一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，包括：分析可能造成電壓互感器損壞的因素，確定電壓互感器致損因子，利用盲數理論對各致損因子進行主觀賦權；建立電壓互感器損壞概率軟層次模型，計算各個致損因子的發生概率；采用模糊信息粒化算法處理電壓互感器損壞事故發生的概率，量化數據邊緣的不確定性，得到模糊信息粒，確認每個電壓互感器的損壞概率。本發明基于盲數理論的主觀賦權，通過對致損因子可靠性的控制，能夠降低專家評判的主觀誤差，最大程度地發揮主觀賦權的優點。
【專利說明】
一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法。
【背景技術】
[0002] 電壓互感器(簡稱PT)是連接電網一次系統與二次系統，對電網進行實時的測量、 監視、保護與控制的關鍵電氣設備之一。近年來，電壓互感器損壞事故頻繁發生，嚴重影響 了電網的安全運行。國內外許多學者對配網中電壓互感器的損壞原因和機理進行了研究， 認為PT損壞主要來源于制造工藝上存在缺陷和電網故障引發電壓互感器產生過電壓、過電 流。目前對電壓互感器損壞原因和機理主要有以下方面的認識：
[0003] 1)高壓側繞組絕緣老化，繞組層間發生局部放電使溫度過高，導致高壓繞組燒斷；
[0004] 2)匝間絕緣薄弱，運行過程中導致匝間短路，在短路繞組中形成較大的環流，使導 線過熱；
[0005] 3)絕緣膜間存有氣隙，造成絕緣體內部絕緣產生局部放電，長期在局部電荷的影 響下產生絕緣擊穿；
[0006] 4)在霧霾天氣下，空氣中的濕度上升，污穢物增多，導致外絕緣表面污穢物增加與 高濕度環境疊加后，易造成閃絡，引起絕緣能力降低，導致線圈短路；
[0007] 5)電壓互感器與系統中的電容性元件發生鐵磁諧振，使電壓互感器端電壓升高， 電源中性點出現較大的位移電壓，電壓相位的反傾，勵磁電流大大增加，導致電壓互感器損 壞；
[0008] 6)系統發生單相間歇性接地故障導致系統狀態的頻繁切換而產生暫態沖擊電流， 造成電壓互感器因過熱而損壞。
[0009] 近年來，通過對電壓互感器的損壞原因和機理進行分析，提出了一些防范措施，雖 然能夠在一定程度上降低PT損壞事件的發生，但隨著電網智能化的發展，現有方法仍無法 滿足安全性和可靠性要求。主要表現在：
[0010] 1)僅對電壓互感器損壞進行單因素的分析，無法全面把握電壓互感器安全運行的 影響因素，在此基礎上提出的防范措施，不能對電壓互感器起到全面的保護；
[0011] 2)現有研究方法無法給運行管理部門提供電壓互感器的當前整體狀態，也無法判 斷PT-定時間內損壞的潛在危險程度。
【發明內容】
[0012] 本發明為了解決上述問題，提出了一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率 預估方法，本方法基于模糊信息粒化和盲數理論主觀賦權的電壓互感器損壞概率預測，能 夠結合歷史數據和專家經驗，為是否需要更換電壓互感器等決策提供理論依據。
[0013] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0014] -種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，具體步驟包括：
[0015] (1)分析可能造成電壓互感器損壞的因素，確定電壓互感器致損因子，利用盲數理 論對各致損因子進行主觀賦權；
[0016] (2)建立電壓互感器損壞概率軟層次模型，計算各個致損因子的發生概率；
[0017] (3)采用模糊信息粒化算法處理電壓互感器損壞事故發生的概率，量化數據邊緣 的不確定性，得到模糊信息粒，確認每個電壓互感器的損壞概率。
[0018] 所述步驟（1)中，利用專家對各個致損因子進行主觀賦權，計算每個專家的可信 度，根據專家達成的共識程度來衡量致損因子的重要性，繼而運用盲數進行主觀賦權。
[0019] 所述步驟(1)中，具體包括：
[0020] (1-1)根據所有專家的可信度，構建專家可信度集合，表示每個專家的綜合可信 度；
[0021] (1-2)依據各個專家的綜合可信度，計算專家組的綜合可信度和每個專家的絕對 綜合可信度；
[0022] (1-3)依照每個專家的可信度構建盲數，根據數理統計計算盲數均值的方差和標 準差；
[0023] (1-4)根據方差和標準差構造致損因子可靠度來衡量專家意見的共識程度，運用 盲數對每個致損因子進行主觀賦權。
[0024]所述步驟(2)中，電壓互感器損壞概率軟層次模型共包括三個層次，基礎層:分析 電壓互感器多種致損因子所建立的子模型及相互關系；中間層:量化各個子模型包含的因 素及相互關系;最終層:針對具體的致損因子，計算電壓互感器損壞概率。
[0025] 所述步驟(2)中，建立基礎層的具體方法為:根據電壓互感器可能存在多種致損因 子，電壓互感器運行中損壞的概率表示為每一類致損因子導致電壓互感器損壞的概率與其 權重系數的乘積之和。
[0026] 所述步驟(2)中，建立中間層的具體方法為:利用每個致損因子的危險性和電壓互 感器的脆弱性表征每個致損因子發生的概率，其中致損因子的危險性包括歷史危險性、潛 在危險性，電壓互感器脆弱性包括歷史脆弱性、潛在脆弱性。
[0027]所述步驟(2)中，電壓互感器脆弱性的計算方法為：
[0028] (2-1)根據電壓互感器在每一類致損因子發生時的暴露程度和承受能力計算歷史 脆弱性；
[0029] (2-2)使歷史脆弱性隨時間結合電壓互感器本身、外部環境及投入運營時間，計算 潛在脆弱性；
[0030] (2-3)累加一段時間內電壓互感器對每類致損因子的歷史脆弱性和潛在脆弱性， 得到電壓互感器的脆弱性。
[0031] 所述步驟(2)中，致損因子的危險性的計算方法包括：
[0032] (2-a)計算每一類致損因子運行幅值與額定值比值的最大值，確定歷史危險性；
[0033] (2-b)使歷史危險性隨時間結合電網運行狀態及電路等值參數，計算潛在危險性；
[0034] (2-c)累加一段時間內電壓互感器對每類致損因子的歷史危險性和潛在危險性， 得到電壓互感器的危險性。
[0035]所述步驟(3)中，具體步驟包括：
[0036] (3-1)根據電壓互感器實際運行情況，確定離散模糊信息的隸屬函數；
[0037] (3-2)根據不同的數據來源，確定其誤差范圍，根據誤差范圍，確定模糊信息粒的 確定區域和擴散范圍；
[0038] (3-3)明確確定區域和擴散范圍邊界，計算得到模糊信息粒，計算電壓互感器的損 壞概率。
[0039]本發明的有益效果為：
[0040] (1)本發明所采用的基于盲數理論的主觀賦權，通過對致損因子可靠性的控制，能 夠降低專家評判的主觀誤差，最大程度地發揮主觀賦權的優點；
[0041] (2)本發明所采用的離散模糊信息粒化算法，在處理模糊的、不完整的和不確定的 數據方面具有明顯優勢；
[0042] (3)本發明所采用的軟層次模型，使問題的解決思路更清晰、更直觀，可以讓管理 決策者比較全面的認識各致損因子和電壓互感器脆弱性之間的相互關系。
【附圖說明】
[0043]圖1為基于盲數理論的主觀賦權法；
[0044] 圖2為電壓互感器致損概率的軟層次模型；
[0045] 圖3為模糊信息粒2粒化形式示意圖。
【具體實施方式】：
[0046] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0047] 一種電壓互感器損壞概率預測方法，它的具體步驟是：針對電壓互感器各致損因 子，運用盲數理論對各致損因子進行主觀賦權，其次采用軟層次模型建立致損因子概率模 型，最后采用模糊信息粒化算法處理電壓互感器損壞事故發生的概率，量化數據邊緣的不 確定性。
[0048] 具體步驟如下：
[0049]步驟一:基于盲數理論確定各至損因子的主觀權重系數。權重的合理確定對綜合 評價而言至關重要。通常專家對各致損因子的賦權是在盲信息狀態下進行的，專家根據各 自的認識和經驗對各致損因子的重要性作出評價時，往往不是一個定值 Xl，而是落在Xl附近 且可信度為r :的區間里。盲數理論是區間分布的可信度函數，是處理和表達盲信息的工 具，能較好的利用各個專家的經驗，降低專家信息的主觀性，提高主觀賦權的客觀性、可靠 性。
[0050]步驟二:建立電壓互感器損壞概率軟層次模型，本著從簡單到復雜，從抽象到具體 的思想，采用軟層次模型建立電壓互感器損壞概率模型，分為3層:基礎層一一概念模型，分 析電壓互感器多種致損因子所建立的子模型及相互關系；中間層一一過渡模型，量化各個 子模型包含的因素及相互關系；最終層一一實用模型，針對具體的致損因子，計算電壓互感 器損壞概率。
[0051 ]步驟三:采用模糊信息粒化方法量化電壓互感器損壞的概率。
[0052] 1.基于盲數理論的主觀權重的確定。具體步驟如圖1所示，首先確定專家的可信 度，然后對專家給出的評估區間用盲數表示，并計算其盲數均值、方差和標準差，進一步構 造致損因子可靠度，最后通過致損因子可靠度計算權重。
[0053] 1)專家可信度可用F ( (Krd )表示，F值越大，則專家可信度越大，設一組專家S ={Si，s〗，…，sn}的可信度為:r=汚，巧…，專家Si的綜合可信度r i為：
(i)
[0055] 2)專家組的綜合可信度r :
[0056] r^i-ii-riYi-rj-.fi-r,) (2)
[0057] 3)專家Si的絕對綜合可信度0:*:
[0058] 0i= r Ti (3)
[0059] 4)專家對各致損因子的賦權實際上是在盲信息狀態下進行的，專家根據各自的認 識和經驗對各致損因子的重要性作出評價時，往往不是一個定值 Xl，而是落在Xl附近且可信 度為「：的區間里。盲數理論是區間分布的可信度函數，是處理和表達盲信息的工具，設盲 數 _]雛 ⑷
[0061]其中XiGQ，Q為一系列灰度空間^構成的區間性灰度空間，且〇彡￡i<l， m =d.、￡i為f(x)的Xi的可信度，e為f(x)的總可信度，m為f(x)的階數。 i=l
[0062] 5)設c，d為實數且c彡d，稱（c+d)/2為有理灰數的[c，d]的心，記為@ [c，d] = (c+ d)/2,則稱一階未知有理數E(f(x))為盲數f(x)的均值，其中E(f(x))為：
(5)
[0064] 6)根據數理統計可得方差D(f(x))和標準差〇(f(x))如下：
(6 ) (7)
[0067] 7)根據專家達成的共識程度來衡量致損因子的重要性。而專家共識度的高低由專 家意見盲數的均值和標準差來共同決定，進而構造致損因子可靠度來衡量專家意見的共識 程度：
(8)
[0069] 其中，R(f(x))為致損因子可靠度，〇(f(x))致損因子盲數方差，E(f(x))致損因子 盲數均值。
[0070] 8)運用盲數進行主觀賦權時，只有致損因子盲數均值較大且盲數標準差較小時才 被賦予較大的權重。則每個致損因子的權重為：
[0072] 2.建立電壓互感器致損概率軟層次模型。 (9)
[0073]如圖2所示為電壓互感器致損概率軟層次模型，電壓互感器損壞概率軟層次模型， 分為3層：基礎層一一概念模型，分析電壓互感器多種致損因子所建立的子模型及相互關 系；中間層一一過渡模型，量化各個子模型包含的因素及相互關系；最終層一一實用模型， 針對具體的致損因子，計算電壓互感器損壞概率。
[0074] 2.1建立概念模型，即基礎層，分析電壓互感器多種致損因子所建立的子模型及相 互關系。
[0075] 根據電壓互感器可能存在多種致損因子，電壓互感器運行中損壞的概率可表示 為：
[0076] p (10) 仁1
[0077] 其中聲為電壓互感器損壞的概率，€為第i類致損因子導致電壓互感器損壞的概 率，黽為月的權重系數，且瑪具有非負性和歸一性，N為電壓互感器致損因子數目。
[0078] 在實際運行情況下，電壓互感器發生損壞的概率不可能為0,故而電壓互感器發生 損壞概率的取值范圍為(〇，1 ]。
[0079] 2.2建立過渡模型，即中間層，量化各個子模型包含的因素及相互關系；
[0080] 2.2.1致損因子概率模型
[0081] 第i類致損因子發生的概率月由致損因子危險性雨和電壓互感器脆弱性g兩種因 素組成，即：
[0082] l]=Wp, C 11)
[0083] 2.2.2對已有電壓互感器損壞機理研究分析可知，致損因子危險性來源于電網運 行。致損因子危險性十算步驟如下：
[0084] 1)歷史危險性私
[0085] =maxA/;, ( 12 ). Q<k<n
[0086] 其中，n為研究區內第i類致損因子發生的頻次；錢，表示為第i類致損因子規模(運 行幅值與額定值的比值的最大值），即imaxlc/JOVL//。}，并在此基礎上對所有致損因 子進行歸一化處理。
[0087] 2)潛在危險性乾,是計算研究區內將來某個時間t的第i類致損因子危險性，潛在危 險性是歷史危險性的函數，并隨時間t而變化，危險性的變化是由相關變系數&決定，變系 數一般由電網運行狀態及電路等值參數決定：
[0088] r2i =WXi 4-4,,-r (13):
[0089] 3)致損因子危險性If即計算研究區內將來某個段時間At內第i類致損因子危險 性朽：
[0090] J￥t=Wu+l Aylt (14)
[0091] 2.2.3電壓互感器脆弱性巧來源于電壓互感器本身及外部環境，電壓互感器脆弱性 朽模型計算步驟如下：
[0092] 1)歷史脆弱性巧，反應了電壓互感器對第i類致損因子的敏感程度，是由電壓互感 器在第i類致損因子發生時的暴露程度和承受能力共同決定，其表達式如下：
(15)
[0094] 其中，T為電壓互感器投入運行總時間，尾為電壓互感器在第i類致損因子發生時 的暴露程度，&為電壓互感器在第i類致損因子發生時的承受能力，且馬+ %=1，即表現為 暴露程度越大，則承受能力越小。
[0095] 2)潛在脆弱性f2,.即計算將來某個時間t電壓互感器對第i類致損因子的脆弱性。潛 在脆弱性是歷史脆弱性的函數，并且隨時間t而變化，脆弱性的變化是由相關變系數4決 定，變系數一般由電壓互感器本身、外部環境及投入運營時間決定：
[0096] Vh=Vv+B^ (16、
[0097] 3)電壓互感器脆弱性^即計算將來某段時間A t內電壓互感器對第i類致損因子的 脆弱性：
[0098] V, =K".+| B0idt (17)
[0099] 2.3建立實用模型，即最終層，針對具體的致損因子，采用模糊信息粒方法量化損 壞發生的概率。
[0100] 針對具體的實例，根據電壓互感器歷史運行數據，確定上述各個模型中致損因子 的具體參數，基于盲數理論確定各致損因子的權重系數，由電壓互感器損壞概率軟層次模 型得到致損因子的發生概率。
[0101 ] 3.模糊信息粒化方法量化電壓互感器損壞的概率。
[0102] 1)枏據電壓互感器實際運行情況，確定離散模糊信息的隸屬函數，其表達式為：
(18 )
[0104] 其中，化為模糊信息的粒化形式，模糊信息粒^^(?^11，/2)，[&，13]為確定區域，1 1，12 為：?的左、右擴散范圍（不確定區域）。
[0105] 2)根據不同的數據來源，確定其誤差范圍(ei~e2);
[0106] 3)根據誤差范圍，確定模糊信息粒的確定區域和擴散范圍，將幻視為模糊信息粒 的確定區域長度，即13-& = 61;將62和61之差視為模糊信息粒的擴散范圍的長度，即11+1 2 = e2~ei；
[0107] 4)確定a，b，若 A =入 a+(l_ 入 b)，其中人 G[0，l]，
[0108] 卜功-lVl \ b = A + Ae (19 )
[0109] 5)確定 h，l2,若 li/l2 = V(l-入），
[0110] {'1:于2-vei)、 |/2 =(l-iX^2 _：ei) ( 20 )
[0111] 6)綜合以上步驟，得模糊信息粒2
[0112] A= A + Aer > A(e2 -c\) ? (1 -)) .(21).
[0113] 7)則電壓互感器的損壞概率為：
[0114] F= (P + iA-lJe^ P + Aex, A{e2-e[), (l-^e,-^)) 〔22)
[0115] 圖3中，杓為模糊信息的粒化形式，x為模糊信息粒區域長度，模糊信息粒 AduMiM di, h^Jl ，e2 為模糊信息粒的確定區域和不確定區域的總長度，A為確定區域[a,b]內一點，表示為A = Aa + (1-處），其中 AG[0，l]。
[0116] 上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不 需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1. 一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特征是:具體步驟包括： (1) 分析可能造成電壓互感器損壞的因素，確定電壓互感器致損因子，利用盲數理論對 各致損因子進行主觀賦權； (2) 建立電壓互感器損壞概率軟層次模型，計算各個致損因子的發生概率； (3) 采用模糊信息粒化算法處理電壓互感器損壞事故發生的概率，量化數據邊緣的不 確定性，得到模糊信息粒，確認每個電壓互感器的損壞概率。2. 如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(1)中，利用專家對各個致損因子進行主觀賦權，計算每個專家的可信度，根 據專家達成的共識程度來衡量致損因子的重要性，繼而運用盲數進行主觀賦權。3. 如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(1)中，具體包括： (1-1)根據所有專家的可信度，構建專家可信度集合，表示每個專家的綜合可信度； (1-2)依據各個專家的綜合可信度，計算專家組的綜合可信度和每個專家的絕對綜合 可信度； (1-3)依照每個專家的可信度構建盲數，根據數理統計計算盲數均值的方差和標準差； (1-4)根據方差和標準差構造致損因子可靠度來衡量專家意見的共識程度，運用盲數 對每個致損因子進行主觀賦權。4. 如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(2)中，電壓互感器損壞概率軟層次模型共包括三個層次，基礎層:分析電壓 互感器多種致損因子所建立的子模型及相互關系；中間層:量化各個子模型包含的因素及 相互關系;最終層:針對具體的致損因子，計算電壓互感器損壞概率。5. 如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(2)中，建立基礎層的具體方法為:根據電壓互感器可能存在多種致損因子， 電壓互感器運行中損壞的概率表示為每一類致損因子導致電壓互感器損壞的概率與其權 重系數的乘積之和。6. 如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(2)中，建立中間層的具體方法為:利用每個致損因子的危險性和電壓互感 器的脆弱性表征每個致損因子發生的概率，其中致損因子的危險性包括歷史危險性、潛在 危險性，電壓互感器脆弱性包括歷史脆弱性、潛在脆弱性。7. 如權利要求6所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(2)中，電壓互感器脆弱性的計算方法為： (2-1)根據電壓互感器在每一類致損因子發生時的暴露程度和承受能力計算歷史脆弱 性； (2-2)使歷史脆弱性隨時間結合電壓互感器本身、外部環境及投入運營時間，計算潛在 脆弱性； (2-3)累加一段時間內電壓互感器對每類致損因子的歷史脆弱性和潛在脆弱性，得到 電壓互感器的脆弱性。8. 如權利要求6所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(2)中，致損因子的危險性的計算方法包括： (2-a)計算每一類致損因子運行幅值與額定值比值的最大值，確定歷史危險性； (2_b)使歷史危險性隨時間結合電網運行狀態及電路等值參數，計算潛在危險性； (2-c)累加一段時間內電壓互感器對每類致損因子的歷史危險性和潛在危險性，得到 電壓互感器的危險性。9.如權利要求1所述的一種基于模糊信息粒化的電壓互感器損壞概率預估方法，其特 征是:所述步驟(3)中，具體步驟包括： (3-1)根據電壓互感器實際運行情況，確定離散模糊信息的隸屬函數； (3-2)根據不同的數據來源，確定其誤差范圍，根據誤差范圍，確定模糊信息粒的確定 區域和擴散范圍； (3-3)明確確定區域和擴散范圍邊界，計算得到模糊信息粒，計算電壓互感器的損壞概 率。
【文檔編號】G06Q50/06GK105930988SQ201610462369
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】吉興全, 朱仰賀, 于永進, 樊淑嫻, 吳娜
【申請人】山東科技大學