本發(fā)明涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地下配電室的風險場計算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人口的增加，以及智能化設(shè)備的普及，人們對能源的需求逐漸提升，但是城市用地越來越緊張，地下的室內(nèi)變電站為解決這一問題提供了可行途徑。電力設(shè)備的壽命和能否無故障運行很大程度上取決于設(shè)備的運行狀況。對于地下變電站來說，其運行環(huán)境相對與普通變電站更加惡劣。其中溫度是造成設(shè)備故障的最關(guān)鍵因素。

目前關(guān)于地下配電室電力設(shè)備的故障分析方法太過于籠統(tǒng)。其計算故障率時將電力設(shè)備作為一個整體，沒有考慮故障率的分布特性。因此，如何合理準確的計算電力設(shè)備的故障率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種地下配電室的風險場計算方法及系統(tǒng)，計算得到具有時空分布特性的風險場，考慮了溫度和使用時間，以及故障率分布的分散性，隨機性與不確定性，能夠準確的計算電力設(shè)備的故障率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種地下配電室的風險場計算方法，所述方法包括：

根據(jù)地下配電室中電力設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率；

分別根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率的采樣值以及所述環(huán)境位置基準故障率的采樣值，計算得到電力設(shè)備標準差和環(huán)境位置標準差；

根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率以及所述電力設(shè)備標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的電力設(shè)備故障率，根據(jù)所述環(huán)境位置基準故障率以及所述環(huán)境位置標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的環(huán)境位置故障率；

分別計算所述電力設(shè)備故障率和所述環(huán)境位置故障率的故障概率，生成地下配電室的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場。

可選的，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率，包括：

利用公式計算電力設(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)；

其中，β為形狀參數(shù)，a，b為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

可選的，計算考慮溫度和使用時間的環(huán)境位置基準故障率，包括：

利用公式計算環(huán)境位置基準故障率λbr(t,x,y,z)；

其中，ar，br為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

可選的，所述電力設(shè)備風險場fj(t,x,y,z)具體為：

其中，λ'為電力設(shè)備故障率，j表示開關(guān)或變壓器組件。

可選的，所述環(huán)境位置風險場fr1(t,x,y,z)具體為：

其中，λ′r為環(huán)境位置故障率。

本發(fā)明還提供一種地下配電室的風險場計算系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

基準故障率計算模塊，用于根據(jù)地下配電室中電力設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率；

標準差計算模塊，用于分別根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率的采樣值以及所述環(huán)境位置基準故障率的采樣值，計算得到電力設(shè)備標準差和環(huán)境位置標準差；

故障率計算模塊，用于根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率以及所述電力設(shè)備標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的電力設(shè)備故障率，根據(jù)所述環(huán)境位置基準故障率以及所述環(huán)境位置標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的環(huán)境位置故障率；

風險場計算模塊，用于分別計算所述電力設(shè)備故障率和所述環(huán)境位置故障率的故障概率，生成地下配電室的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場。

可選的，所述基準故障率計算模塊，包括：

第一計算單元，用于利用公式計算電力設(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)；

其中，β為形狀參數(shù)，a，b為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

可選的，所述基準故障率計算模塊，包括：

第二計算單元，用于利用公式計算環(huán)境位置基準故障率λbr(t,x,y,z)；

其中，ar，br為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

可選的，所述電力設(shè)備風險場fj(t,x,y,z)具體為：

所述環(huán)境位置風險場fr1(t,x,y,z)具體為：

其中，λ'為電力設(shè)備故障率，j表示開關(guān)或變壓器組件，λ′r為環(huán)境位置故障率。

本發(fā)明所提供的一種地下配電室的風險場計算方法，包括：根據(jù)地下配電室中電力設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率；分別根據(jù)電力設(shè)備基準故障率的采樣值以及環(huán)境位置基準故障率的采樣值，計算得到電力設(shè)備標準差和環(huán)境位置標準差；根據(jù)電力設(shè)備基準故障率以及電力設(shè)備標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的電力設(shè)備故障率，根據(jù)環(huán)境位置基準故障率以及環(huán)境位置標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的環(huán)境位置故障率；分別計算電力設(shè)備故障率和環(huán)境位置故障率的故障概率，生成地下配電室的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場。

可見，該方法計算得到具有時空分布特性的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場，充分考慮了溫度和使用時間對電力設(shè)備故障率的影響，以及故障率分布的分散性，隨機性與不確定性，能夠準確的計算電力設(shè)備的故障率；本發(fā)明還提供了一種地下配電室的風險場計算系統(tǒng)，具有上述有益效果，在此不再贅述。

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，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例所提供的地下配電室的風險場計算方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例所提供的地下配電室的空間溫度場分布示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所提供的韋伯-正態(tài)云發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例所提供的配電室的橫截面圖上故障率(單位時間的故障次數(shù))的空間分布示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例所提供的地下配電室的風險場計算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種地下配電室的風險場計算方法及系統(tǒng)，計算得到具有時空分布特性的風險場，考慮了溫度和使用時間，以及故障率分布的分散性，隨機性與不確定性，能夠準確的計算電力設(shè)備的故障率。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，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。基于本發(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。

本文提出了風險場的概念，設(shè)備各個部件的故障率可以得到精確描述，還可以得知環(huán)境對設(shè)備正常運行造成危害的大小。本發(fā)明考慮到了設(shè)備故障率具有隨機性，然后運用云理論計算設(shè)備的故障率。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例所提供的地下配電室的風險場計算方法的流程圖；該方法還可以包括：

s100、根據(jù)地下配電室中電力設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率。

其中，本實施例并不對電力設(shè)備進行限定，其可以包含地下配電室內(nèi)任意設(shè)備。后續(xù)電力設(shè)備可以簡稱為設(shè)備。本實施例也不限定歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的年限，一般情況下歷史數(shù)據(jù)越豐富，得到的基準故障率越準確。

具體的，該步驟在計算電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率時，考慮了溫度分布、使用時間的電力設(shè)備故障率計算方法。請參考圖2，為地下配電室的空間溫度場分布圖?？梢娕潆娛抑懈鱾€位置的溫度不同，溫度的空間分散特性造成了故障率的空間分散特性。因此風險場的建立與溫度分布相關(guān)。除此之外，故障率還與使用時間有關(guān)；即電力設(shè)備的故障率λ與使用時間t和溫度t都有關(guān)，根據(jù)韋伯分布的定義，λ計算公式如下：

其中，β為形狀參數(shù)，η為尺度參數(shù)，t為時間。β＝1時，瞬時故障率不隨使用時間t變化。β>1，β<1分別代表故障率隨時間是上升和下降趨勢。尺度參數(shù)η與形狀參數(shù)β無關(guān)，是設(shè)備壽命的一種度量。尺度參數(shù)η與溫度t的關(guān)系如下：

其中，t為溫度，單位為℃，t為時間，l(t)是額定壽命長度，tref是額定溫度，ηref是相應(yīng)的額定尺度參數(shù)，a，b為經(jīng)驗常數(shù)，由ieeec57.91-1995定義。具體的，這里的t可以運用有限元分析等方法得到溫度隨空間的分布特性之后t(x，y，z)?？梢缘玫诫娏υO(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)，其中，電力設(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)具有時空分布特性。

即可以利用公式計算電力設(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)；

利用公式計算環(huán)境位置基準故障率λbr(t,x,y,z)；即除去用電設(shè)備，配電室其余空間位置(環(huán)境)的基準故障率由可由該式計算得到。

其中，β為形狀參數(shù)，a，b為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標，ar，br為經(jīng)驗常數(shù)，可以根據(jù)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，用最大似然法估計得到，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

具體的，配電室內(nèi)變壓器各元件及開關(guān)設(shè)備的基準故障率具體可以由以下兩個式子計算：

其中，λbs和λbti開關(guān)和變壓器的故障率，下表i＝d，c，w分別代表電介質(zhì)、鐵芯和繞組，μti表示變壓器各部分的故障比重，μtd+μtc+μtw＝1。根據(jù)變壓器故障研究，把變壓器的分接頭開關(guān)和抽頭的故障歸為繞組故障，μtd＝0.129，μtc＝0.142和μtw＝0.729。上式中的尺度參數(shù)和經(jīng)驗常數(shù)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計得到。

上述各公式中參數(shù)β、a和b的獲取也可以是根據(jù)設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以計算每年的累計故障概率和故障率。然后可以根據(jù)極大似然法估計出。

s110、分別根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率的采樣值以及所述環(huán)境位置基準故障率的采樣值，計算得到電力設(shè)備標準差和環(huán)境位置標準差。

s120、根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率以及所述電力設(shè)備標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的電力設(shè)備故障率，根據(jù)所述環(huán)境位置基準故障率以及所述環(huán)境位置標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的環(huán)境位置故障率。

具體的，上述兩個步驟得到基準故障率(包括電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率)后，再根據(jù)基準故障率的采樣值計算得到標準差，即以基準故障率為均值，由采樣值計算得到的標準差；使用韋伯-正態(tài)云發(fā)生器生成正態(tài)分布的故障率。故障率具有隨機性和不確定性，對于采樣故障率λ’，滿足正太分布：λ’～n(λb,hλ²)。超熵hλ等于基準故障率采樣的標準差，可以根據(jù)歷史統(tǒng)計的故障率計算，之后就可以根據(jù)韋伯-正態(tài)云發(fā)生器以基準故障率為均值，hλ為標準差產(chǎn)生正態(tài)分布的具有時空分布特性的故障率。其中，韋伯-正態(tài)云發(fā)生器是基于云理論的故障率計算方法，一個數(shù)x對與概念c的隸屬度μ(x)表示這個數(shù)x能夠?qū)崿F(xiàn)概念c的概率，μ(x)可以由下式計算：

上述公式等價表示為x～n(ex,e’n²)。設(shè)備的故障率也滿足正態(tài)分布，λ’～n(λb,hλ²)。

s130、分別計算所述電力設(shè)備故障率和所述環(huán)境位置故障率的故障概率，生成地下配電室的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場。

具體的，在計算得到配電室中各個位置故障率后，可以進一部計算故障概率，從而形成配電室的風險場。所述電力設(shè)備風險場fj(t,x,y,z)具體為：

所述環(huán)境位置風險場fr1(t,x,y,z)具體為：

其中，λ′r為環(huán)境位置故障率，其中，λ'為電力設(shè)備故障率，j表示開關(guān)或變壓器組件。即j＝s時表示開關(guān)，j＝ti時表示變壓器組件。fj(t，x，y，z)表示電力設(shè)備使用時間為t，開關(guān)設(shè)備或者變壓器主件位置為(x，y，z)的地方發(fā)生故障的概率。除去用電設(shè)備fr1(t，x，y，z)表示設(shè)備使用時間為t，環(huán)境中位置為(x，y，z)的點對電力設(shè)備造成的危害的概率。即配電室內(nèi)的風險場呈現(xiàn)出時空分布特性。設(shè)備上的風險場的取值代表該臺設(shè)備這一部件的故障率，空間中的風險場取值代表周圍環(huán)境對設(shè)備造成危險的概率，反應(yīng)的是環(huán)境對設(shè)備的影響。風險場的空間分布特性主要是溫度的空間分布特性造成。故障率不僅受到溫度的影響，還受到使用時間影響。因此風險長呈現(xiàn)出時間分布特性。得到配電室的風險場后，可以計算出用電設(shè)備的累計故障概率和環(huán)境溫度對設(shè)備的累計危險概率。

本實施例針對地下配電室的風險場計算方法主要包括考慮三方面：考慮溫度分布、使用時間的設(shè)備故障率計算方法；考慮到故障率的隨機性與不確定性，提出了基于云理論的故障率計算方法；考慮到故障率分布的分散性，提出了具有時空分布特性的風險場建立方法。請參考圖4，為配電室的橫截面圖上故障率(單位時間的故障次數(shù))的空間分布?？梢钥吹?，變壓器繞組、鐵芯和絕緣介質(zhì)以及周圍空間的故障率各不相同。本實施例運用了場的概念，運用故障率在空間中的分布特性來構(gòu)建風險場，這種故障分析方法更加精確。當處于設(shè)備上時，風險場反映的是設(shè)備部件的故障概率。當處于空間中，風險場反映的是環(huán)境狀況對設(shè)備造成危險的概率。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例提供的地下配電室的風險場計算方法，計算得到具有時空分布特性的風險場，考慮了溫度和使用時間，以及故障率分布的分散性，隨機性與不確定性，能夠準確的計算電力設(shè)備的故障率。

下面對本發(fā)明實施例提供的地下配電室的風險場計算系統(tǒng)進行介紹，下文描述的地下配電室的風險場計算系統(tǒng)與上文描述的地下配電室的風險場計算方法可相互對應(yīng)參照。

請參考圖5，圖5為本發(fā)明實施例所提供的地下配電室的風險場計算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；該系統(tǒng)可以包括：

基準故障率計算模塊100，用于根據(jù)地下配電室中電力設(shè)備使用壽命的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算考慮溫度和使用時間的電力設(shè)備基準故障率以及環(huán)境位置基準故障率；

標準差計算模塊200，用于分別根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率的采樣值以及所述環(huán)境位置基準故障率的采樣值，計算得到電力設(shè)備標準差和環(huán)境位置標準差；

故障率計算模塊300，用于根據(jù)所述電力設(shè)備基準故障率以及所述電力設(shè)備標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的電力設(shè)備故障率，根據(jù)所述環(huán)境位置基準故障率以及所述環(huán)境位置標準差，利用韋伯-正太云發(fā)生器生成正態(tài)分布的環(huán)境位置故障率；

風險場計算模塊400，用于分別計算所述電力設(shè)備故障率和所述環(huán)境位置故障率的故障概率，生成地下配電室的電力設(shè)備風險場和環(huán)境位置風險場。

基于上述實施例，所述基準故障率計算模塊300可以包括：

第一計算單元，用于利用公式計算電力設(shè)備基準故障率λb(t,x,y,z)；

其中，β為形狀參數(shù)，a，b為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

基于上述實施例，所述基準故障率計算模塊300可以包括：

第二計算單元，用于利用公式計算環(huán)境位置基準故障率λbr(t,x,y,z)；

其中，ar，br為經(jīng)驗常數(shù)，t為溫度，單位為℃，t為時間，(x,y,z)為位置坐標。

基于上述實施例，所述電力設(shè)備風險場fj(t,x,y,z)具體為：

所述環(huán)境位置風險場fr1(t,x,y,z)具體為：

其中，λ'為電力設(shè)備故障率，j表示開關(guān)或變壓器組件，λ′r為環(huán)境位置故障率。

說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(ram)、內(nèi)存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬盤、可移動磁盤、cd-rom、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上對本發(fā)明所提供的一種地下配電室的風險場計算方法及系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。