本發(fā)明涉及到電力系統(tǒng)設(shè)備檢修維護(hù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于半馬爾科夫鏈的變壓器預(yù)防老化維修策略制定方法。
背景技術(shù)：
：在高壓直流輸電系統(tǒng)中，變壓器是最重要的設(shè)備之一，它處于交流電與直流電互相變換的核心位置。當(dāng)變壓器運(yùn)行至30年時，變壓器檢測項目按預(yù)防性試驗(yàn)及維護(hù)項目開展，需要對變壓器壽命進(jìn)行評估，確定變壓器的實(shí)際使用年限。變壓器的年齡可以分為自然年齡和絕緣年齡。自然年齡是指變壓器正常運(yùn)行的實(shí)際年齡。絕緣年齡是指變壓器的絕緣老化狀態(tài)監(jiān)測量對應(yīng)的基準(zhǔn)年齡。當(dāng)變壓器的自然年齡大于絕緣年齡時，表示變壓器老化過程較緩慢，運(yùn)行狀態(tài)較好。當(dāng)變壓器的自然年齡小于絕緣年齡時，表示變壓器老化過程較快，運(yùn)行狀態(tài)較差。根據(jù)變壓器設(shè)備的評估狀態(tài)，為保障設(shè)備的健康運(yùn)行，應(yīng)對其進(jìn)行檢查、檢測、維護(hù)和修理的工作，設(shè)備的檢修分為a，b，c三類。原則上a類檢修應(yīng)包括所有b類檢修項目，b類檢修應(yīng)包含c類檢修項目。a類檢修是指設(shè)備需要停電進(jìn)行的整體檢查、維修、試驗(yàn)工作。b類檢修是指設(shè)備需要停電進(jìn)行的局部檢查、維修、更換、試驗(yàn)工作。c類檢修是指設(shè)備不需要停電進(jìn)行的檢查、維修、更換、試驗(yàn)工作。c1檢修是指一般巡維，即日常巡視過程中需對設(shè)備開展的檢查、試驗(yàn)、維護(hù)工作。c2檢修是指專業(yè)巡維，即特定條件下，針對設(shè)備開展的診斷性檢查、特巡、維修、更換、試驗(yàn)工作。變壓器老化是電力公司面臨的挑戰(zhàn)性問題，電力公司通常根據(jù)事先設(shè)定的檢修和退役年齡來維護(hù)和更新設(shè)備。這種策略由于不考慮變壓器實(shí)際運(yùn)行情況，對于運(yùn)行環(huán)境惡劣的變壓器有可能在其壽命終止時仍未安排退役而對系統(tǒng)造成風(fēng)險，對于運(yùn)行環(huán)境較好的變壓器有可能在達(dá)到退役年齡時變壓器仍然有較好的狀態(tài)，過早的退役會使資產(chǎn)的價值得不到充分利用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于半馬爾科夫鏈的變壓器預(yù)防老化維修策略制定方法，能夠修正變壓器狀態(tài)評估的觀測誤差，根據(jù)真實(shí)狀態(tài)評估情況對設(shè)備的維修策略進(jìn)行優(yōu)化，從而優(yōu)化檢修策略，提高變壓器的使用效率，同時降低維修成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種基于半馬爾科夫鏈的變壓器預(yù)防老化維修策略制定方法，其包括以下步驟：(1)建立變壓器預(yù)防性檢修的老化模型；(2)獲取變壓器老化狀態(tài)的指標(biāo)，指標(biāo)參數(shù)為z＝{1,2,3,…l}；(3)建立變壓器老化狀態(tài)的置信度；(4)根據(jù)變壓器老化狀態(tài)的置信度，反復(fù)迭代得出最優(yōu)維修策略和該維修策略的總成本。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟(1)包括以下子步驟：1-1)建立變壓器設(shè)備老化狀態(tài)表，將設(shè)備的狀態(tài)分解表示為：x＝{d1,d2,d3,…,dk},dk狀態(tài)是dk-1狀態(tài)惡化后的情況，xt為時刻t時設(shè)備的狀態(tài)；1-2)建立設(shè)備老化狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣模型，假設(shè)設(shè)備狀態(tài)在時刻t發(fā)生轉(zhuǎn)移：t＝0,t1,t2,…(tq+1-tq＞0)，表示設(shè)備在時刻tq的狀態(tài)；假設(shè)在時刻t做出檢修決策(檢修，不檢修)后，設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)移到某一老化階段的概率的矩陣模型為:pij(at)＝p(xt+1＝j(luò)|xt＝i,a)(9)式(10)中，假設(shè)偶然失效速率為固定值，并且當(dāng)設(shè)備未處于狀態(tài)dk時，老化失效速率為零，式(11)中采用了置信分布來表示設(shè)備處于某一老化階段的概率；pij(a)表示在時刻t執(zhí)行決策a后，設(shè)備狀態(tài)從i轉(zhuǎn)移到j(luò)的概率；1-3)建立設(shè)備狀態(tài)逗留時間模型，由于在設(shè)備并不能在進(jìn)行決策后馬上改變狀態(tài)，為了描述設(shè)備在兩狀態(tài)間的逗留時間，引入狀態(tài)逗留時間和狀態(tài)決策的概率矩陣模型：m為設(shè)備從狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到j(luò)的平均逗留時間；1-4)根據(jù)公式(1)(2)，設(shè)備狀態(tài)的老化模型用q表示，設(shè)備老化過程表示設(shè)備在時刻tq執(zhí)行決策后，設(shè)備狀態(tài)在tq+1時刻從i變化到j(luò)，則：進(jìn)一步地，所述步驟(3)包括以下子步驟：3-1)考慮到設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)是從抽檢中得到，抽檢的狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)z＝{1,2,3,…l}不能準(zhǔn)確的表示設(shè)備的老化狀態(tài)，因此引入狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)可信度bik來表示設(shè)備的老化狀態(tài)的概率分布：其中，k∈z,i∈x,bik表示觀測到老化指標(biāo)的參數(shù)為k時，設(shè)備的老化狀態(tài)為i的概率，k為油色譜、電氣試驗(yàn)、油化試驗(yàn)、運(yùn)檢記錄等指標(biāo)的整定值；3-2)假設(shè)設(shè)備老化狀態(tài)的置信度可以用信息向量π來表示，πt＝[πt(1),πt(2),…,πt(n)]則，πt表示時刻t設(shè)備狀態(tài)的概率分布；因此,在時間節(jié)點(diǎn)tq,決策者對該老化過程所知信息的向量為dt＝{π0,z1,a1,…,zt-1,at-1,zt}；最后，利用貝葉斯法則來修正未來設(shè)備所處的狀態(tài)的概率分布,該概率分布也稱作后驗(yàn)概率進(jìn)一步地，所述步驟(4)具體過程如下：利用設(shè)備老化狀態(tài)的置信度迭代計算出總成本的期望，該成本的期望可用來迭代計算出決策方案下成本的最小值，反復(fù)迭代，求出最優(yōu)檢修策略，r(i,a)表示在狀態(tài)i時采取決策a,c(i,a)表示在狀態(tài)i時采取決策a的即時成本,c(i,a,t)表示在時刻t狀態(tài)i采取決策a時在下一個決策到來之前的階段成本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明能夠優(yōu)化現(xiàn)有變壓器預(yù)防維修決策策略，考慮到設(shè)備檢修時設(shè)備停用所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，建立變壓器基于隨機(jī)失效的老化模型，并利用半馬爾可夫決策來評估變壓器狀態(tài)，同時建立觀測指標(biāo)的置信度，通過貝葉斯理論修正變壓器設(shè)備的狀態(tài)評估結(jié)果；本發(fā)明建立的模型和評估決策方法，能夠有效地減小由于設(shè)備狀態(tài)檢測不確定性帶來的變壓器狀態(tài)評估的誤差，從而優(yōu)化變壓器預(yù)防維修決策策略，提高變壓器的使用效率，同時降低維修成本。附圖說明圖1為本發(fā)明基于半馬爾科夫鏈的變壓器預(yù)防老化維修策略制定方法的流程圖；圖2為一個半馬爾科夫過程的示意圖；圖3為一個考慮偶然失效因素的多重老化失效模型。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。本發(fā)明通過建立變壓器基于隨機(jī)失效的老化模型，并利用半馬爾可夫決策來評估變壓器狀態(tài)，同時建立觀測指標(biāo)的置信度，通過貝葉斯理論修正變壓器設(shè)備的狀態(tài)評估結(jié)果。本發(fā)明中所涉及的維修策略，是指針對變壓器特性，根據(jù)相關(guān)用戶手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)，分別確立變壓器維修策略包括：巡視項目(c類檢修)、檢修項目(b類檢修)、老化失效檢修項目(a類檢修)。其中c類檢修的內(nèi)容如表1所示，b類檢修的內(nèi)容如表2所示，a類檢修的內(nèi)容如表3所示。原則上a類檢修應(yīng)包括所有b類檢修項目，b類檢修應(yīng)包含c類檢修項目。1本體溫度檢查8有載調(diào)壓開關(guān)在線濾油裝置檢查2本體和分接開關(guān)油位檢查9本體及有載調(diào)壓開關(guān)壓力釋放閥檢查3滲漏油檢查10聯(lián)接變就地控制柜4運(yùn)行聲響檢查11有載調(diào)壓開關(guān)5接地檢查12套管檢查6呼吸器檢查13紅外測溫7冷卻裝置檢查14油色譜在線監(jiān)測裝置表1變壓器巡視項目在下列情況下對變壓器進(jìn)行特殊巡視：1)新投入或檢修后的變壓器，在投運(yùn)72小時內(nèi)；2)有重大和緊急缺陷(如油中溶解氣體分析結(jié)果異常、有局部過熱現(xiàn)象、冷卻系統(tǒng)不正常、漏油等)時；3)天氣突變(如大風(fēng)，大霧，大雪，冰雹，寒潮等)時；4)雷雨季節(jié)特別是雷雨后；5)高溫季節(jié)，高峰負(fù)載期間。表2檢修項目1本體繼電器輕瓦斯報警4套管出現(xiàn)接觸性過熱7油位異常2本體繼電器重瓦斯動作5本體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重漏油8聲音異常3本體壓力釋放閥動作6呼吸器滲油9絕緣電阻異常表3老化失效檢修項目實(shí)施例請參考圖1，一種基于半馬爾科夫鏈的變壓器預(yù)防老化維修策略制定方法，其包括以下步驟：(1)建立變壓器預(yù)防性檢修的老化模型；其包括以下子步驟：1-1)建立變壓器設(shè)備老化狀態(tài)表，將設(shè)備的狀態(tài)分解表示為：x＝{d1,d2,d3,…,dk},dk狀態(tài)是dk-1狀態(tài)惡化后的情況，xt為時刻t時設(shè)備的狀態(tài)；1-2)建立設(shè)備老化狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣模型，假設(shè)設(shè)備狀態(tài)在時刻t發(fā)生轉(zhuǎn)移：t＝0,t1,t2,…(tq+1-tq＞0)，表示設(shè)備在時刻tq的狀態(tài)；假設(shè)在時刻t做出檢修決策(檢修，不檢修)后，設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)移到某一老化階段的概率的矩陣模型為:pij(at)＝p(xt+1＝j(luò)|xt＝i,a)(17)式(18)中，假設(shè)偶然失效速率為固定值，并且當(dāng)設(shè)備未處于狀態(tài)dk時，老化失效速率為零，式(19)中采用了置信分布來表示設(shè)備處于某一老化階段的概率；pij(a)表示在時刻t執(zhí)行決策a后，設(shè)備狀態(tài)從i轉(zhuǎn)移到j(luò)的概率；1-3)建立設(shè)備狀態(tài)逗留時間模型，由于在設(shè)備并不能在進(jìn)行決策后馬上改變狀態(tài)，為了描述設(shè)備在兩狀態(tài)間的逗留時間，引入狀態(tài)逗留時間和狀態(tài)決策的概率矩陣模型：m為設(shè)備從狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到j(luò)的平均逗留時間；1-4)根據(jù)公式(1)(2)，設(shè)備狀態(tài)的老化模型用q表示，設(shè)備老化過程表示設(shè)備在時刻tq執(zhí)行決策后，設(shè)備狀態(tài)在tq+1時刻從i變化到j(luò)，則：(2)獲取變壓器老化狀態(tài)的指標(biāo)，指標(biāo)參數(shù)為z＝{1,2,3,…l}。(3)建立變壓器老化狀態(tài)的置信度；其包括以下子步驟：3-1)考慮到設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)是從抽檢中得到，抽檢的狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)z＝{1,2,3,…l}不能準(zhǔn)確的表示設(shè)備的老化狀態(tài)，因此引入狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)可信度bik來表示設(shè)備的老化狀態(tài)的概率分布：其中，k∈z,i∈x,bik表示觀測到老化指標(biāo)的參數(shù)為k時，設(shè)備的老化狀態(tài)為i的概率，k為油色譜、電氣試驗(yàn)、油化試驗(yàn)、運(yùn)檢記錄等指標(biāo)的整定值；3-2)假設(shè)設(shè)備老化狀態(tài)的置信度可以用信息向量π來表示，πt＝[πt(1),πt(2),…,πt(n)]則，πt表示時刻t設(shè)備狀態(tài)的概率分布；因此,在時間節(jié)點(diǎn)tq,決策者對該老化過程所知信息的向量為dt＝{π0,z1,a1,…,zt-1,at-1,zt}；最后，利用貝葉斯法則來修正未來設(shè)備所處的狀態(tài)的概率分布,該概率分布也稱作后驗(yàn)概率(4)根據(jù)變壓器老化狀態(tài)的置信度，反復(fù)迭代得出最優(yōu)維修策略和該維修策略的總成本；具體地：利用設(shè)備老化狀態(tài)的置信度迭代計算出總成本的期望，該成本的期望可用來迭代計算出決策方案下成本的最小值，反復(fù)迭代，求出最優(yōu)檢修策略，r(i,a)表示在狀態(tài)i時采取決策a,c(i,a)表示在狀態(tài)i時采取決策a的即時成本,c(i,a,t)表示在時刻t狀態(tài)i采取決策a時在下一個決策到來之前的階段成本。如圖2所示為一個半馬爾科夫過程的示意圖，t表示維修決策時刻，在決策a0的作用下，設(shè)備的狀態(tài)在時刻t1從x0轉(zhuǎn)移到x1；同時基于觀測數(shù)據(jù)b1,新的決策a1使系統(tǒng)狀態(tài)遷移到x2。如圖3所示，在變壓器失效模型中，同時考慮了偶然失效因素和老化失效因素。將電力系統(tǒng)變壓器失效看作基于偶然失效和老化失效共同作用的模型。將變壓器狀態(tài)分為三個狀態(tài)：老化狀態(tài)d、維修狀態(tài)m、失效狀態(tài)f，z為當(dāng)前狀態(tài)下采取維修決策，k為老化狀態(tài)的階數(shù)。在每一種老化狀態(tài)下，可對設(shè)備進(jìn)行檢修決策(a類檢修、b類檢修、c類檢修)。在這個模型中，假設(shè)d1表示該設(shè)備為全新的，dk表示比dk-1更糟糕的老化情況。在預(yù)防性檢修實(shí)施以后，設(shè)備狀態(tài)會回歸到上一級的老化狀態(tài)。如果不對設(shè)備進(jìn)行維修，設(shè)備最終會老化失效達(dá)到狀態(tài)f1。zk是設(shè)備老化狀態(tài)的觀測矩陣。由于設(shè)備的隨機(jī)失效無法通過預(yù)防性維修將其減小。當(dāng)設(shè)備失效f發(fā)生時，不需要任何檢測就知道到。在設(shè)備經(jīng)理老化失效f1時,對設(shè)備進(jìn)行大修或更換，從而使設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)到一個新設(shè)備的狀態(tài)d1。在偶然失效f0發(fā)生后，對設(shè)備進(jìn)行維修，設(shè)備回到偶然失效發(fā)生前的老化狀態(tài)。其中，λ0為偶然失效的失效速率，λ1為老化失效的失效速率，μ0表示未老化失效狀態(tài)下的維修速率，μ1表示老化狀態(tài)下的維修速率，λm表示預(yù)防性維修失效速率，μm表示預(yù)防性維修速率。上述實(shí)施例僅用以說明本專利而并非限制本專利所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實(shí)施例對本專利已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本專利進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本專利的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本專利的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁12