一种面向高寒绝缘子监测摩擦电传感器的三维评价方法

本发明属于高寒绝缘子监测，具体地，涉及一种面向高寒绝缘子监测摩擦电传感器的三维评价方法。

背景技术：

1、尽管面向高寒环境高压绝缘子自供电监测的摩擦纳米发电机（teng）研究热度持续攀升，但目前尚无标准化评价体系，能够评估其在极寒、覆冰、冻融循环、紫外辐射多应力耦合工况下的综合性能。

2、电网基础设施不断向高寒山区延伸，区域内绝缘子长期面临极低温、覆冰、反复冻融、紫外辐照多重胁迫。5毫米冰层可使绝缘子闪络电压下降 40% 以上 ；冻融循环会加速硅橡胶憎水性衰减。传统锂电池在 - 20℃以下失效；光伏设备积雪后无法发电；有线供电方案成本高昂、施工难度大。覆冰闪络与绝缘老化是线路故障主要诱因，亟需自驱动传感方案。

3、摩擦纳米发电机（teng）于2012年首次提出，可将环境机械能转化为电信号，同步实现能量收集与状态感知。现有研究已基于teng实现覆冰检测（振动特征偏移法、液滴相变法、污秽监测（电荷衰减法）、微裂纹识别；同时开发 pdms/zno纳米复合、多孔pdms等改性材料以提升器件输出性能。

4、但现有研究存在显著短板：缺少适配高寒多应力耦合工况的统一评价标准。大量实验室验证的样机现场测试失效（如35%误报率、低温结冰后传感通道堵塞）。

5、当前自驱动传感器评价体系仅聚焦单一指标：振动俘能器对比功率密度、光伏器件对比光电转换效率、电池对比容量，均无法兼顾高寒多重环境胁迫；针对 teng领域，不同文献采用的性能评价指标不统一，跨研究横向对比难以实现。已有综述分别梳理了teng 环境监测、严苛工况应用、极端场景适配相关进展 ，也有大量teng电网监测系统相关研究；但cigre第842号技术报告仅覆盖绝缘子监测，未针对自驱动传感器制定评判准则；iec60721-2-1仅划分气候等级 、ieee std 528仅规范惯性传感器，两项标准均未针对高寒绝缘子监测专用teng设备。

6、综上，现有研究存在明显空白：缺少一套统一体系，可从环境耐受、长期可靠性、现场可部署性三维度综合评估多应力下teng传感器性能。评价标准碎片化导致不同课题组研发的传感器无法客观对标、技术难以从实验室落地电网，研发人员也缺少清晰的性能优化目标。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种面向高寒绝缘子监测摩擦电传感器的三维评价方法，基于失效模式分析系统性搭建三维评价框架，从环境适应性（ead）、技术可靠性（tr）、工程实用性（eapp）三个维度量化传感器成熟度；建立融合 ahp 权重、sigmoid非线性打分、否决机制、归一化处理的完整数学评价模型；并通过多组仿真完成验证。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种面向高寒绝缘子监测摩擦电传感器的三维评价方法：

4、所述方法具体包括以下步骤：

5、s1：构建三维评价维度体系，包括环境适应性维度、技术可靠性维度和工程实用性维度，设置各维度下的二级评价指标，同时明确冻融相关指标在不同维度的定义区分，避免重复计分；

6、s2：采用层次分析法计算维度权重，基于高寒输电线路监测业务优先级构建维度权重两两对比矩阵，通过几何平均法计算各维度权重并进行一致性校验；

7、s3：二级指标量化打分，采用sigmoid非线性打分函数，针对数值越大性能越优的正向指标与数值越小性能越优的反向指标，分别匹配对应打分公式，实现各二级指标0~100分的连续量化评分；

8、s4：执行硬性失效否决判定，预设多项硬性失效条件，若待评价传感器满足任一条件，直接判定为现场不可用，终止评价流程；

9、s5：综合成熟度计算与分级，先按维度内二级指标均分加权求和计算单维度总分，再结合各维度权重加权求和得到设备综合成熟度得分，最终依据分级阈值完成设备成熟度等级划分。

10、进一步地，在s1中：

11、所述环境适应性维度的二级指标包括工作温区、冻融结构耐久、紫外/沙尘抗侵蚀性能；

12、所述技术可靠性维度的二级指标包括年性能漂移、多应力下测量精度、冻融工况测量稳定性、抗误报能力；

13、所述工程实用性维度的二级指标包括带电安装能力、免维护寿命、单节点硬件成本；

14、其中环境适应性维度为硬性失效阈值指标，通过外观、机械性能检测，评价出现开裂、分层、信号完全丢失等物理失效前可承受的冻融循环次数；

15、技术可靠性维度为软性性能指标，通过电信号监测，评价冻融循环下的传感性能保持率。

16、进一步地，在s2中，所述维度权重两两对比矩阵依据现场运行优先级设定重要度比值，

17、环境适应性优先级高于技术可靠性，技术可靠性优先级高于工程实用性；

18、经几何平均法归一化得到各维度权重，且一致性系数小于预设阈值，矩阵一致性达标。

19、进一步地，在s3中，所有二级指标的sigmoid打分函数采用统一的斜率系数，保证各指标在对应标准阈值附近的评分灵敏度一致；正向指标采用正向sigmoid打分公式，反向指标采用反向sigmoid打分公式，评分覆盖完整的百分制区间。

20、进一步地，在s4中，所述硬性失效条件包括：低于预设低温阈值时完全失效、低于预设冻融循环次数即发生物理损坏、年性能漂移超出预设上限、不具备带电安装能力、单节点硬件成本超出预设上限；触发任一条件时，设备整体成熟度直接置零，判定为现场不可用。

21、进一步地，在s5中，所述成熟度等级划分规则为：

22、所述成熟度等级由高到低至少包括近商用级、试验样机级、实验室原型级、现场不可用四级；其中近商用级需同时满足综合成熟度达到预设分值、且环境适应性维度、技术可靠性维度得分和工程实用性维度的得分均不低于对应的最低分值要求，避免单一维度高分掩盖其余维度短板。

23、一种面向高寒绝缘子监测摩擦电传感器的三维评价系统；

24、所述系统包括三维度评价模块、维度权重计算模块、量化打分模块、失效判定模块和成熟度划分模块；

25、所述三维度评价模块用于构建三维评价维度体系，包括环境适应性维度、技术可靠性维度和工程实用性维度，设置各维度下的二级评价指标，同时明确冻融相关指标在不同维度的定义区分，避免重复计分；

26、所述维度权重计算模块采用层次分析法计算维度权重，基于高寒输电线路监测业务优先级构建维度权重两两对比矩阵，通过几何平均法计算各维度权重并进行一致性校验；

27、所述量化打分模块用于二级指标量化打分，采用sigmoid非线性打分函数，针对数值越大性能越优的正向指标与数值越小性能越优的反向指标，分别匹配对应打分公式，实现各二级指标0~100分的连续量化评分；

28、所述失效判定模块用于执行硬性失效否决判定，预设多项硬性失效条件，若待评价传感器满足任一条件，直接判定为现场不可用，终止评价流程；

29、所述成熟度划分模块用于综合成熟度计算与分级，先按维度内二级指标均分加权求和计算单维度总分，再结合各维度权重加权求和得到设备综合成熟度得分，最终依据分级阈值完成设备成熟度等级划分。

30、一种计算机装置设备系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述方法的步骤

31、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

32、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

33、相较于现有技术，本发明的有益效果为

34、本发明为一套具备量化数学评判标准的标准化评价框架，而非全新传感器样机。该框架通用性强：只要获取传感器温度工作区间、年漂移率、硬件成本等关键参数，无论器件结构、研发单位，均可完成打分评估。本发明所有验证仅依托公开文献数据与仿真配置，通过文献回溯打分、仿真算例验证框架区分度与单调打分特性。

35、本框架除作为评估工具外，还可作为传感器开发设计指南，明确三个维度量化优化目标：环境适应性（-40℃稳定工作）、技术可靠性（年漂移＜5%）、工程实用性（单节点成本＜120 美元），帮助研发人员降低样机现场落地风险、在设计初期识别性能短板。同时支持“假设分析”：研发人员可定量测算单一性能优化（如工作温度从- 30℃拓展至- 40℃）带来的成熟度提升，在加工样机前完成多性能权衡评估。

36、本发明提出了业内首套专门面向高寒绝缘子监测 teng 传感器的标准化评估工具，填补 cigre 2030 战略提出的评价标准空白；

37、本发明构建 “环境 - 技术 - 工程” 三层分级打分架构，完整覆盖性能权衡空间，区别于单一指标评价掩盖致命工程缺陷的弊端；

38、本发明内置硬性失效否决机制：单一维度关键指标严重不达标时直接判定设备不合格，避免某一维度高分弥补另一维度致命缺陷。