CN114707861A - 一种基于d-s证据融合多指标的断路器评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于D‑S证据融合多指标的断路器评价方法及系统，包括：获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D‑S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果；本发明从不同角度定量的对比三相断路器随时间变化的电磁特性曲线，最终基于D‑S证据融合技术得到一个综合量化参数，可以对断路器的三相同期性做出准确评价，为检修提供可靠度较高的参考。
Description
技术领域
本发明属于断路器评价技术领域，尤其涉及一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法及系统。
背景技术
断路器是电力系统中最主要的高压电器设备，其重要性不言而喻。为提高断路器运行的可靠性，需要对断路器进行必要的检查和维修；高压断路器熄弧同步性在线监测系统能对断路器当前的机械状态进行实时监测，并对历史状态数据进行记录，可以对断路器的运行可靠性及控制可靠性进行评估，为“定期检修”向“状态检修”过渡提供支持；现有的利用开关辐射场在线检测断路器机械特性的方法，检测熄弧开始和熄弧结束时的磁场突变脉冲，分别获得断路器的熄弧开始时间和熄弧结束时间；根据断路器的熄弧开始时间和熄弧结束时间，计算每一相的熄弧时间；计算熄弧时间与初始熄弧时间的差值，根据差值评估断路器的健康状况。
发明人发现，现有的利用开关辐射场在线检测断路器机械特性的方法，存在评价指标单一，存在评价结果准确度较低的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法及系统，本发明从不同角度定量的对比三相断路器随时间变化的电磁特性曲线，最终基于D-S证据融合技术得到一个综合量化参数，可以对断路器的三相同期性做出准确评价，为检修提供可靠度较高的参考。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，包括：
获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；
根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；
将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果。
进一步的，所述三相电磁特性曲线为：断路器开断或关合瞬间，触头间产生等离子体，引起磁场变化时的电磁特性曲线。
进一步的，所述相关系数反应三相磁感应强度特性曲线之间线性相关程度。
进一步的，所述变异系数指数据集的标准差与均值之商，反映了数据集的离散程度；所述偏度系数是数据集均值与中位数或众数之差与标准差之比；所述峰度系数是数据集的四阶中心距与标准差的四次方之比，反应数据集频数分布的集中程度。
进一步的，将所述相关系数、所述变异系数、所述偏度系数和所述峰度系数作为四个不同的证据体，根据每个系数指标下三相电磁特性曲线的相对误差进行基本信任分配；根据D-S证据融合合成法则融合不同证据体的基本信任分配，得到综合考虑后的信任分配。
进一步的，对于所述变异系数、所述峰度系数和所述偏度系数进行基本信任分配时，基本信任分配函数中，定义不相似为任意两系数指标数值差的绝对值比上被减的系数指标数值，相似为1与不相似的差值。
进一步的，对于所述相关系数，基本信任分配函数中，定义相似为任意两相间的磁感应强度时间序列相关系数，不相似为1与相似的差值。
第二方面，本发明还提供了一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价系统，包括：
数据采集模块，被配置为：获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；
系数指标计算模块，被配置为：根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；
评价模块，被配置为：数据采集模块，被配置为：将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果。
第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为评价指标，从不同角度定量的对比三相断路器随时间变化的电磁特性曲线，将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果，可以对断路器的三相同期性做出准确评价，为检修提供可靠度较高的参考。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的评价方法框图；
图2为本发明实施例1的断路器动作时产生的磁感应强度示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
断路器是电力系统中最主要的高压电器设备，其重要性不言而喻。为提高断路器运行的可靠性，需要对断路器进行必要的检查和维修。当前，采取的检修措施主要是“定期检修”，即按固定的时间周期对断路器进行停电检修。定期检修存在两方面不足：一是设备存在潜在的不安全因素时，因未到检修时间而导致不能及时排除隐患；二是设备状态良好，但到检修时间时必须对其进行检修，检修存在较大的盲目性。对断路器进行定期检修工作量大且缺乏针对性，而且对状态良好的断路器进行拆卸和组装反而会增大其故障率。而状态检修建立在充分掌握设备运行状态的基础上，只对有故障隐患的设备进行检修。如果能够对断路器进行在线、非接触式的早期绝缘故障检测，将有助于更全面的掌握断路器的运行状态，实现状态检修。高压断路器熄弧同步性在线监测系统能对断路器当前的机械状态进行实时监测，并对历史状态数据进行记录，可以对断路器的运行可靠性及控制可靠性进行评估，为“定期检修”向“状态检修”过渡提供支持。
磁感应强度可以反映断路器内部的电弧放电过程，断路器开断或关合瞬间，触头间产生等离子体，其阻值是不断变化的，从而导致电流不断变化，从而在周围产生变化的磁场。而熄弧结束瞬间，电流值突变，此时磁场信号会有较大脉冲。从不同角度定量的对比三相断路器随时间变化的电磁特性曲线，最终得到一个综合量化参数，可以对断路器的三相同期性做出评价，为检修提供参考。
如图1所示，本实施例提供了一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法及系统，可以利用电磁场传感器对断路器进行在线监测，以获取断路器动作时产生的辐射场，数据经采集传输后对三相电磁特性曲线进行多维度评价，对多个评价指标进行融合，得到综合评价指标，从而为检修决策做出参考依据。
如图2所示，断路器开断或关合瞬间，触头间产生等离子体，其阻值是不断变化的，从而导致电流不断变化，从而在周围产生变化的磁场。而熄弧结束瞬间，电流值突变，此时磁场信号会有较大脉冲。通过在GIS设备中安装电磁场传感器，通过监测熄弧开始的磁场波动信号和熄弧结束时的磁场突变脉冲，就可以得到断路器的熄弧时间，三相灭弧过程越同步，则能保证各相同步分断，从而三相更快灭弧，从而判断断路器的熄弧同步性。
本实施例中，利用相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数四个指标对三相电磁特性曲线进行对比，以从不同维度判断三相断路器熄弧的同步性：
所述相关系数可以反应三相磁感应强度特性曲线之间线性相关程度：
其中，X，Y分别代表某一相磁感应强度时间序列数据。
所述变异系数指数据集的标准差与均值之商，反映了数据集的离散程度，变异系数越大则说明数据的离散程度越高。
其中，σ代表某一相磁感应强度数据的标准差；μ代表某一相磁感应强度数据的均值或数学期望。
所述偏度系数是数据集均值与中位数或众数之差与标准差之比，是数据分布偏离对称性程度的一个特征量，当分布左右对称时，偏度系数为0，当偏度系数大于0时，该分布为右偏，小于0时，该分布为左偏。
其中，σ代表某一相磁感应强度数据的标准差；
代表某一相磁感应强度数据平均值；MO代表某一相磁感应强度数据众数；Me代表某一相磁感应强度数据中位数。
所述峰度系数是数据集的四阶中心距与标准差的四次方之比，用来反应数据集频数分布的集中程度。正态分布的峰度系数为0，当峰度系数大于0时，表明数据集的频数分布比正态分布更集中，反之则表明数据集的频数分布比正态分布更分散。
其中，σ代表某一相磁感应强度数据的标准差；
代表某一相磁感应强度数据平均值；fi代表某一相磁感应强度数据的概率密度函数。
本实施例中提出的四个指标，从多个方面反映了数据特征，将三相电磁特性曲线的各个指标进行对比，可以得到三相电磁特性曲线相似度；但不同角度得出的相似度结果往往存在一定差异，需要综合各方面的评估得到一个整体的相似度作为对补全效果的评估结果。
基于上述问题，本实施例运用D-S证据融合理论，定义识别框架Θ，A＝{相似，不相似}，将四个不同的指标视为四个不同的证据体，根据每个指标下三相电磁特性曲线的相对误差进行基本信任分配，本实施例中，以A、B两相为例，计算基本信任分配公式如下，对于变异系数、峰度系数和偏度系数三项指标：
其中，i＝1、2或3；Ga代表A相某一指标数值；Gb代表B相某一指标数值；
对于相关系数指标：
m4(相似)＝Ga,b
m4(不相似)＝1-Ga,b
其中，Ga,b代表A和B两相间的磁感应强度时间序列相关系数。
根据Dempster合成法则融合不同证据体的基本信任分配，得到综合考虑后的信任分配。设
m1为证据体1的基本信任分配函数，m2为证据体2的基本信任分配函数，A1，A2，…，Ak为所有使得的m1(T)>0的识别框架子集，B1，B2，…Bl为所有使得m2(T)>0的识别框架子集，若Ai∩Bj＝T，则m1(Ai)m2(Bj)表示分配到A上的一部分信任，确切分配到A上的总信任可以表示为：
为保证信任总和为1，需要去除
时的信任，再乘以归一化因子：
最终得到由m1和m2合成的信任分配函数为：
本实施例中，可以定义识别框架Θ＝{相似，不相似}，变异系数、峰度系数、偏度系数和相似系数四个指标分别为证据体1、2、3、4，m1、m2、m3、m4分别为其基本信任分配函数，两个识别框架子集分别为{相似}，{不相似}。将四个不同指标的基本信任分配利用上文所述的Dempster合成法则进行融合，其中T＝相似，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果，进而得到对于三相断路器熄弧同步性的评价结果，为检修提供参考。
实施例2：
本实施例提供了一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价系统，包括：
数据采集模块，被配置为：获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；
系数指标计算模块，被配置为：根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；
评价模块，被配置为：数据采集模块，被配置为：将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果。
所述系统的工作方法与实施例1的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
实施例4：
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，包括：
获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；
根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；
将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果。
2.如权利要求1所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，所述三相电磁特性曲线为：断路器开断或关合瞬间，触头间产生等离子体，引起磁场变化时的电磁特性曲线。
3.如权利要求1所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，所述相关系数反应三相磁感应强度特性曲线之间线性相关程度。
4.如权利要求1所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，所述变异系数指数据集的标准差与均值之商，反映了数据集的离散程度；所述偏度系数是数据集均值与中位数或众数之差与标准差之比；所述峰度系数是数据集的四阶中心距与标准差的四次方之比，反应数据集频数分布的集中程度。
5.如权利要求1所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，将所述相关系数、所述变异系数、所述偏度系数和所述峰度系数作为四个不同的证据体，根据每个系数指标下三相电磁特性曲线的相对误差进行基本信任分配；根据D-S证据融合合成法则融合不同证据体的基本信任分配，得到综合考虑后的信任分配。
6.如权利要求5所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，对于所述变异系数、所述峰度系数和所述偏度系数进行基本信任分配时，基本信任分配函数中，定义不相似为任意两系数指标数值差的绝对值比上被减的系数指标数值，相似为1与不相似的差值。
7.如权利要求5所述的一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法，其特征在于，对于所述相关系数，基本信任分配函数中，定义相似为任意两相间的磁感应强度时间序列相关系数，不相似为1与相似的差值。
8.一种基于D-S证据融合多指标的断路器评价系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，被配置为：获取断路器随时间变化的三相电磁特性曲线；
系数指标计算模块，被配置为：根据获取的三相电磁特性曲线，计算得到每一相电磁特性曲线对应的相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数；
评价模块，被配置为：数据采集模块，被配置为：将相关系数、变异系数、偏度系数和峰度系数作为四个不同的证据体，将四个不同系数指标的基本信任分配利用D-S证据融合法则进行融合，得到对于三相电磁特性曲线相似度的综合评价结果。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-7任一项所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-7任一项所述的基于D-S证据融合多指标的断路器评价方法的步骤。
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