基於多維評價的輸電線路風險評估系統及其評估方法與流程
2023-12-03 03:43:51 1
本發明涉及一種基於多維評價的輸電線路風險評估系統及其評估方法。適用於輸電線路各組成單元風險評估以及輸電線路整體風險評估。
背景技術：
輸電線路是電力系統的重要組成部分，是輸電系統的命脈。它的主要作用是傳輸電能。相對於系統來說，它是單一的設施，但它的運行狀態的好壞，將對整個系統的運行可靠性產生重大影響。從實際來說，對於輸電線路的運維人員而言，能夠較準確的對輸電線路的風險進行評估，可以獲得輸電線路的運行狀態，合理的安排檢修人員，對相應的位置採取風險管控措施，保證輸電線路安全可靠的供電。
目前，在輸電線路的風險評估中多採用二維評價的風險評估方法，即簡單的將風險發生的概率與事後影響相乘為風險指標的評估方法，這種方法雖然能夠評價出風險的大小，但這種方法沒有考慮風險因素的描述信息的記錄數據錯誤、缺失等不可預測現象，以及輸電線路單元事件故障造成下一級線路故障的可能性現象，而事件的這類不可預測性和造成下一級線路故障的可能性現象在實際運行中真實存在。如若忽略這兩種現象的輸電線路風險評估的結果將不夠準確。
有基於此，本發明從單元事件故障發生可能性、單元事件對本級線路故障嚴重性、單元監測信息誤碼不可預測性、單元事件對下一級線路故障的可能性四個方面建立輸電線路各單元的多維評價方法，通過評估輸電線路的各組成單元風險指標進而綜合評估輸電線路整體風險狀態。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術中的缺點，而提供一種基於多維評價的輸電線路風險評估方法，該方法及系統能全面反映輸電線路的各組成單元的風險指標以及輸電線路的整體運行風險狀態。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案：
一種基於多維評價的輸電線路風險評估系統，其特徵在於，包括依次連接的：輸電線路各單元監測子系統、各單元多維評價子系統、計算機、各單元風險指標計算及排序子系統、輸電線路綜合風險評估系統；
所述的輸電線路各單元監測子系統包括：基礎監測模塊、杆塔監測模塊、導地線監測模塊、絕緣子串監測模塊、金具監測模塊、接地裝置監測模塊、附屬設施監測模塊、通道環境監測模塊；輸電線路各組成單元為相應監測模塊的接入端；輸出端接入對應的多維評價子系統。
所述的各單元多維評價子系統包括：多維評價標準模塊、多維評價等級方案模塊、多維評價標準權重模塊、多維評價矩陣模塊；該子系統是多輸入雙輸出部分，輸電線路各單元檢測數據為輸入端，輸出端為多維評級矩陣模塊和多維評價標準權重模塊，連接到計算機中。
各單元風險指標計算及排序子系統包括：模糊運算模塊、風險指數計算模塊、風險指數排序模塊。該子系統接入端為計算機，輸出端連接輸電線路各單元權重模塊。
輸電線路綜合風險評估系統包括：各單元權重模塊、輸電線路風險指標計算模塊。輸入端為輸電線路各單元風險指數計算模塊；輸出為輸電線路整體風險值。
所述的計算機設置有統計程序模塊，多維專家打分系統，模糊計算程序模塊，標準層次分析法計算程序模塊，以及多維評價的輸電線路風險評估算模塊。
一種採用基於多維評價的輸電線路風險評估系統的風險評估方法，包括以下步驟：
步驟1、首先獲取輸電線路各檢測單元數據；通過輸電線路各單元監測模塊，獲得基礎、杆塔、導地線、絕緣子串、金具、接地裝置、附屬設備、通道環境8個輸電線路組成單元的風險評價數據。
步驟2、然後建立多維評價矩陣，具體包括以下步驟；
步驟2a、多維評價標準的建立：定義基本準則集合為π＝{J1,J2,…,Jm}，這個集合的作用是對每個單元風險建立多維評價準則，也就是對每個單元風險從哪幾個方面進行評價，其中m為設定標準的維度，這裡是4個維度評價標準，分別是：單元事件故障發生可能性(J1)、單元事件對本級線路故障嚴重性(J2)、單元監測信息誤碼不可預測性(J3)、單元事件對下一級線路故障的可能性(J4)。
步驟2b、多維評價等級方案制定：採用的多維評價等級為：E＝{1,2,3,4}，這裡的數字1、2、3、4分別表示的級別是很低、一般、高、很高。
步驟2c、多維評價標準權重確定：定義多維評價方式的權重W為：
W＝(w1,w2,w3,w4)
其中，w1為單元事件故障發生可能性權重；w2為單元事件對本級線路故障嚴重性權重；w3為單元監測信息誤碼不可預測性權重；w4為單元事件對下一級線路故障的可能性權重。
步驟2d、生成多維評價矩陣，多維評價矩陣為：
R＝(rij)m×n
其中，rij是滿足Ji評價標準的ei評價等級。
步驟3、根據步驟2得到的多維評價矩陣計算各單元風險指標，具體包括：
步驟3a、模糊運算：定義輸電線路模糊綜合評價矩陣D為
其中，W為多維評價標準權重；R為輸電線路風險因素的多維評價矩陣；為模糊算子。模糊綜合評價的結果為一個模糊子集。
步驟3b、風險指標計算：定義輸電線路各組成單元的風險指標RI為：
其中，dk為輸電線路各組成單元模糊綜合評價值；ek為風險評級數值，ek＝1,2,3,4。
步驟3c、風險指標排序：根據輸電線路各組成單元風險指標值，調用計算機排序程序，對輸電線路各組成單元風險進行降序排序。
步驟4、根據步驟3得到的各單元風險指標綜合計算輸電線路風險指標，具體包括：
步驟4a、輸電線路單元權重確定：定義輸電線路各組成單元權重Wl為：
Wl＝(wl1,wl2,wl3,wl4,wl5,wl6,wl7,wl8)
其中，wl1為基礎單元權重；wl2為杆塔單元權重；wl3為導地線單元權重；wl4為絕緣子串單元權重；wl5為金具單元權重；wl6為接地裝置單元權重；wl7為附屬設施單元權重；wl8為通道環境單元權重；
步驟4b、輸電線路綜合風險指標計算：定義輸電線路各組成單元的風險指標RIl為：
其中，wk為輸電線路各組成單元對應的權重；RIk為輸電線路各組成部分的風險指標數值。
本發明的有益效果如下：本發明基於多維評價的輸電線路風險評估系統及其評估方法，從單元事件故障發生可能性、單元事件對本級線路故障嚴重性、單元監測信息誤碼不可預測性、單元事件對下一級線路故障的可能性四個方面對輸電線路風險進行評估，能夠及時發現和準確判斷輸電線路的各組成單元的風險狀況，並能綜合全面反映每級輸電線路整體運行風險狀態。促使輸電線路維護有定期檢修、事故維修向狀態檢修、可靠性維修方向發展，提供檢測準確率、預防和減少停電事故，提高電力企業的供電效率。
附圖說明
圖1為本發明的評估系統硬體配置圖。
圖2為多維評價標準的層次分析法結構圖。
圖3為本發明1-9打分法的標準表。
圖4為多維評價標準權重判斷矩陣。
圖5為多維評價矩陣。
圖6為輸電線路各單元隸屬度函數和風險排序表。
具體實施方式
首先介紹本發明的具體方法：
本發明的評估系統由輸電線路各單元監測子系統、各單元多維評價子系統、各單元風險指標計算及排序子系統、輸電線路綜合風險評估系統、計算機組成。
所述的輸電線路各單元檢測子系統由基礎監測模塊、杆塔監測模塊、導地線監測模塊、絕緣子串監測模塊、金具監測模塊、接地裝置監測模塊、附屬設施監測模塊、通道環境監測模塊構成；輸電線路各組成單元為相應監測模塊的接入端；輸出端接入對應的多維評價子系統。
所述的各單元多維評價子系統由多維評價標準模塊、多維評價等級方案模塊、多維評價標準權重模塊、多維評價矩陣模塊構成；該子系統是多輸入雙輸出部分，輸電線路各單元檢測數據為輸入端，輸出端為多維評級矩陣模塊和多維評價標準權重模塊，連接到計算機中。
所述的各單元風險指標計算及排序子系統由模糊運算模塊、風險指數計算模塊、風險指數排序模塊構成；該子系統接入端為計算機，輸出端連接輸電線路各單元權重模塊。
所述的輸電線路綜合風險評估系統由各單元權重模塊、輸電線路風險指標計算模塊構成；輸入端為輸電線路各單元風險指數計算模塊；輸出為輸電線路整體風險值。
所述的計算機中裝有統計程序模塊，多維專家打分系統，模糊計算程序模塊，標準層次分析法計算程序模塊，以及多維評價的輸電線路風險評估算模塊。
技術方案二：
本發明的評估方法包括：單元數據獲取、多維評價矩陣建立、單元風險指標計算、輸電線路整體風險指標計算等過程，綜合來評估某級輸電線路的風險狀態。
具體方法步驟如下：
(1)首先獲取輸電線路各檢測單元數據；通過輸電線路各單元監測模塊，可以獲得基礎、杆塔、導地線、絕緣子串、金具、接地裝置、附屬設備、通道環境8個輸電線路組成單元的風險評價數據。
(2)然後建立多維評價矩陣；
a、多維評價標準的建立
設定基本準則集合為π＝{J1,J2,…,Jm}，這個集合的作用是對每個單元風險建立多維評價準則，也就是對每個單元風險從哪幾個方面進行評價，其中m為設定標準的維度，這裡是4個維度評價標準，分別是：單元事件故障發生可能性(J1)、單元事件對本級線路故障嚴重性(J2)、單元監測信息誤碼不可預測性(J3)、單元事件對下一級線路故障的可能性(J4)。單元事件故障發生可能性描述了輸電線路組成單元對本級輸電線路造成故障的可能性；單元事件對本級線路故障嚴重性描述了輸電線路組成單元造成對本級線路的故障嚴重程度；不可預測性描述了輸電線路各單元狀態監測系統的數據的誤碼可能性；單元事件對下一級線路故障的可能性描述了本級輸電線路單元對下級輸電線路造成故障的可能性。
b、多維評價等級方案制定
利用模糊綜合評價法建立一組評價等級方案，對這些單元風險每個維度確定一個評價等級，設定單元風險每個維度的評價等級備選方案E＝{e1,e2,…,en}，其中n是可以選擇的評價等級數量。例如，e1＝很低,e2＝一般,e3＝高,e4＝很高。備選方案對應的等級，如1＝很低,2＝一般,3＝高,4＝很高。本發明採用的多維評價等級為：E＝{1,2,3,4}，這裡的數字1、2、3、4分別表示的級別是很低、一般、高、很高。
c、多維評價標準權重確定
採用層次分析法(AHP)來為多維評價標準設置權重。首先建立多維評價標準的層次結構，如附圖2所示；然後通過專家打分系統，對4個維度評價標準的相對重要性進行打分，採用1-9打分法打分；最後調用標準的層次分析法程序包計算多維評價標準的權重。
設多維評價方式的權重W為：
W＝(w1,w2,w3,w4)
其中，w1為單元事件故障發生可能性權重；w2為單元事件對本級線路故障嚴重性權重；w3為單元監測信息誤碼不可預測性權重；w4為單元事件對下一級線路故障的可能性權重。
d、多維評價矩陣生成
多維評價矩陣是由各輸電線路組成單元的多維隸屬度函數組成，這些隸屬度函數通過專家評估系統和統計系統來實現。若干專家對輸電線路每個單元監測的數據樣本，從4個維度分別進行多維度評價等級進行評級，然後，通過統計系統統計，輸電線路每個單元在多維度評價下，風險等級很低、風險等級一般、風險等級高、風險等級很高的可能性，從而形成輸電線路多維評價矩陣。具體操作過程如下：
如果輸電線路的基礎單元檢測數據樣本經過專家系統評級統計後，結果如下：
單元事件故障發生可能性(J1)的風險等級為很低的可能性是5％、風險等級為一般的可能性是15％、風險等級為高的可能性是45％、風險等級為很高的可能性是35％。
單元事件對本級線路故障嚴重性(J2)的風險等級為很低的可能性是0％、風險等級為一般的可能性是5％、風險等級為高的可能性是30％、風險等級為很高的可能性是65％。
單元監測信息誤碼不可預測性(J3)的風險等級為很低的可能性是60％、風險等級為一般的可能性是30％、風險等級為高的可能性是10％、風險等級為很高的可能性是0％。
單元事件對下一級線路故障的可能性(J4)的風險等級為很低的可能性是0％、風險等級為一般的可能性是55％、風險等級為高的可能性是45％、風險等級為很高的可能性是0％。
則輸電線路基礎單元的多維評價隸屬度為：
對應的輸電線路基礎單元的多維評價矩陣為：
類似的可以得到其他輸電線路組成單元，即杆塔單元、導地線單元、絕緣子串單元、金具單元、接地裝置單元、附屬設施單元、通道環境單元的多維評價矩陣，從而組成輸電線路整體多維評價矩陣。
該多維評價矩陣為：
R＝(rij)m×n
其中，rij是滿足Ji評價標準的ei評價等級。
(3)再計算各單元風險指標；
a、模糊運算
設輸電線路模糊綜合評價矩陣D為
其中，W為多維評價標準權重；R為輸電線路風險因素的多維評價矩陣；為模糊算子。模糊綜合評價的結果為一個模糊子集。
模糊算子包括四種算子，具體如下：
算子1：
算子2：
算子3：
算子4：
算子1和算子2使用於單項問題，也就使用於主因素突出型問題，這類算子你，只有主要的評價方式，重要的準則才會被考慮，次要的評價方式會被忽略掉。算子3適用於矩陣運算，可考慮多維評價標準及每個評價標準的權重差異很大的情況，本發明採用的是算子3。算子4適用於有些風險因素可能權重會很小，但一旦發生影響很嚴重的情況，本發明是突出考慮多維評價方式下評估方法，而不是突出權重小的風險因素，故沒有採用算子4。
b、風險指標計算
風險指標的計算中，設輸電線路各組成單元的風險指標RI為：
其中，dk為輸電線路各組成單元模糊綜合評價值；ek為風險評級數值，ek＝1,2,3,4。
c、風險指標排序
根據輸電線路各組成單元風險指標值，調用計算機排序程序，對輸電線路各組成單元風險進行降序排序。
(4)最後綜合計算輸電線路風險指標；
a、輸電線路單元權重確定
同理仿照多維評價標準權重的確定方法。採用層次分析法，調用標準層次分析法程序包計算輸電線路各單元權重。
設輸電線路各組成單元權重Wl為：
Wl＝(wl1,wl2,wl3,wl4,wl5,wl6,wl7,wl8)
其中，wl1為基礎單元權重；wl2為杆塔單元權重；wl3為導地線單元權重；wl4為絕緣子串單元權重；wl5為金具單元權重；wl6為接地裝置單元權重；wl7為附屬設施單元權重；wl8為通道環境單元權重；
b、輸電線路綜合風險指標計算
設輸電線路各組成單元的風險指標RIl為：
其中，wk為輸電線路各組成單元對應的權重；RIk為輸電線路各組成部分的風險指標數值。
實施例1(本發明評估系統的實施例)：
由圖1所示的實施例1可知，基於多維評價的輸電線路風險評估系統，其特徵在於它由輸電線路各單元監測子系統(I)、各單元多維評價子系統(II)、各單元風險指標計算及排序子系統(III)、輸電線路綜合風險評估系統(IV)、計算機(V)組成。
所述的輸電線路各單元監測子系統由基礎監測模塊(1)、杆塔監測模塊(2)、導地線監測模塊(3)、絕緣子串監測模塊(4)、金具監測模塊(5)、接地裝置監測模塊(6)、附屬設施監測模塊(7)、通道環境監測模塊(8)構成；輸電線路各組成單元為相應監測模塊的接入端；輸出端接入對應的多維評價子系統。
所述的各單元多維評價子系統由多維評價標準模塊(9)、多維評價等級方案模塊(10)、多維評價標準權重模塊(11)、多維評價矩陣模塊(12)構成；該子系統是多輸入雙輸出部分，輸電線路各單元檢測數據為輸入端，輸出端為多維評級矩陣模塊和多維評價標準權重模塊，連接到計算機中。
各單元風險指標計算及排序子系統由模糊運算模塊(13)、風險指數計算模塊(14)、風險指數排序模塊(15)構成。該子系統接入端為計算機，輸出端連接輸電線路各單元權重模塊。
輸電線路綜合風險評估系統由各單元權重模塊(16)、輸電線路風險指標計算模塊(17)構成。輸入端為輸電線路各單元風險指數計算模塊；輸出為輸電線路整體風險值。
所述的計算機中裝有統計程序模塊，多維專家打分系統，模糊計算程序模塊，標準層次分析法計算程序模塊，以及多維評價的輸電線路風險評估算模塊。
實施例2(本發明評估方法的實施例，)
被測輸電線路為220kV架空輸電線路的某級杆塔輸電線路。
利用實施例1所述的系統，按照上述發明內容部分的技術方案二的操作即可。
根據層次分析求多維評價標準的權重，通過專家打分系統對多維評價標準之間相互重要性打分結果如附圖4所示。
調用標準層次分析法的程序包可以計算出多維評價標準的權重：W＝(0.10,0.36,0.18,0.36)。
調用專家系統對輸電線路每個單元監測的數據樣本，從4個維度分別進行多維度評價等級進行評級，然後，通過統計系統統計，得到輸電線路多維評價矩陣結果如附圖5所示。
調用輸電線路各單元風險指標計算子系統，可以得到輸電線路各單元的隸屬度函數、風險指標值以及風險排序。結果見附圖6所示。
令基礎單元(S1)、杆塔單元(S2)、導地線單元(S3)、絕緣子串單元(S4)、金具單元(S5)、接地裝置單元(S6)、附屬設施單元(S7)、通道環境單元(S8)可得到的各單元的風險值及排序為：
(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8)＝(2.7580，2.4224，2.9962，1.8358，1.6970，1.9828，1.8484，2.3284)＝(2,3,1,7,8,5,6,4)
調用輸電線路整體風險計算子系統，可以得到輸電線路各組成單元權重為：Wl＝(0.17,0.16,0.13,0.17,0.12,0.16,0.01,0.08)，綜合風險指標為：RIl＝2.2837
從多維評價輸電線路風險評估系統得出的結果顯示，被評估的輸電線路風險指數為2.2837，風險等級屬於一般，對應的該級輸電線路的各組成單元的風險排序從高到底為
S3＞S1＞S2＞S8＞S6＞S7＞S4＞S5，從而全面反映了該級輸電線路的風險狀態處於一般等級，需要較關注該級輸電線路的導地線單元(S3)、基礎單元(S1)、杆塔單元(S2)、通道環境單元(S8)等，並用這些信息指導該級輸電線路的運行檢修。
本文中所描述的具體實施例僅是對本發明的精神做具體說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例作適當的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。