评判对象因素集为 U＝{u₁,u₂,…,u_n}。

(2)确定评语集V＝{V₁,V₂,…,V_n}。

(3)确定权重集，按照各评价因素的重要性，采用相应的权数确定方法， 确 定各评判因素集中各评判因素的权重，即确定权重集合A＝{a₁,a₂,…,a_n}，显然权 重集中的各分量满足a₁+a₂+…+a_n＝1。

(4)对于可以直接确定的就直接确定，而对于不能直接确定的，可以通过 建立隶属函数确定模糊关系矩阵R来建立模糊关系矩阵。

(5)确定模糊算子。

(6)得出结果集B。权重集合模糊关系矩阵经过模糊运算后，根据一定原 则对模糊结果进行处理，即可得出最终的评判结果。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发提出一种基于变权重系数的交流 接触器状态评估方法，其目的是为了提供一种能够安全可靠运行，并且评判结果 更加真实精确，对提高电网可靠供电具有十分重要意义的一种评估方法。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，包括以下步骤：

步骤1.从交流接触器AC-4条件下的全寿命测试系统中获得数据，并对数据 进行特征提取；

步骤2.建立交流接触器状态评估指标体系；

步骤3.常权重系数的确定；

步骤4.变权重系数的确定；

步骤5.建立评价模型的因素集和评判集；

步骤6.确定隶属函数；

步骤7.合成模糊综合评判结果；

步骤8.根据评估结果给出交流接触器的检修策略。

所述建立交流接触器状态评估指标体系包括：接触电阻、吸合时间、释放时 间、弹跳时间四个特征参数。

所述常权重系数的确定是根据得到的特征参数，采用层次分析法和灰色关联 分析法相结合的主客观组合赋权法，得到常权重系数。

所述常权重系数是运用层次分析法-灰色关联分析法组合赋权确定各特征参 数的，具体方法如下：

由层次分析法得到接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数 主观权重为w_i＝(w₁,w₂,w₃,w₄)，由灰色关联分析法得到各特征参数的客观权重为 v_i＝[v₁,v₂,v₃,v₄]；

设w_i为第i个指标的主观权重，v_i为第i个指标的客观权重，第i个指标的最 终权重由式(9)确定：

Q_i＝β×v_i+(1-β)w_i (9)

上式中：β为组合权重系数，Q_i为第i个指标的组合权重；

交流接触器电寿命状态评判因素指标权重选用β＝0.5为组合权重系数的选 择，根据组合权重公式，得到组合权重，即常权重为Q_i＝[Q₁,Q₂,Q₃,Q₄]。

所述变权重系数的确定是根据得到的常权重系数，引入带均衡函数的变权公 式，得到各特征参量的变权重系数；

变权公式：

上式中：为第i种特征参数的变权重，为第i种特征参数的静态权 重，x_i为第i种特征参数。选取均衡函数将均衡函数 带入，其变权公式为：

上式中：为引入均衡函数后第i种特征参数的变权重，α为均衡系数；

一般取为宜。

所述建立评价模型的因素集和评判集，以一相来说，选取交流接触器这一相 的接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数建立评价模型的因素 集，评判集分为4个等级，即：良好为V1等级，一般为V2等级，注意为V3等 级，警告为V4等级。

所述确定隶属函数采用三角形、降半梯形和升半梯形函数，得到“良好”、 “一般”、“注意”、“警告”状态的隶属函数，具体如下：

1)评语“良好”的隶属函数图形是降半梯形，表达式为：

2)评语“一般”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

3)评语“注意”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

4)评语“警告”的隶属函数图形为升半梯形，表达式为：

所述合成模糊综合评判结果是以权重集A和模糊关系矩阵R之间的不同组合 方式得到评判模型，即采用模型进行合成。

所述根据评估结果给出交流接触器的检修策略是指根据得到的合成模糊综 合评判结果来对交流接触器的运行状态进行状态评估，并由状态评估结果给出检 修策略。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1.从影响交流接触器电寿命的众多影响因素中选取了对交流接触器状态较 大影响的特征参数，建立评判因素集，并通过隶属函数建立了模糊关系矩阵。

2.特征参量的常权重系数采用主客观组合赋权法，主观权重采用层次分析法， 客观权重采用灰色关联分析法，从主观和客观两方面综合对交流接触器电寿命状 态的特征参数进行权重计算，更加合理准确地反映每个参数对交流接触器电寿命 状态的影响。

3.在常权重情况下，某一权重特别小的评价指标严重偏离正常值时，由于所 占权重较小，评判结果仍会显示正常状态，这与实际交流接触器的状态不符。考 虑到常权重系数的缺点，为了能更真实准确的评估交流接触器的运行状态，引入 变权理论对常权重系数进行实时调整，，对交流接触器状态进行模糊综合评判， 从而使评判结果更加真实准确。

附图说明

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实 施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具 体实施方式的限制。

图1是本发明交流接触器模糊综合评判总体流程；

图2是本发明交流接触器状态评价指标体系；

图3是本发明提供的交流接触器运行状态分级图；

图4是本发明提供的交流接触器检修策略。

图5是本发明提供的交流接触器检修策略结果。

具体实施方式

本发明提出一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法。首先选取影响 交流接触器状态的特征参数，建立状态评估指标体系；其次采用层次分析法和灰 色关联分析法相结合的主客观组合赋权法，得到常权重系数，再引入具备均衡函 数的变权重系数方法得到各个特征参数的变权重系数；最后通过模糊综合评判对 交流接触器运行状态进行评估。

本发明交流接触器模糊综合评判总体流程如图1所示。首先选取影响交流接 触器状态的特征参数，建立状态评估指标体系；其次采用层次分析法和灰色关联 分析法相结合的主客观组合赋权法，得到常权重系数，再引入具备均衡函数的变 权重系数方法得到各个特征参数的变权重系数；最后通过模糊综合评判对交流接 触器运行状态进行评估。

本发明将交流接触器运行状态分为4个等级如图3所示，即：良好为V1等 级，一般为V2等级，注意为V3等级，警告为V4等级，良好阶段表明交流接触 器触头的电磨损小，工作稳定，性能优良；一般阶段表明交流接触器运行了一段 时间，有一定的电磨损，工作性能相对稳定，发生故障的概率比较低；注意阶段 表明交流接触器的触头有很大程度磨损，发生故障的概率比之前阶段有所增加， 需要引起注意，接触器的工作性能仍能满足工作要求；警告阶段表明交流接触器 触头的磨损已经很严重了，工作性能下降，发生故障的概率很高。

本发明一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，具体包括下述步骤：

步骤1.从交流接触器AC-4条件下的全寿命测试系统中获得数据，并对数据 进行特征提取。

对于交流接触器全寿命试验的国家相关试验标准进行查阅，其中在GB 14048.4-2010中规定了交流接触器在不同使用类别下工作的具体通断试验条件， 部分内容如表2所示。在实际工程应用中，交流接触器主要运行在AC-4的使用 类别下，从表中可知在这种使用类别下是以6倍额定电流接通电路，并仍以6 倍额定电流分断电路。因此在这种工作条件下对电触头造成很大磨损，接触器性 能状态退化的更快，能较为明显反映交流接触器运行状态指标参数变化，所以选 用AC-4的试验条件进行全寿命试验。

表2试验条件

由全寿命试验中获得的数据提取出接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时 间、燃弧时间、燃弧能量等特征参数。

步骤2.建立交流接触器状态评估指标体系。

从影响交流接触器工作状态的众多因素中，选择具有代表性的参数作为评判 交流接触器工作状态的评判因素，取了接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时 间四个特征参数，建立交流接触器状态评价指标体系，如图2所示。

步骤3.常权重系数的确定。

根据步骤2得到的接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间特征参数，采 用层次分析法和灰色关联分析法相结合的主客观组合赋权法，得到常权重系数。

步骤4.变权重系数的确定。

根据步骤3得到的特征参量常权重系数，引入带均衡函数的变权公式，得到 各特征参量的变权重系数。

步骤5.建立评价模型的因素集和评判集；

步骤6.确定隶属函数；

步骤7.合成模糊综合评判结果。以权重集A和模糊关系矩阵R之间的不同 组合方式得到评判模型，即采用模型进行合成，该模型不仅考 虑了所有影响因素，还保留了单因素的全部信息，其结果可以真实准确的反映交 流接触器的运行状态。

步骤8.根据评估结果给出交流接触器的检修策略。根据步骤7得到的状态模 型来对交流接触器的运行状态进行状态评估，并由状态评估结果给出相应的检修 策略。

所述步骤3是运用层次分析法-灰色关联分析法组合赋权确定各特征参数的 常权重系数，具体方法如下：

由层次分析法得到接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数 主观权重为w_i＝(w₁,w₂,w₃,w₄)，由灰色关联分析法得到各特征参数的客观权重为 v_i＝[v₁,v₂,v₃,v₄]。

设w_i为第i个指标的主观权重，v_i为第i个指标的客观权重，那么第i个指标 的最终权重可以由式(9)确定：

Q_i＝β×v_i+(1-β)w_i (9)

上式中：β为组合权重系数，Q_i为第i个指标的组合权重。

对于交流接触器电寿命状态评判因素指标权重的选取，主观权重和客观权重 的作用都是十分重要的，即选用β＝0.5为组合权重系数的选择，是比较合理的。 根据组合权重公式，得到组合权重，即常权重为Q_i＝[Q₁,Q₂,Q₃,Q₄]。

所述步骤4为了能更真实准确的评估交流接触器的运行状态，引入变权理论 对常权重系数进行实时调整，从而使评判结果更加真实准确。

变权公式：

上式中：为第i种特征参数的变权重，为第i种特征参数的静态权 重，x_i为第i种特征参数。选取均衡函数将均衡函数 带入，其变权公式为：

上式中：为引入均衡函数后第i种特征参数的变权重，α为均衡系数。

一般而言，取为宜。引入均衡函数后的变权公式反映综合评价中各要 素状态的均衡性，较准确地反映在交流接触器运行中各状态特征参数所占权重大 小。

所述步骤5建立评价模型的因素集和评判集，以一相为例，选取交流接触器 这一相的接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数建立评价模型 的因素集，评判集分为4个等级，即：良好为V1等级，一般为V2等级，注意为 V3等级，警告为V4等级。

所述步骤6.确定隶属函数，各特征参量的隶属函数采用三角形、降半梯形 和升半梯形函数，有利于简化模型，也不会造成太大误差。如图4所示，可以得 到“良好”、“一般”、“注意”、“警告”状态的隶属函数。

1)评语“良好”的隶属函数图形是降半梯形，表达式为：

2)评语“一般”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

3)评语“注意”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

4)评语“警告”的隶属函数图形为升半梯形，表达式为：

所述步骤8.根据评估结果给出交流接触器的检修策略如图4所示，图4介 绍了交流接触器在不同评估结果下的检修策略。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发 明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当 中。

Claims (9)

1.一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1.从交流接触器AC-4条件下的全寿命测试系统中获得数据，并对数据进行特征提取；

步骤2.建立交流接触器状态评估指标体系；

步骤3.常权重系数的确定；

步骤4.变权重系数的确定；

步骤5.建立评价模型的因素集和评判集；

步骤6.确定隶属函数；

步骤7.合成模糊综合评判结果；

步骤8.根据评估结果给出交流接触器的检修策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述建立交流接触器状态评估指标体系包括：接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述常权重系数的确定是根据得到的特征参数，采用层次分析法和灰色关联分析法相结合的主客观组合赋权法，得到常权重系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述常权重系数是运用层次分析法-灰色关联分析法组合赋权确定各特征参数的，具体方法如下：

由层次分析法得到接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数主观权重为w_i＝(w₁,w₂,w₃,w₄)，由灰色关联分析法得到各特征参数的客观权重为v_i＝[v₁,v₂,v₃,v₄]；

设w_i为第i个指标的主观权重，v_i为第i个指标的客观权重，第i个指标的最终权重由式(9)确定：

Q_i＝β×v_i+(1-β)w_i (9)

上式中：β为组合权重系数，Q_i为第i个指标的组合权重；

交流接触器电寿命状态评判因素指标权重选用β＝0.5为组合权重系数的选择，根据组合权重公式，得到组合权重，即常权重为Q_i＝[Q₁,Q₂,Q₃,Q₄]。

5.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述变权重系数的确定是根据得到的常权重系数，引入带均衡函数的变权公式，得到各特征参量的变权重系数；

变权公式：

上式中：为第i种特征参数的变权重，为第i种特征参数的静态权重，x_i为第i种特征参数；选取均衡函数将均衡函数带入，其变权公式为：

上式中：为引入均衡函数后第i种特征参数的变权重，α为均衡系数；

一般取为宜。

6.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述建立评价模型的因素集和评判集，以一相来说，选取交流接触器这一相的接触电阻、吸合时间、释放时间、弹跳时间四个特征参数建立评价模型的因素集，评判集分为4个等级，即：良好为V1等级，一般为V2等级，注意为V3等级，警告为V4等级。

7.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述确定隶属函数采用三角形、降半梯形和升半梯形函数，得到“良好”、“一般”、“注意”、“警告”状态的隶属函数，具体如下：

1)评语“良好”的隶属函数图形是降半梯形，表达式为：

2)评语“一般”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

3)评语“注意”的隶属函数图形是三角形，表达式为：

4)评语“警告”的隶属函数图形为升半梯形，表达式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述合成模糊综合评判结果是以权重集A和模糊关系矩阵R之间的不同组合方式得到评判模型，即采用模型进行合成。

9.根据权利要求1所述的一种基于变权重系数的交流接触器状态评估方法，其特征是：所述根据评估结果给出交流接触器的检修策略是指根据得到的合成模糊综合评判结果来对交流接触器的运行状态进行状态评估，并由状态评估结果给出检修策略。