一種智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法
【專利摘要】一種智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，步驟如下：(1)根據(jù)元器件應(yīng)力法建立智能電表可靠性預(yù)計模型；(2)根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立智能電表可靠性預(yù)計模型；(3)比較可靠性預(yù)計模型和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的智能電表工作失效率；(4)計算出誤差系數(shù)即修正因子；(5)建立可靠性預(yù)計修正模型。
【專利說明】
一種智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟發(fā)展和科技進(jìn)步，智能電表作為我國智能電網(wǎng)建設(shè)工程終端的一環(huán)，其 結(jié)構(gòu)和功能變得越來越復(fù)雜，使用的電子元器件越來越多，引發(fā)的故障也隨之增加。智能電 表的可靠性是智能電表質(zhì)量的一個重要特征指標(biāo)，而智能電表的各種故障與可靠性問題是 直接反映了電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行管理和供電服務(wù)的水平。因此，如何精確地對智能電表的可 靠性預(yù)計成了亟待解決的重要問題。
[0003] 目前，針對智能電表的可靠性預(yù)計的傳統(tǒng)方法中應(yīng)用最為廣泛的是元器件應(yīng)力 法，該過程為:把智能電表劃分為若干個單元，并認(rèn)為這若干單元是串聯(lián)的關(guān)系，任何單元 發(fā)生故障則導(dǎo)致智能電表故障，根據(jù)相應(yīng)的可靠性預(yù)計手冊對各個單元進(jìn)行預(yù)計;其次是 通過加速試驗所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性預(yù)計。然而上述傳統(tǒng)方法精度及有效性低，往往不能 映出智能電表工作的實際情況，也不能滿足生產(chǎn)和應(yīng)用的需要。在采用元器件應(yīng)力法對智 能電表進(jìn)行可靠性預(yù)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對智能電表進(jìn)行可靠性預(yù)計。結(jié)合現(xiàn)場數(shù) 據(jù)下的結(jié)果可以作為智能電表的可靠性預(yù)計模型的依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有智能電表可靠性預(yù)計方法的缺陷，提出一種智能電表的 可靠性預(yù)計修正模型建立方法，能夠準(zhǔn)確地對智能電表的可靠性預(yù)計模型做出修正。
[0005] 本發(fā)明智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法包括以下步驟：
[0006] 步驟1，根據(jù)元器件應(yīng)力法建立智能電表可靠性預(yù)計模型；
[0007] 步驟2，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立智能電表可靠性預(yù)計模型；
[0008] 步驟3,比較可靠性預(yù)計得到的智能電表工作失效率和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的智能電表 工作失效率；
[0009 ]步驟4，計算出誤差系數(shù)即修正因子；
[0010]步驟5,建立可靠性預(yù)計修正模型。
[0011] 各步驟的具體方法如下：
[0012] 所述步驟1根據(jù)元器件應(yīng)力法建立智能電表可靠性預(yù)計模型的具體方法如下：
[0013] (1)根據(jù)智能電表的功能、結(jié)構(gòu)和特點，將智能電表劃分為若干個可靠性預(yù)計單 元，并且預(yù)計單元內(nèi)的元器件滿足串聯(lián)關(guān)系；
[0014] (2)建立智能電表的可靠性框圖；
[0015] (3)選擇《GJBZ 299C-2006電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》作為可靠性預(yù)計手冊；
[0016] (4)根據(jù)步驟(3)計算各個預(yù)計單元的所有元器件的工作失效率；
[0017] (5)計算預(yù)計單元的工作失效率；
[0018] 預(yù)計單元工作失效率數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0019] 式中，n為預(yù)計單元中的元器件的總數(shù)，M為第i個元件的工作失效率。
[0020] (6)計算整個智能電表的工作失效率，智能電表的工作失效率為各個預(yù)計單元失 效率的總和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0022] 式中，N為預(yù)計單元的總數(shù)，Apj為第j個預(yù)計單元的工作失效率。
[0023] 所述步驟2根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立智能電表可靠性預(yù)計模型的方法具體如下：
[0024] (1)收集某地區(qū)一批同型號的智能電表某時段的現(xiàn)場運行的數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)以及 故障時間；
[0025] (2)采用基于新的威布爾分布參數(shù)估計法和基于點估計法兩種不同方法計算智能 電表的工作失效率，以威布爾參數(shù)估計法求得智能電表的工作失效率，以點估計法先求得 到智能電表各預(yù)計單元的工作失效率，進(jìn)而求得智能電表的工作失效率，其步驟如下：
[0026] 1)基于新的威布爾分布參數(shù)估計法的智能電表可靠性預(yù)計過程為：
[0027] 首先，采用平均秩法求失效分布函數(shù)F(ty)，近似中位秩數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
[0029] 式中，ty為第y個失效的智能電表壽命數(shù)據(jù);x為智能電表樣本大小;y為對失效數(shù) 據(jù)進(jìn)行排序后的位置。
[0030] 計算平均秩的增量公式：
[0032] 其中，x為智能電表樣本容量;k為失效智能電表的順序號;y為按失效時間的長短 列出的智能電表的順序號;Ay為故障設(shè)備的平均秩次;為前一個故障設(shè)備的平均秩次。
[0033] 其次，建立威布爾分布模型與智能電表工作失效率的關(guān)系：
[0034]威布爾分布的失效分布函數(shù)為：
[0036]故障密度函數(shù)為：
[0038] 可靠度函數(shù)為：
[0040] 故障率函數(shù)為：
[0042] 其中，t為時間，a為尺度參數(shù)，0為形狀參數(shù)。
[0043] 最后，利用最小二乘法估計威布爾分布的兩個參數(shù)：
[0045] 兩邊取自然對數(shù)，得：
[0046] lnln[ 1/( l_F(t)) ] =0[ lnt-lna] (10)
[0048] 將式化為 Y=AX+B (12)
[0049] 對于線性回歸方程(12)，回歸系數(shù)A與B的最小二乘估計解為：
[0052]根據(jù)上述過程，智能電表的工作失效率為：
[0054] 2)基于點估計法的智能電表可靠性預(yù)計過程為：
[0055]首先，根據(jù)功能失效分類將各故障數(shù)據(jù)分到智能電表各預(yù)計單元中并歸納起來； [0056]其次，采用點估計法求智能電表各預(yù)計單元的工作失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0058]式中，&.是智能電表中第j個預(yù)計單元的故障率;r為故障次數(shù);T為智能電表總的 現(xiàn)場實測時間。
[0059]最后，智能電表的工作失效率是智能電表各預(yù)計單元失效率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式 為：
[0061] (3)采用模糊二元對比排序法計算基于威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能電表工 作失效率的權(quán)重數(shù)和基于點估計法得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，具體求解過程如 下：
[0062] 首先，確定兩個影響因素:基于新的威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能電表工作 失效率4和基于點估計法得到的智能電表工作失效率1;
[0063] 其次，確定權(quán)重比矩陣T2X2:
[0064]根據(jù)因素集U = { U1U 2}分別求出X, (w/KW = U)的值，并且要求/； (?,)滿足： 人(",.)=1; 0=￡. 4 (?# 1，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0065] fu, (wy) = % (4i = U) (17)
[0066] 根據(jù)公式(17)求矩陣R，R的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0070]權(quán)重估計值Ui的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0072]再對權(quán)重估計值歸一化作為估計的權(quán)重：
[0075] (4)基于加權(quán)平均法求最優(yōu)失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0076] lft = kxlw + k2X (.24)
[0077] 式中，h為根據(jù)威布爾分布參數(shù)估計法計算得到的智能工作失效率的權(quán)重數(shù)，k2為 根據(jù)點估計法計算得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，切￡為加權(quán)平均法求出的最優(yōu)失效 率。
[0078] 所述步驟3比較分析可靠性預(yù)計和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的智能電表工作失效率的方法如 下：
[0079] As(l+x)=A^ (25)
[0080] 式中，T為修正因子，也為誤差系數(shù)，As為基于元器件應(yīng)力法計算得到的智能電表 的失效率。
[0081 ]所述步驟4計算出誤差系數(shù)即修正因子的方法如下：
[0083]所述步驟5建立的可靠性預(yù)計修正模型為：
[0084] A = Ajff(l+x) (27)。
【附圖說明】
[0085]圖1智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法流程圖；
[0086] 圖2基于元器件應(yīng)力法的智能電表可靠性預(yù)計方法流程圖；
[0087] 圖3基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的智能電表可靠性預(yù)計方法流程圖。
【具體實施方式】
[0088] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0089] 本發(fā)明智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，可有效反映智能電表工作實際 情況。以下以一批型號為DDZY102-Z智能電表在新疆某地區(qū)2年的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計為例說明本 發(fā)明方法步驟；
[0090] 如圖1所示，本發(fā)明智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法包括以下步驟：
[0091] 步驟1，根據(jù)元器件應(yīng)力法建立型號為DDZY102-Z智能電表可靠性預(yù)計模型，如圖2 所示，其詳細(xì)步驟如下：
[0092] (1)根據(jù)型號為DDZY102-Z智能電表的功能、結(jié)構(gòu)和特點，將智能電表劃分為6個可 靠性預(yù)計單元，并且預(yù)計單元內(nèi)的元器件滿足串聯(lián)關(guān)系；
[0093] (2)建立智能電表的可靠性框圖；
[0094] (3)選擇《GJBZ 299C-2006電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》為可靠性預(yù)計手冊；
[0095] (4)根據(jù)步驟(3)計算各個預(yù)計單元的所有元器件的工作失效率；
[0096] (5)計算預(yù)計單元的工作失效率；
[0097] 預(yù)計單元工作失效率數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0098] 式中，n為預(yù)計單元中的元器件的總數(shù)，M為第i個元件的工作失效率。
[0099] (6)計算整個智能電表的工作失效率，智能電表的工作失效率為各個預(yù)計單元失 效率的總和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0101]式中，N為預(yù)計單元的總數(shù)，即為6，AW為第j個預(yù)計單元的工作失效率。
[0102]步驟2,根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立型號為DDZY102-Z智能電表可靠性預(yù)計模型，如圖3所 示。建模步驟如下：
[0103] (1)分析該批智能電表的運行數(shù)據(jù)，找出其故障數(shù)據(jù)及故障時間；
[0104] (2)采用基于新的威布爾分布參數(shù)估計法和基于點估計法兩種不同的方法計算智 能電表的工作失效率，以威布爾參數(shù)估計法求得智能電表的工作失效率，以點估計法先得 智能電表各預(yù)計單元的工作失效率，進(jìn)而求得智能電表的工作失效率。其步驟如下：
[0105] 1)基于新的威布爾分布參數(shù)估計法的智能電表可靠性預(yù)計過程為：
[0106] 首先，采用平均秩法求失效分布函數(shù)F(ty)，近似中位秩數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
[0108] 式中，ty為第y個失效的智能電表壽命數(shù)據(jù);x為智能電表樣本大小;y為對失效數(shù) 據(jù)進(jìn)行排序后的位置。
[0109] 計算平均秩的增量公式：
[0111] 其中，X為智能電表樣本容量;k為失效智能電表的順序號;y為按失效時間的長短 列出的智能電表的順序號;A y為故障設(shè)備的平均秩次;為前一個故障設(shè)備的平均秩次。
[0112] 其次，建立威布爾分布模型與智能電表工作失效率的關(guān)系：
[0113] 威布爾分布的失效分布函數(shù)為：
[0115]故障密度函數(shù)為：
[0117]可靠度函數(shù)為：
[0121] 其中，t為時間，a為尺度參數(shù)，0為形狀參數(shù)。
[0122] 最后，利用最小二乘法估計威布爾分布的兩個參數(shù)：
[0124] 兩邊取自然對數(shù)，得：
[0125] lnln[ 1/( l_F(t)) ] =0[ lnt-lna] (10)
[0127] 將式化為 Y=AX+B (12)
[0128] 對于線性回歸方程(12)，回歸系數(shù)A與B的最小二乘估計解為：
[0131]根據(jù)上述過程，DDZY102-Z智能電表的工作失效率為：
[0133] 2)基于點估計法的型號為DDZY102-Z智能電表可靠性預(yù)計過程為：
[0134] 首先，根據(jù)功能失效分類將各故障數(shù)據(jù)分配到智能電表6個預(yù)計單元中并歸納起 來；
[0135] 其次，采用點估計法求智能電表6個預(yù)計單元的工作失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0137] 式中，^是智能電表中第j個預(yù)計單元的故障率;r為故障次數(shù);T為兩年時間。
[0138] 最后，智能電表的工作失效率是智能電表6個預(yù)計單元失效率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式 為：
[0140] (3)采用模糊二元對比排序法計算基于威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能電表工 作失效率的權(quán)重數(shù)和基于點估計法得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，其具體求解過程 如下：
[0141] 首先，確定兩個影響因素:基于新的威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能工作失效 率\和基于點估計法得到的智能電表工作失效率i ;
[0142] 其次，確定權(quán)重比矩陣T2X2:
[0143] 根據(jù)因素集U = { Ui U2}分別求出乂, = U)的值，并且要求)滿足： X, (?;) = 1 ; MX (?,)夂其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0144] /,,(",.) = ~ （D = U) (17)
[0145] 根據(jù)公式(17)求矩陣R，R的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0149]權(quán)重估計值Ui的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0151 ]再對權(quán)重估計值歸一化作為估計的權(quán)重：
[0154] (4)基于加權(quán)平均法求最優(yōu)失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0155] % = kjLw + (24)
[0156] 式中，ki為根據(jù)威布爾分布參數(shù)估計法計算得到的智能電表工作失效率的權(quán)重 數(shù)，k2為根據(jù)點估計法計算得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，￥為加權(quán)平均法求出的 最優(yōu)失效率。
[0157] 步驟3,比較分析比較可靠性預(yù)計和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的DDZY102-Z智能電表工作失效 率。
[0158] As(l+x)=A^ (25)
[0159] 式中，t為修正因子，也為誤差系數(shù)，As為基于元器件應(yīng)力法計算得到的智能電表 的失效率。
[0160]步驟4,根據(jù)步驟3中的公式(25)計算出誤差系數(shù)即修正因子：
[0162] 步驟5,建立型號為DDZY102-Z智能電表可靠性預(yù)計修正模型：
[0163] A = Ajff(l+x) (27)。
【主權(quán)項】
1. 一種智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，根據(jù)元器件應(yīng)力法建立智能電表可靠性預(yù)計模型； 步驟2,根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立智能電表可靠性預(yù)計模型； 步驟3,比較可靠性預(yù)計和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的智能電表工作失效率； 步驟4，計算出誤差系數(shù)即修正因子； 步驟5，建立可靠性預(yù)計修正模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于:所述 步驟1中的根據(jù)元器件應(yīng)力法建立智能電表可靠性預(yù)計模型的方法如下： (1) 根據(jù)智能電表的功能、結(jié)構(gòu)和特點，將智能電表劃分為若干個可靠性預(yù)計單元，并 且預(yù)計單元內(nèi)的元器件滿足串聯(lián)關(guān)系； (2) 建立智能電表的可靠性框圖； (3) 選擇《GJBZ 299C-2006電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》為可靠性預(yù)計手冊； (4) 根據(jù)步驟(3)計算各個預(yù)計單元的所有元器件的工作失效率； (5) 計算預(yù)計單元的工作失效率； 預(yù)計單元工作失效率數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，n為預(yù)計單元中的元器件的總數(shù)，M為第i個元件的工作失效率； (6) 計算整個智能電表的工作失效率，智能電表的工作失效率為各個預(yù)計單元失效率 的總和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，N為預(yù)計單元的總數(shù)，為第j個預(yù)計單元的工作失效率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于:所述 步驟2根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立智能電表可靠性預(yù)計模型的方法具體如下： (1) 收集某地區(qū)一批同型號的智能電表某時段年的現(xiàn)場運行的數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)以及故 障時間； (2) 采用基于新的威布爾分布參數(shù)估計法和基于點估計法兩種不同方法計算智能電表 的工作失效率，以威布爾參數(shù)估計法求得智能電表的工作失效率，以點估計法先求得智能 電表各預(yù)計單元的工作失效率，進(jìn)而求得智能電表的工作失效率，其步驟如下： 1)基于新的威布爾分布參數(shù)估計法的智能電表可靠性預(yù)計過程為： 首先，采用平均秩法求失效分布函數(shù)F(ty)，近似中位秩數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中，ty為第y個失效的智能電表壽命數(shù)據(jù);x為智能電表樣本大小;y為對失效數(shù)據(jù)進(jìn)行 排序后的位置； 計算平均秩的增量公式：其中，X為智能電表樣本容量;k為失效智能電表的順序號;y為按失效時間的長短列出 的智能電表的順序號;Ay為故障設(shè)備的平均秩次;為前一個故障設(shè)備的平均秩次； 其次，建立威布爾分布模型與智能電表工作失效率的關(guān)系： 威布爾分布的失效分布函數(shù)為：故障密度函數(shù)為：可靠度函數(shù)為：故障率函數(shù)為：其中，t為時間，a為尺度參數(shù)，0為形狀參數(shù)； 最后，利用最小二乘法估計威布爾分布的兩個參數(shù)： 將公式(5)左右變形得兩邊取自然對數(shù)，得： Inln[l/(1-F(t))]=0[lnt_lna] (10)將式化為Y=AX+B (12) 對于線性回歸方程(12)，回歸系數(shù)A與B的最小二乘估計解為：根據(jù)上述過程，智能電表的工作失效率為：2)基于點估計法的智能電表可靠性預(yù)計過程為： 首先，根據(jù)功能失效分類將各故障數(shù)據(jù)分配到智能電表各預(yù)計單元中并歸納起來； 其次，采用點估計法求智能電表各預(yù)計單元的工作失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，i,.是智能電表中第j個預(yù)計單元的故障率;r為故障次數(shù);T為智能電表總的現(xiàn)場實 測時間； 最后，智能電表的工作失效率是智能電表各預(yù)計單元失效率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：(3) 采用模糊二元對比排序法計算基于威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能電表工作失 效率的權(quán)重數(shù)和基于點估計法得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，具體求解過程如下： 首先，確定兩個影響因素:基于新的威布爾分布參數(shù)估計法得到的智能電表工作失效 率\和基于點估計法得到的智能電表工作失效率i:; 其次，確定權(quán)重比矩陣T2X2 : 根據(jù)因素集u = {UiU2}分別求出X, = I，2)的值，并且要求人(〃,)滿足：=1; 05人(《^1，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： f,Alij) = ry (4/= 1,2) (17) 根據(jù)公式(17)求矩陣R，R的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：權(quán)重估計值仏的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：再對權(quán)重估計值歸一化作為估計的權(quán)重：(4) 基于加權(quán)平均法求最優(yōu)失效率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： = kylw + k2A (24) 式中，h為根據(jù)威布爾分布參數(shù)估計法計算得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，k2為 根據(jù)點估計法計算得到的智能電表工作失效率的權(quán)重數(shù)，切￡為加權(quán)平均法求出的最優(yōu)失效 率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于:所述 步驟3比較分析可靠性預(yù)計和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到的智能電表工作失效率的方法如下： 入 s(1+t)=切￡ (25) 式中，T為修正因子，也為誤差系數(shù)，As為基于元器件應(yīng)力法計算得到的智能電表的失效 率。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于:所述 步驟4計算出誤差系數(shù)即修正因子的方法如下：6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表的可靠性預(yù)計修正模型建立方法，其特征在于:所述 步驟5建立的可靠性預(yù)計修正模型為： 入=入冊(1+T) (27)〇
【文檔編號】G01R35/04GK106054105SQ201610342044
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】李寧, 袁鐵江, 楊金成, 董小順, 王剛, 蔣平, 羅慶, 李國軍, 薛飛, 段志尚, 山憲武
【申請人】國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院, 新疆大學(xué)