本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的電力供應(yīng)形勢日益緊張，在全國各地僅因電網(wǎng)系統(tǒng)故障造成的經(jīng)濟損失就高達上萬億，分析其的主要原因是對電網(wǎng)系統(tǒng)的故障不能夠及時處理。

因我國電力企業(yè)長期以來一直執(zhí)行全國統(tǒng)一的定期檢修制度，其本質(zhì)特征是單純以時間周期為基礎(chǔ)。這種模式明顯存在不考慮設(shè)備的實際狀況、檢修過程中針對性不強、掌握設(shè)備狀態(tài)不夠、不符合現(xiàn)有電力設(shè)備壽命的故障規(guī)律、產(chǎn)生超量檢修之類的負效應(yīng)等不良問題，顯然，檢修體制是否完善直接影響電力設(shè)備的可靠性水平，因此通過對電力設(shè)備的運行健康狀態(tài)特性進行建模，對于其合理使用和維修、故障預(yù)測以及配電管理等操作，有著極為重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法， 能夠?qū)崿F(xiàn)對電力設(shè)備的運行健康狀態(tài)進行建模，便于對其進行合理使用和維修、故障預(yù)測以 及配電管理等操作。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法，該包括以下步驟：

（1）建立一級指標物元及其判斷矩陣；

（2）建立二級指標物元及其判斷矩陣；

（3）利用可拓學原理構(gòu)造一級、二級指標物元的經(jīng)典域和節(jié)域；

（4）利用可拓學原理計算各級指標物元的關(guān)聯(lián)度；

（5）綜合各級指標物元關(guān)聯(lián)度獲取電力設(shè)備的健康狀態(tài)；

所述步驟（1）建立一級指標物元和所述步驟（2）建立二級指標物元，包括：按照功能劃分、結(jié)構(gòu)劃分的方式建立；

所述步驟（3）一級、二級指標物元的經(jīng)典域和節(jié)域，包括：通過統(tǒng)計學方法計算并結(jié)合專家經(jīng)驗以及參考相關(guān)電力設(shè)備的國家標準以及企業(yè)標準繪制評分函數(shù)進行打分獲得。

優(yōu)選的，所述步驟（1）和所述步驟（2）的判斷矩陣采用層次分析法的原理，按照判斷矩陣1~9級標度原則判斷同一層次上兩元素之間的重要關(guān)系，得到判斷矩陣，再通過本級各指標之間的相互比較，得到該級指標判斷矩陣及權(quán)重。

優(yōu)選的，所述步驟（3）的經(jīng)典域包括：良好、較好、一般、注意，其中，良好：0.85~1；較好：0.75~0.85；一般：0.6~0.75；注意：0~0.6。

優(yōu)選的，所述步驟（3）的節(jié)域取值范圍為：0~1。

優(yōu)選的，所述步驟（4）計算各級指標物元的關(guān)聯(lián)度，包括：

每個評估指標物元關(guān)于不同劃分等級的改進初等關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

其中ρ(x,x₀,X)與ρ(x,x₀,X₀)分別為指標值x與經(jīng)典域X₀和節(jié)域X的右側(cè)距，D(x,x₀,X)表征指標值x與經(jīng)典域X₀和節(jié)域X的位值；

將電纜線路狀態(tài)目標評估等級劃分為m個等級區(qū)間，含有n個指標的評估體系關(guān)聯(lián)度矩陣C為：

其中K(x_ij)表示關(guān)聯(lián)系數(shù)；

將各指標關(guān)聯(lián)度矩陣C進行規(guī)范化處理：

其中K(x_ij)表示關(guān)聯(lián)系數(shù)，max(|K(x_i?)|)表征第i行元素最大絕對值；

根據(jù)電纜線路評估問題的需求，對于包含s個指標的評估物元綜合關(guān)聯(lián)度的計算公式為：

其中ω_i為第i個評估物元對應(yīng)的指標權(quán)重，k(x_i)表征關(guān)聯(lián)矩陣的規(guī)范化處理。

本發(fā)明提供了一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法，該方法首先建立各級的指標物元及其判斷矩陣，然后采用可拓學方法對各級指標物元進行經(jīng)典域和節(jié)域的構(gòu)造，最后再根據(jù)可拓學原理計算各級指標物元的關(guān)聯(lián)度最終得到對應(yīng)電力設(shè)備的健康狀態(tài)，該方法能夠使得工作人員及時了解對應(yīng)的電力設(shè)備的健康狀況，從而便于對其進行合理使用和維修、故障預(yù)測以及配電管理等操作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例， 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖 1 為本發(fā)明實施例提供的對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法的流程示意圖；

圖 2 為本發(fā)明實施例提供的電纜線路的物元分層模型示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法，如圖 1 所示，該方法包括：

步驟 S1、建立一級指標物元及其判斷矩陣。

要實現(xiàn)對于電力電纜健康狀態(tài)準確、全面地評估，需要準確把握能反映其運行狀態(tài)的狀態(tài)量，并結(jié)合狀態(tài)評估的可操作性，形成了包含試驗信息、運行信息、巡檢信息的狀態(tài)量集合，建立了電纜線路狀態(tài)評估指標體系。評估指標體系分為二級，二級指標即為狀態(tài)量，如圖 2 所示。第一級指標包括：電纜本體、電纜終端、電纜中間接頭、接地系統(tǒng)、電纜通道、輔助設(shè)施；采用層次分析法的原理，按照判斷矩陣1~9級標度原則判斷同一層次上兩元素之間的重要關(guān)系，得到判斷矩陣，通過一級指標各指標之間的相互比較，得到的一級指標判斷矩陣及權(quán)重如表1所示。

表1電力電纜一級指標判斷矩陣及權(quán)重向量

步驟 S2、建立二級指標物元及其判斷矩陣。

第二級指標包括：屬于電纜本體的線路負荷、絕緣電阻、電纜變形、埋深、 防火阻燃，屬于電纜終端的污穢、防火阻燃、破損和溫度，屬于電纜中間接頭的防火阻燃、 破損、溫度、運行環(huán)境，屬于接地系統(tǒng)的接地引下線、接地電阻，屬于電纜通道的電纜井、電纜管溝環(huán)境，屬于輔助設(shè)施的牢固程度、標識齊全、銹蝕程度。

同理，建立各一級指標的二級指標判斷矩陣，采用最大特征值法求出各個部件相應(yīng)的狀態(tài)量的權(quán)重，如表2所示：

表2 二級指標（狀態(tài)量）權(quán)重

步驟S3、利用可拓學原理構(gòu)造一級、二級指標物元的經(jīng)典域和節(jié)域。

由于電纜線路狀態(tài)量指標單位各不相同，因此需要一個統(tǒng)一的衡量尺度對設(shè)備的狀態(tài)量進行評估。本實施例根據(jù)狀態(tài)量指標的劣化程度用得分對狀態(tài)量指標進行0~1量化，以0.6作為危險閾值，1為理想狀態(tài)，并以此對電纜線路各個部件狀態(tài)進行打分。

狀態(tài)量指標分為定性指標和定量指標兩類。對于定性指標采用專家經(jīng)驗法，根據(jù)對設(shè)備狀態(tài)的影響進行打分，分數(shù)越高表明設(shè)備運行狀態(tài)越好；對于定量指標評分模型采用線性分段函數(shù)，參考相關(guān)設(shè)備的國家標準以及企業(yè)標準繪制評分函數(shù)進行打分，將評估結(jié)果分為4個狀態(tài)，分別為：良好、較好、一般和注意。

本實施例收集了某10kV電纜線路故障樣本數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計學方法計算出各個二級物元的量值的數(shù)學期望和均方差，然后，再構(gòu)造各個物元的經(jīng)典域和節(jié)域，根據(jù)電纜線路狀態(tài)劃分標準和相關(guān)的試驗規(guī)程以及專家經(jīng)驗等，可以給出各個指標的經(jīng)典域和節(jié)域。

電纜本體指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表3所示：

表3 電纜本體指標的經(jīng)典域和節(jié)域

電纜終端指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表4所示：

表4電纜終端指標的經(jīng)典域和節(jié)域

電纜中間接頭指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表5所示：

表5 電纜中間接頭指標的經(jīng)典域和節(jié)域

接地系統(tǒng)指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表6所示：

表6接地系統(tǒng)指標的經(jīng)典域和節(jié)域

電纜通道指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表7所示：

表7 電纜通道指標的經(jīng)典域和節(jié)域

輔助設(shè)施指標的經(jīng)典域和節(jié)域，如表8所示：

表8 輔助設(shè)施指標的經(jīng)典域和節(jié)域

步驟S4、利用可拓學原理計算各級指標物元的關(guān)聯(lián)度。

根據(jù)物元模型，在電纜線路運行狀態(tài)評估體系中，可以把評估目標看作是目標物元，評估目標下面包含若干一級指標，可以把每個一級指標看作是一個一級指標物元；每個一級指標下面都包括若干個二級指標，每個二級指標可看作是一個二級指標物元；因此，指標物元分層體系與電纜線路狀態(tài)評估指標體系是一一對應(yīng)的。

假設(shè)某個指標物元的經(jīng)典域X0=[a, b]，節(jié)域X=[c, d]，其中，X0?X體現(xiàn)了電纜線路評估指標的特有性質(zhì)。根據(jù)電纜線路運行狀態(tài)的原始樣本數(shù)據(jù)，通過正態(tài)擬合方法就能夠求得各個指標物元的經(jīng)典域；根據(jù)原始樣本數(shù)據(jù)中各個指標的最大值和最小值便能夠確定每一個指標物元的節(jié)域。

在電纜線路健康狀態(tài)分層評估中，因為經(jīng)過標準化處理的指標值的最優(yōu)點一般情況下靠近等級區(qū)間的右側(cè)，所以在這里引入右側(cè)距的概念，指標值x與區(qū)間X0的右側(cè)距為：

在電纜線路狀態(tài)評估劃分等級區(qū)間當中，靠近等級最優(yōu)或最差區(qū)域的經(jīng)典域與節(jié)域有公共端點，為了避免經(jīng)典域X0與節(jié)域X存在公共點的問題，可以將靠近等級最優(yōu)區(qū)域的經(jīng)典域上限取小于但是接近上限的值，將靠近等級最差區(qū)域的經(jīng)典域下界取大于但是接近下限的值。指標值x與經(jīng)典域X0和節(jié)域X的位值為：

在上式當中，ρ(x,x0, X)和ρ(x,x0 X0)分別為指標值x與經(jīng)典域X0和節(jié)域X的右側(cè)距。

關(guān)聯(lián)函數(shù)是可拓學描述事物的量化工具，對于電纜線路健康狀態(tài)分層評估問題，可拓評價物元模型關(guān)聯(lián)函數(shù)的構(gòu)造方法有所變化。對于不同劃分等級區(qū)域，通常采用同一關(guān)聯(lián)函數(shù)計算式。但在最優(yōu)或最差等級區(qū)域內(nèi)，也就是靠近最高或最低值時，要求ρ(x,X)= ρ(x,X0)= -1；如果繼續(xù)采用相同的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算式，那么關(guān)聯(lián)函數(shù)值為0，但是此時x并不是等級最優(yōu)區(qū)域或者最差區(qū)域的臨界值。因此，當數(shù)值靠近等級最優(yōu)區(qū)域或最差區(qū)域的最高值或最低值時，采用同一關(guān)聯(lián)函數(shù)來計算該元素與區(qū)間套的關(guān)聯(lián)程度是不合理的。這里對這種情況下的關(guān)聯(lián)函數(shù)進行了改進，采用右側(cè)距替代距，最優(yōu)點x0選為靠近經(jīng)典域上限的位置，將靠近等級最優(yōu)區(qū)域的經(jīng)典域上限取小于但是接近上限的值，將靠近等級最差區(qū)域的經(jīng)典域下界取大于但是接近下限的值，這樣就可以保證經(jīng)典域X0與節(jié)域X沒有公共點。

每個評估指標物元關(guān)于不同劃分等級的改進初等關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

其中與分別為指標值x與經(jīng)典域X₀和節(jié)域X的右側(cè)距，表征指標值x與經(jīng)典域X₀和節(jié)域X的位值；

如果將電纜線路狀態(tài)目標評估等級劃分為m個等級區(qū)間，那么含有n個指標的評估體系關(guān)聯(lián)度矩陣C為：

其中K(x_ij)表示關(guān)聯(lián)系數(shù)；

將各指標關(guān)聯(lián)度矩陣C進行規(guī)范化處理：

其中K(x_ij)表示關(guān)聯(lián)系數(shù)，max(|K(x_i?)|)表征第i行元素最大絕對值；

根據(jù)電纜線路評估問題的需求，對于包含s個指標的評估物元綜合關(guān)聯(lián)度的計算公式為：

其中ω_i為第i個評估物元對應(yīng)的指標權(quán)重，k(x_i)表征關(guān)聯(lián)矩陣的規(guī)范化處理。

在本發(fā)明實施例的一個具體應(yīng)用場景中，以某中壓電纜線路的試驗及巡檢數(shù)據(jù)為算例，計算其最終各種狀態(tài)相應(yīng)的隸屬度。該線路鋪設(shè)的電纜型號是LSN 10/3.1-3X9.5m。該段線路負荷為額定負荷的70%；絕緣電阻試驗與初值比較沒有顯著差別；電纜外形有兩處輕微破損；防火阻燃與埋深都滿足設(shè)計要求；電纜終端表面有污穢，略有破損，相間溫度差為7K，接頭溫度為70℃，防火阻燃措施完善；電纜中間接頭無異常發(fā)熱，運行環(huán)境優(yōu)良，中間頭無明顯破損，防火阻燃滿足要求；接地引下線外觀良好，接地電阻為8.7Ω；電纜井無積水、則無，基礎(chǔ)無破損，電纜管溝無積水、無下沉，電纜線路保護區(qū)運行環(huán)境正常，防火阻燃滿足設(shè)計要求；輔助設(shè)施安裝牢固，但有中度銹蝕。標識安裝高度未達到要求。

根據(jù)該段電纜線路的實際健康狀態(tài)得到各部件狀態(tài)量得分如表9所示：

表9 各部件狀態(tài)量得分

電纜本體指標的關(guān)聯(lián)矩陣如表10所示：

表10 電纜本體指標的關(guān)聯(lián)矩陣

電纜終端指標的關(guān)聯(lián)矩陣，如表11所示：

表11電纜終端指標的關(guān)聯(lián)矩陣

電纜中間接頭指標的關(guān)聯(lián)矩陣，如表12所示：

表12 電纜中間接頭指標的關(guān)聯(lián)矩陣

接地系統(tǒng)指標的關(guān)聯(lián)矩陣，如下表13所示：

表13接地系統(tǒng)指標的關(guān)聯(lián)矩陣

電纜通道指標的關(guān)聯(lián)矩陣，如下表14所示：

表14 電纜通道指標的關(guān)聯(lián)矩陣

輔助設(shè)施指標的關(guān)聯(lián)矩陣，如表15所示：

表15 輔助設(shè)施指標的關(guān)聯(lián)矩陣

步驟 S5、綜合各級指標物元關(guān)聯(lián)度獲取電力設(shè)備的健康狀態(tài)。

將各二級指標按照各自權(quán)重加權(quán)之后可得到一級指標權(quán)重，同理可得到該段電纜線路最終的關(guān)聯(lián)度向量最終的綜合評判結(jié)果為：[0.0669,-0.0639,-0.2513,-0.2578]。結(jié)合四種狀態(tài)評判，與良好狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度為0.0669；與較好狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度是-0.0639；與一般狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度是-0.2513；與注意狀態(tài)的 關(guān)聯(lián)度是-0.2578。因此，可證明該段電纜線路運行在正常狀態(tài)。

綜上， 本發(fā)明實施例提供了一種對電力設(shè)備進行健康狀態(tài)評估的建模方法，該方法首先建立各級的指標物元及其判斷矩陣，然后采用可拓學方法對各級指標物元進行經(jīng)典域和節(jié)域的構(gòu)造，最后再根據(jù)可拓學原理計算各級指標物元的關(guān)聯(lián)度最終得到對應(yīng)電力設(shè)備的健康狀態(tài)， 該方法能夠使得工作人員及時了解對應(yīng)的電力設(shè)備的健康狀況，從而便于對其進行合理使用和維修、故障預(yù)測以及配電管理等操作。

通過以上的實施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，如計算機的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備（可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。