CN115659117A - 一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,包括如下步骤:步骤1、采用局部放电危害性与SF6绝缘性能信息这两类信息来对GIS设备绝缘系统健康状况进行描述;步骤2、对于健康状态评级,由于健康状态评估信息来源具有多源性的特点,需要将设备的绝缘状态分为正常、注意、异常、严重四种状态,分别对应H1、H2、H3和H4四个等级。通过设备的整体结构,在层次分析法的基础上,将主观赋权法与客观赋权法进行结合,把主观权重与客观权重通过引入变权公式求得组合权重,这种方法的优点是可以降低主观性对评估方法的影响,使评估结果客观性提高,从而提高方法的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及气体绝缘电器的绝缘状态在线监测与评估技术领域,具体地说,涉及一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法。
背景技术
随着社会工业化的发展,我国对于电力行业的投入越来越大,而电力设备是电力系统的基本组成部分,其工作状态会直接影响整个电力系统的安全与稳定。确定电力设备的可靠性是保证电力系统稳定运行的基础,对输变电设备状态的状态进行准确的评估与预测是输变电设备管理的前提。
气体绝缘组合电器是输变电系统中的关键设备,它将SF6作为绝缘介质,将断路器、隔离开关和互感器等元件组合密封在一个金属外壳内,占地面积小并且受环境因素影响较小,但同时因其空间结构紧凑且内部元件众多,故障定位及检修较为不易,且停电后检修周期短,因此准确掌握GIS设备运行状态对科学合理制定运检计划,提高设备运行可靠性十分重要。
国内外目前主要采用针对性较强的状态检修方法来解决输变电设备的故障预防问题,其核心在于能够准确且合理地对运行设备的实际状态进行评估,在故障出现之前就提前发现一些潜在性故障。由于一些典型输变电设备的结构复杂,影响设备健康状态的因素也比较多,各影响因素之间的相关性也比较复杂,因此,需要全面的设备状态监测信息才能够进行合理的设备状态评估,在此基础上才能实现对设备维修进行有效指导,降低设备的故障发生率。
目前国内对输变电设备的绝缘状态评估研究主要集中在变压器、电缆等设备上,并且主要针对在线监测进行研究,对于GIS绝缘状态评估的研究较少,且由于GIS状态信息具有不确定性和模糊性,因此相关研究建立的评估体系比较模糊,导致检测结果不够精确。因此,急需一种更加精确的建立评估体系的方法,对设备进行全方位的评估,才能满足当下的需求,因此我们提出了一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,在层次分析法的基础上,将主观赋权法与客观赋权法进行结合,把主观权重与客观权重通过引入变权公式求得组合权重,这种方法的优点是可以降低主观性对评估方法的影响,使评估结果客观性提高,从而提高方法的可靠性。
本发明公开的一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法所采用的技术方案是:一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,包括如下步骤:
步骤1、采用局部放电危害性与SF6绝缘性能信息这两类信息来对GIS设备绝缘系统健康状况进行描述;
步骤2、对于健康状态评级,由于健康状态评估信息来源具有多源性的特点,需要将设备的绝缘状态分为正常、注意、异常、严重四种状态,分别对应H1、H2、H3和H4四个等级;
步骤3、收集GIS设备局部放电与SF6绝缘性能信息这两类信息,构建GIS绝缘状态评估体系;
步骤4、同时采用CRITIC客观赋权法,计算各项指标的客观权重;
步骤5、最后在最小鉴别原理的基础上,加权得到GIS绝缘状态评估的分数。
作为优选方案,所述局部放电危害性包括特高频局部放电评估指标、超声局部放电评估指标和SF6分解组分评估指标,SF6绝缘性能信息可以分为气体微水含量指标和气体泄漏值指标;
所述GIS绝缘状态评估的综合指标一共有18个,特高频局部放电评估指标用v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9表示,超声局部放电评估指标用v10,v11,v12表示,SF6分解组分评估指标用v13,v14,v15,v16表示,气体微水含量指标用v17表示,气体泄漏值指标用v18表示。
作为优选方案,所述指标的评分采用降半梯模型的评分制对各定量指标进行归一化处理,该模型的计算公式如下:
式中a和b表示指标的阈值。当某一项指标的值低于下限a值时,将该项指标的评分定为1,若该项指标的值高于其上限b值时,则将该指标的评分定为0,若将项指标在范围a和b之间,则给该项指标对应模型上的值,这样就可以将不同量纲的评价指标缩放在区间[0,1]之间,减少各评价指标之间不同量纲对结果造成的影响。
作为优选方案,所述GIS绝缘状态评估模型建立主要分为三个方法:
方法21、采用模糊层次分析法,该方法用来解决层次分析法中权重的确定问题,模糊层次分析法在层次分析法基础上融合了模糊理论,主要包括评估对象确定、评估指标体系建立并分进行底层、因素层的分层处理、各评估指标的权重计算、评估结果的计算与综合;
方法22、采用客观赋权法,由于状态评估指标之间存在一定的模糊性和不确定性,需要采用CRITIC客观赋权法来分析各项指标之间的相关性,其基本思路是通过各个评价指标之间的辨别力和冲突性这两项指标来确定指标之间的客观权重;
方法23、组合权重法,在模糊层次分析法和客观赋权法的基础上计算出两种方法的权重w和α,使用最小鉴别原理来求出组合权重β,采用最小鉴别原理需要求解目标函数,然后得出约束条件下的最优解。
作为优选方案,所述采用模糊层次分析法的评估流程分为三步:(1)确定评估对象X,(2)确定影响评估对象的因素指标U,(3)建立评估矩阵R,
在评语指标U给评估对象评语等级X进行评判时,需要创建对应优先关系矩阵R,其中R=(ri1,K,rij,K,rim),rij表示评判因素的评价结果在评语集xj上的可能程度,即ui对xj的隶属程度:
作为优选方案,为避免传统的模糊层次分析法主观性过强的缺点,引入变权公式构建优先关系矩阵,变权公式如下:
fij=pj/(pi+pj)
式中,pi表示第i个状态特征量的状态评分;
并且将优先关系矩阵F=f(ij)n×n转换为模糊一致性矩阵R=r(ij)n×n,rij=(ri-rj)/2n+0.5,其中计算公式如下所示:
作为优选方案,所述权重计算采用方根法进行计算,权重W的计算公式如下:
所述准则层的状态评分X的计算公式如下:
式中pi是第i项指标的评分,wi是第i项指标的权重;
同时对于准则层,同样引入变权公式进行权重计算,计算公式如下:
式中Xi是第i个准则层的评分,Xj是第j个准则层的评分;
通过权重W的计算公式可以计算出准则层各项指标的权重W’。
作为优选方案,所述采用客观赋权法的方法是构建一个评价矩阵X,该矩阵中包括m个样本和n个指标。具体公式如下:
由于评价体系中选取的状态指标都是负向指标,因此不需要对指标进行同向化操作,但是评价矩阵X中各项数据量纲不同,需要进行无量纲处理,处具体公式如下所示:
计算每个指标均值的公式如下:
pij=cov(Xi,Xj)/(si,sj)
式中,cov(Xi,Xj)是在无量纲处理之后的矩阵X的第i行与第j行的协方差;
并且计算每个指标信息量的公式如下:
式中,Gi越大,指标越重要,权重就越大,在此基础上计算出最终的客观权重,表达式如下:
作为优选方案,所述在模糊层次分析法和客观赋权法的基础上计算出两种方法的权重w和α,使用最小鉴别原理来求出组合权重β,采用最小鉴别原理需要求解目标函数,然后得出约束条件下的最优解,目标函数如下:
组合权重的求解公式如下:
在组合权重的基础上得到GIS设备状态评估的分数S,其公式如下:
本发明公开的一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法和系统的有益效果是:
通过设备的整体结构,在层次分析法的基础上,将主观赋权法与客观赋权法进行结合,把主观权重与客观权重通过引入变权公式求得组合权重。这种方法的优点是可以降低主观性对评估方法的影响,使评估结果客观性提高,从而提高方法的可靠性。
附图说明
图1为本发明整体原理图;
图2为本发明整体流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参阅图1-2,本发明:一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,包括如下步骤:
步骤1、采用局部放电危害性与SF6绝缘性能信息这两类信息来对GIS设备绝缘系统健康状况进行描述;
步骤2、对于健康状态评级,由于健康状态评估信息来源具有多源性的特点,需要将设备的绝缘状态分为正常、注意、异常、严重四种状态,分别对应H1、H2、H3和H4四个等级;
步骤3、收集GIS设备局部放电与SF6绝缘性能信息这两类信息,构建GIS绝缘状态评估体系;
步骤4、同时采用CRITIC客观赋权法,计算各项指标的客观权重;
步骤5、最后在最小鉴别原理的基础上,加权得到GIS绝缘状态评估的分数。
具体而言:收集GIS设备局部放电与SF6绝缘性能信息这两类信息,构建GIS绝缘状态评估体系,采用模糊层次分析法计算各项指标的评分值pi,再确定某一准则层之后的方案层中各元素的优先关系矩阵F,转换为模糊一致性矩阵R后计算方案层权重wi,然后计算出所有准则层评分XUHF PD,X超声PD,X气体微水含量,X气体泄漏值。最后在矩阵R的基础上计算准则层权重W’。然后采用CRITIC客观赋权法,计算各项指标的客观权重。先将18项指标进行无量纲化处理,分别计算这些指标的客观权重α,然后计算各准则层权重α’。最后在最小鉴别原理的基础上,求得方案层权重β和准则层权重β’,加权得到GIS绝缘状态评估的分数S。
所述局部放电危害性包括特高频局部放电评估指标、超声局部放电评估指标和SF6分解组分评估指标,SF6绝缘性能信息可以分为气体微水含量指标和气体泄漏值指标;
所述GIS绝缘状态评估的综合指标一共有18个,特高频局部放电评估指标用v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9表示,超声局部放电评估指标用v10,v11,v12表示,SF6分解组分评估指标用v13,v14,v15,v16表示,气体微水含量指标用v17表示,气体泄漏值指标用v18表示。
所述指标的评分采用降半梯模型的评分制对各定量指标进行归一化处理,该模型的计算公式如下:
式中a和b表示指标的阈值。当某一项指标的值低于下限a值时,将该项指标的评分定为1,若该项指标的值高于其上限b值时,则将该指标的评分定为0,若将项指标在范围a和b之间,则给该项指标对应模型上的值,这样就可以将不同量纲的评价指标缩放在区间[0,1]之间,减少各评价指标之间不同量纲对结果造成的影响。
所述GIS绝缘状态评估模型建立主要分为三个方法:
方法21、采用模糊层次分析法,该方法用来解决层次分析法中权重的确定问题,模糊层次分析法在层次分析法基础上融合了模糊理论,主要包括评估对象确定、评估指标体系建立并分进行底层、因素层的分层处理、各评估指标的权重计算、评估结果的计算与综合;
方法22、采用客观赋权法,由于状态评估指标之间存在一定的模糊性和不确定性,需要采用CRITIC客观赋权法来分析各项指标之间的相关性,其基本思路是通过各个评价指标之间的辨别力和冲突性这两项指标来确定指标之间的客观权重;
方法23、组合权重法,在模糊层次分析法和客观赋权法的基础上计算出两种方法的权重w和α,使用最小鉴别原理来求出组合权重β,采用最小鉴别原理需要求解目标函数,然后得出约束条件下的最优解。
所述采用模糊层次分析法的评估流程分为三步:(1)确定评估对象X,(2)确定影响评估对象的因素指标U,(3)建立评估矩阵R,
在评语指标U给评估对象评语等级X进行评判时,需要创建对应优先关系矩阵R,其中R=(ri1,K,rij,K,rim),rij表示评判因素的评价结果在评语集xj上的可能程度,即ui对xj的隶属程度。
为避免传统的模糊层次分析法主观性过强的缺点,引入变权公式构建优先关系矩阵,变权公式如下:
fij=pj/(pi+pj)
式中,pi表示第i个状态特征量的状态评分;
并且将优先关系矩阵F=f(ij)n×n转换为模糊一致性矩阵R=r(ij)n×n,rij=(ri-rj)/2n+0.5,其中计算公式如下所示:
所述权重计算采用方根法进行计算,权重W的计算公式如下:
所述准则层的状态评分X的计算公式如下:
式中pi是第i项指标的评分,wi是第i项指标的权重;
同时对于准则层,同样引入变权公式进行权重计算,计算公式如下:
式中Xi是第i个准则层的评分,Xj是第j个准则层的评分;
通过权重W的计算公式可以计算出准则层各项指标的权重W’。
所述采用客观赋权法的方法是构建一个评价矩阵X,该矩阵中包括m个样本和n个指标。具体公式如下:
由于评价体系中选取的状态指标都是负向指标,因此不需要对指标进行同向化操作,但是评价矩阵X中各项数据量纲不同,需要进行无量纲处理,处具体公式如下所示。
计算每个指标均值的公式如下:
pij=cov(Xi,Xj)/(si,sj)
式中,cov(Xi,Xj)是在无量纲处理之后的矩阵X的第i行与第j行的协方差;
并且计算每个指标信息量的公式如下:
式中,Gi越大,指标越重要,权重就越大,在此基础上计算出最终的客观权重,表达式如下:
所述在模糊层次分析法和客观赋权法的基础上计算出两种方法的权重w和α,使用最小鉴别原理来求出组合权重β,采用最小鉴别原理需要求解目标函数,然后得出约束条件下的最优解,目标函数如下:
组合权重的求解公式如下:
在组合权重的基础上得到GIS设备状态评估的分数S,其公式如下:
具体实施例:收集GIS设备局部放电与SF6绝缘性能信息这两类信息,构建GIS绝缘状态评估体系,采用模糊层次分析法计算各项指标的评分值pi,再确定某一准则层之后的方案层中各元素的优先关系矩阵F,转换为模糊一致性矩阵R后计算方案层权重wi,然后计算出所有准则层评分XUHF PD,X超声PD,X气体微水含量,X气体泄漏值。最后在矩阵R的基础上计算准则层权重W’。然后采用CRITIC客观赋权法,计算各项指标的客观权重。先将18项指标进行无量纲化处理,分别计算这些指标的客观权重α,然后计算各准则层权重α’。最后在最小鉴别原理的基础上,求得方案层权重β和准则层权重β′,加权得到GIS绝缘状态评估的分数S。
按照以上方法构建状态评估模型,在实验室环境内设置金属突出物的绝缘缺陷,在外施电压为30kV的情况下,首先用IEC60270测量PD放电量,判定此时实际状态。
同时用特高频传感器与超声波传感器采集一定量的PD脉冲信号,利用相应的特征提取方式计算选定的评估值,此外在PD持续放电96h,采集相关的数据。除了分解组分数据,所有数据经以隶属度函数的最大边界归一化处理。
因为选用的是实验室环境的数据,该案例中不考虑SF6气体绝缘性能中的SF6微水与SF6泄漏值这两个参量,因此评估过程中只需要计算三个PD源信息的评估结果的融合。根据前文中求得的隶属度函数,将UHF PD评估参量样本数据代入模糊隶属度函数,求得模糊隶属度矩阵R1。计算各评估指标对应的权重系数V1,由模糊评判的规则可以计算得到评估矩阵B1。同样将超声PD评估指标的样本数据代入对应模糊隶属度函数,求得超声PD指标的模糊隶属度矩阵R2,计算各评估指标对应的权重系数V2,由模糊评判的规则计算得到评估矩阵B2。同样将SF6分解组分的含量比值的四个评估指标代入模糊隶属度函数,求得超声PD指标的模糊隶属度矩阵R3,计算各评估指标对应的权重系数V3,由模糊评判的规则可以计算得到评估矩阵B3。
在处理三个证据源的原始概率分配时,直接根据模糊综合评判公式所计算的三个评估矩阵值结果B1、B2、B3,其中各信息源的置信度则是根据三类PD源信息在各绝缘缺陷PD严重程度评估时的平均评估准确率,评估准确率反映了该类别信息的可信度。
改进的DS证据融合实现过程为:
①评估框架构建:Θ={H1正常;H2注意;H3异常;H4严重}。
②原始分配概率BPA赋值:以特高频、超声、SF6分解组分三种源信息的评估矩阵求解值作为基本的概率分配值。
置信度系数的选取:本文依据历史数据即前文的大量的试验监测数据在PD严重程度评估的性能为依据。
直接选取各PD严重程度下的PD数据,用三类评估指标进行PD严重程度评估测试,计算基于历史数据下三类评估指标的平均评估准确率,将其作为三类源信息的可信度。
④证据合成:依据公式与合成规则合成三种源信息的基本概率分配BPA。若其中一条证据为0时,证明其中一条证据源否定当前判断,若公式相容系数计算为0,表明两条证据不相容,证据源高度冲突;若两条证据大小相等,相容系数为1,说明两个证据源都可信。因此,相容系数大小范围在0与1之间,两个证据源之间的相容系数越大,代表两个证据源判定的结果越可信。
假设存在n个证据源,根据公式分别计算证据源之间的相容系数。由证据源之间的两两相容系数组成相容矩阵C。矩阵表明了两个证据源之间的支持度,若证据的支持度越高,此处计算的相容度就越高,这也符合实际计算规律。每个证据源的绝对相容度为理想情况是希望所有证据源都相等,相容系数都为1,对于n条证据源,理想的相容度为n-1,可信度为
这样,在进行DS证据融合前将获得的基本概率分配函数乘以可信度Li(Ak),也即可信度作为基本概率赋值的权重,然后依据证据融合规则进行重新的计算。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和电脑程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由电脑程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些电脑程序指令到通用电脑、专用电脑、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过电脑或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
这些电脑程序指令也可存储在能引导电脑或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的电脑可读存储器中,使得存储在该电脑可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品,该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些电脑程序指令也可装载到电脑或其他可编程数据处理设备上,使得在电脑或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生电脑实现的处理,从而在电脑或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,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,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1、采用局部放电危害性与SF6绝缘性能信息这两类信息来对GIS设备绝缘系统健康状况进行描述;
步骤2、对于健康状态评级,由于健康状态评估信息来源具有多源性的特点,需要将设备的绝缘状态分为正常、注意、异常、严重四种状态,分别对应H1、H2、H3和H4四个等级;
步骤3、收集GIS设备局部放电与SF6绝缘性能信息这两类信息,构建GIS绝缘状态评估体系;
步骤4、同时采用CRITIC客观赋权法,计算各项指标的客观权重;
步骤5、最后在最小鉴别原理的基础上,加权得到GIS绝缘状态评估的分数。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,其特征在于:所述局部放电危害性包括特高频局部放电评估指标、超声局部放电评估指标和SF6分解组分评估指标,SF6绝缘性能信息可以分为气体微水含量指标和气体泄漏值指标;
所述GIS绝缘状态评估的综合指标一共有18个,特高频局部放电评估指标用v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9表示,超声局部放电评估指标用v10,v11,v12表示,SF6分解组分评估指标用v13,v14,v15,v16表示,气体微水含量指标用v17表示,气体泄漏值指标用v18表示。
4.根据权利要求2所述的一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,其特征在于:所述GIS绝缘状态评估模型建立主要分为三个方法:
方法21、采用模糊层次分析法,该方法用来解决层次分析法中权重的确定问题,模糊层次分析法在层次分析法基础上融合了模糊理论,主要包括评估对象确定、评估指标体系建立并分进行底层、因素层的分层处理、各评估指标的权重计算、评估结果的计算与综合;
方法22、采用客观赋权法,由于状态评估指标之间存在一定的模糊性和不确定性,需要采用CRITIC客观赋权法来分析各项指标之间的相关性,其基本思路是通过各个评价指标之间的辨别力和冲突性这两项指标来确定指标之间的客观权重;
方法23、组合权重法,在模糊层次分析法和客观赋权法的基础上计算出两种方法的权重w和α,使用最小鉴别原理来求出组合权重β,采用最小鉴别原理需要求解目标函数,然后得出约束条件下的最优解。
8.根据权利要求1所述的一种基于组合赋权法的气体绝缘设备绝缘状态评估方法,其特征在于:所述采用客观赋权法的方法是构建一个评价矩阵X,该矩阵中包括m个样本和n个指标,具体公式如下:
由于评价体系中选取的状态指标都是负向指标,因此不需要对指标进行同向化操作,但是评价矩阵X中各项数据量纲不同,需要进行无量纲处理,处具体公式如下所示:
计算每个指标均值的公式如下:
pij=cov(Xi,Xj)/(si,sj)
式中,cov(Xi,Xj)是在无量纲处理之后的矩阵X的第i行与第j行的协方差;
并且计算每个指标信息量的公式如下:
式中,Gi越大,指标越重要,权重就越大,在此基础上计算出最终的客观权重,表达式如下:
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CN105512962A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 武汉大学 | 一种气体绝缘组合电器绝缘状态综合评估方法 |
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CN105512962A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 武汉大学 | 一种气体绝缘组合电器绝缘状态综合评估方法 |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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