本發(fā)明涉及一種變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)測(cè)方法，尤其是涉及一種基于馬爾可夫和熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)的變壓器風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：
電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的輸變電設(shè)備之一，在電力系統(tǒng)中處于樞紐地位，其運(yùn)行的安全可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全。大型電力變壓器一旦發(fā)生故障，造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的。隨著電網(wǎng)的高速發(fā)展，單臺(tái)高電壓、大容量的變壓器越來(lái)越多的投入電網(wǎng)運(yùn)行，與此同時(shí)，由于制造、運(yùn)輸、安裝和維修質(zhì)量等因素造成的變壓器故障也嚴(yán)重的威脅著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此如何提高變壓器運(yùn)行的可靠性，預(yù)防和降低故障的發(fā)生概率，一直都是變壓器運(yùn)行監(jiān)測(cè)中的重要課題。要使變壓器安全可靠運(yùn)行，除了選用質(zhì)量性能優(yōu)良的變壓器外，更關(guān)鍵的是要不斷提高變壓器的運(yùn)行、維護(hù)和檢修水平，充分掌握變壓器各類信息，對(duì)變壓器科學(xué)、及時(shí)地進(jìn)行預(yù)試和檢修。近年來(lái)，狀態(tài)檢修開(kāi)始逐步進(jìn)入電力企業(yè)的檢修管理，檢修的針對(duì)性、科學(xué)性大大加強(qiáng)，然而以往的檢修決策主要基于設(shè)備的自身狀態(tài)，沒(méi)有考慮設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的不同影響以及經(jīng)濟(jì)性，加之由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障模式眾多，目前的狀態(tài)檢修還不夠成熟，急需引入新的理論來(lái)指導(dǎo)電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修。基于風(fēng)險(xiǎn)的維修作為下一代以可靠性為中心的維修，是現(xiàn)代設(shè)備維修管理的發(fā)展方向。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則是變壓器風(fēng)險(xiǎn)維修的核心和基礎(chǔ)，對(duì)變壓器進(jìn)行定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)，可以協(xié)助管理層和決策層做出科學(xué)、有效的中長(zhǎng)期維護(hù)檢修策略和實(shí)施方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種精度高、準(zhǔn)確度高的基于馬爾可夫和熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)的變壓器風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法。一種基于馬爾可夫和熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)的變壓器風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：1)建立基于馬爾可夫過(guò)程的變壓器全狀態(tài)模型；2)根據(jù)變壓器全狀態(tài)模型獲得變壓器運(yùn)行狀態(tài)的馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和變壓器處于各狀態(tài)的概率及變壓器各部位的故障頻率；3)通過(guò)熵權(quán)模糊算法計(jì)算各部位發(fā)生故障時(shí)的故障嚴(yán)重度；4)根據(jù)各部位的故障頻率和故障嚴(yán)重度判定變壓器各部位的風(fēng)險(xiǎn)。所述的變壓器全狀態(tài)包括變壓器正常運(yùn)行、鐵芯故障、繞組故障、套管故障、冷卻系統(tǒng)故障、分接頭裝置故障、絕緣介質(zhì)故障、其他部位故障、A類檢修、B類檢修和C類檢修。所述的變壓器處于各狀態(tài)的概率的計(jì)算公式為：其中，pi為變壓器處于狀態(tài)i的概率，λi和μi分別為變壓器的故障率和修復(fù)率，i＝0，1，…，n，n為狀態(tài)個(gè)數(shù)。所述的變壓器各部位的故障頻率的計(jì)算公式為：式中，fi為狀態(tài)i的故障頻率，λij為狀態(tài)轉(zhuǎn)移率，指從狀態(tài)i向狀態(tài)j轉(zhuǎn)移的期望次數(shù)。所述的步驟3)具體為：31)設(shè)定變壓器各部位故障的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并獲得各部位相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，獲得的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣如下：式中，c′ij表示第i個(gè)部位的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，t，m為部位個(gè)數(shù)，t為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)；32)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化處理為：從而得到標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣33)由標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Hj和熵權(quán)權(quán)重ωj，計(jì)算公式為：j＝1，2，…，tj＝1，2，…，t式中，k＝1/lnm，0≤Hj≤1；當(dāng)fij＝0時(shí)，fijlnfij＝0；0≤ωj≤1，34)采用線性加權(quán)組合法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重：αj＝δωj+(1-δ)βj，j＝1，2，…，t式中，αj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重；ωj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)權(quán)重；βj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)定權(quán)重；δ為綜合系數(shù)，且0＜δ＜1；35)設(shè)定變壓器各部位故障的評(píng)語(yǔ)集V＝{v1，v2，…，vs}，s為評(píng)語(yǔ)個(gè)數(shù)，采用隸屬函數(shù)計(jì)算變壓器各部位故障嚴(yán)重度的各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)于每個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度，并得到故障嚴(yán)重度模糊評(píng)價(jià)矩陣：i＝1，2，…，m式中，Ri表示第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的模糊評(píng)價(jià)矩陣，表示第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)語(yǔ)vk的隸屬度，k＝1，2，…，s；36)根據(jù)模糊評(píng)價(jià)矩陣和熵權(quán)權(quán)重計(jì)算最終評(píng)價(jià)子集Bi：式中，ω為熵權(quán)權(quán)重向量，k＝1，2，…，s；37)對(duì)Bi進(jìn)行歸一化處理，處理公式為得到第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：B′i＝[b′i1，b′i2，b′i3，b′i4，b′i5]式中，b′ik為第i部位故障嚴(yán)重度相對(duì)于評(píng)語(yǔ)vk的隸屬度，選取B′i中最大隸屬度所對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)作為該部位故障嚴(yán)重度的值。所述的步驟4)具體為：將計(jì)算出的各部位故障頻率和故障嚴(yán)重度與設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣判定變壓器各部位的風(fēng)險(xiǎn)情況。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)本發(fā)明馬爾可夫過(guò)程和熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)了對(duì)一段時(shí)間某地區(qū)或范圍內(nèi)所統(tǒng)計(jì)變壓器分部位運(yùn)行狀況的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，精度高；2)本發(fā)明通過(guò)馬爾可夫過(guò)程全面地建立了變壓器的全狀態(tài)模型，提高了方法的準(zhǔn)確度。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明變壓器全狀態(tài)模型示意圖；圖3為本發(fā)明馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，一種基于馬爾可夫和熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)的變壓器風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：1)建立基于馬爾可夫過(guò)程的變壓器全狀態(tài)模型，如圖2所示，變壓器全狀態(tài)可分為變壓器正常運(yùn)行、鐵芯故障、繞組故障、套管故障、冷卻系統(tǒng)故障、分接頭裝置故障、絕緣介質(zhì)故障、其他部位故障、A類檢修、B類檢修、C類檢修等狀態(tài)。其中其他部位故障原因主要是指除以上幾種故障以外的故障，如人為誤操作、自然災(zāi)害等。變電站施工或改造等因素發(fā)生的概率極低，所以此處暫不考慮。2)根據(jù)變壓器全狀態(tài)模型獲得變壓器運(yùn)行狀態(tài)的馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和變壓器處于各狀態(tài)的概率及變壓器各部位的故障頻率，馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。變壓器處于各狀態(tài)的概率的計(jì)算公式為：其中，pi為變壓器處于狀態(tài)i的概率，λi和μi分別為變壓器的故障率和修復(fù)率，一般均為常數(shù)，可由變壓器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得到，i＝0，1，…，n，n為狀態(tài)個(gè)數(shù)。所述的變壓器各部位的故障頻率的計(jì)算公式為：式中，fi為狀態(tài)i的故障頻率，λij為狀態(tài)轉(zhuǎn)移率，指從狀態(tài)i向狀態(tài)j轉(zhuǎn)移的期望次數(shù)，fi可代表鐵芯、繞組、套管、冷卻系統(tǒng)、分接頭裝置、絕緣介質(zhì)、其他這7個(gè)部位的故障頻率。3)通過(guò)熵權(quán)模糊算法計(jì)算各部位發(fā)生故障時(shí)的故障嚴(yán)重度，具體為：31)設(shè)定變壓器各部位故障的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本實(shí)施例選取直接損失、檢修費(fèi)用、檢修時(shí)間、監(jiān)測(cè)水平為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)集U＝{u1，u2，u3，u4}＝{直接損失，檢修費(fèi)用，檢修時(shí)間，監(jiān)測(cè)水平}。其中直接損失為直接可見(jiàn)、可統(tǒng)計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失，以元為單位；檢修費(fèi)用為相關(guān)部門檢測(cè)維修費(fèi)用，以元為單位；檢修時(shí)間為從故障發(fā)生到修復(fù)所用時(shí)間，以小時(shí)為單位；監(jiān)測(cè)水平指故障得到監(jiān)測(cè)的難易程度，以分為單位，100分為滿分，分?jǐn)?shù)越低表示越易于監(jiān)測(cè)。根據(jù)變壓器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)獲得各部位相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，獲得的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣如下：式中，c′ij表示第i個(gè)部位的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值，i＝1，2，…，m，j＝1，2，3，4，m為部位個(gè)數(shù)；32)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化處理為：從而得到標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣33)由標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Hj和熵權(quán)權(quán)重ωj，計(jì)算公式為：j＝1，2，…，tj＝1，2，…，t式中，k＝1/lnm，0≤Hj≤1；當(dāng)fij＝0時(shí)，fijlnfij＝0；0≤ωj≤1，34)采用線性加權(quán)組合法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重：αj＝δωj+(1-δ)βj，j＝1，2，…，t式中，αj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重；ωj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)權(quán)重；βj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)定權(quán)重；δ為綜合系數(shù)，且0＜δ＜1；35)設(shè)定變壓器各部位故障的評(píng)語(yǔ)集V，本實(shí)施例設(shè)定的評(píng)語(yǔ)集為V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{輕度，一般，比較嚴(yán)重，嚴(yán)重，特別嚴(yán)重}，采用隸屬函數(shù)計(jì)算變壓器各部位故障嚴(yán)重度的各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)于每個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度，并得到故障嚴(yán)重度模糊評(píng)價(jià)矩陣：i＝1，2，…，m式中，Ri表示第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的模糊評(píng)價(jià)矩陣，表示第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)語(yǔ)vk的隸屬度，k＝1，2，…，5；本文隸屬度函數(shù)取等腰三角形函數(shù)：式中，mk、nk、lk為對(duì)應(yīng)于評(píng)語(yǔ)vk的常數(shù)。對(duì)等腰三角形隸屬度函數(shù)做如下取值：m1＝0，m2＝0.25，m3＝0.5，m4＝0.75，m5＝1；取等腰三角形底邊長(zhǎng)為1.6，從而每個(gè)指標(biāo)可取到5個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度。從而得以下5個(gè)隸屬度函數(shù)：36)根據(jù)模糊評(píng)價(jià)矩陣和熵權(quán)權(quán)重計(jì)算最終評(píng)價(jià)子集Bi：式中，ω為熵權(quán)權(quán)重向量，k＝1，2，…，s；37)對(duì)Bi進(jìn)行歸一化處理，處理公式為得到第i個(gè)部位故障嚴(yán)重度的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：B′i＝[b′i1，b′i2，b′i3，b′i4，b′i5]式中，b′ik為第i部位故障嚴(yán)重度相對(duì)于評(píng)語(yǔ)vk的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度原則，選取B′i中最大隸屬度所對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)作為該部位故障嚴(yán)重度的值。4)根據(jù)各部位的故障頻率和故障嚴(yán)重度判定變壓器各部位的風(fēng)險(xiǎn)：將計(jì)算出的各部位故障頻率和故障嚴(yán)重度與設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣判定變壓器各部位的風(fēng)險(xiǎn)情況。將變壓器故障發(fā)生的頻率和故障嚴(yán)重度各劃分為5個(gè)等級(jí)，如表1和表2所示。風(fēng)險(xiǎn)的大小是對(duì)可能性和影響兩個(gè)方面的綜合度量，其值是事件發(fā)生可能性及影響兩者的綜合函數(shù)，對(duì)應(yīng)于不同風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和影響，將產(chǎn)生不同的風(fēng)險(xiǎn)值。構(gòu)造5×5風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣，如表3所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器各部位的總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。其中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣中各風(fēng)險(xiǎn)值定義如表4所示。表1故障頻度等級(jí)故障發(fā)生頻度故障發(fā)生頻率f經(jīng)常f≥0.5可能0.1≤f＜0.5偶爾0.03≤f＜0.1極少0.1×10-3≤f＜0.03可忽略f＜0.1×10-3表2故障嚴(yán)重度等級(jí)表3變壓器部位風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣表4風(fēng)險(xiǎn)值定義通過(guò)本實(shí)施例方法計(jì)算得某地區(qū)或范圍內(nèi)該時(shí)間段所統(tǒng)計(jì)變壓器全部11種狀態(tài)的概率值，查表1得到相應(yīng)的故障頻度等級(jí)(經(jīng)常、可能、偶爾、極少、可忽略)；構(gòu)造該地區(qū)或范圍內(nèi)該時(shí)間段所統(tǒng)計(jì)變壓器m個(gè)評(píng)價(jià)部位的評(píng)價(jià)矩陣C′，得出各部位的故障嚴(yán)重度的最終評(píng)語(yǔ)等級(jí)(輕度、一般、嚴(yán)重、比較嚴(yán)重、特別嚴(yán)重)；查表3，得到縱向坐標(biāo)故障頻度相應(yīng)等級(jí)和橫坐標(biāo)故障頻度等級(jí)的交點(diǎn)，從而得出風(fēng)險(xiǎn)值(A、B、C、D)，最終得出該地區(qū)或范圍內(nèi)該時(shí)間段所統(tǒng)計(jì)變壓器分部位所面臨的風(fēng)險(xiǎn)情況。