基于隶属度函数的电力变压器运行状态画像方法

1.本发明属于电力变压器领域，具体涉及一种基于隶属度函数的电力变压器运行状态画像方法。


背景技术：

2.随着经济的不断发展和社会电能需求量的不断增加，电力网的运行负担也在不断加剧，这对电网来说无疑是个严峻的考验。在此背景下，要求电网公司采取合理可行的方法，承担起保证电力系统中各设备运行状态良好稳定，保障电能安全可靠持续供应的责任。作为电力系统中必不可少的电力设备，电力变压器保持正常健康的运行状态是电力系统维持稳定的必要条件。若变压器发生故障，轻则引起小范围供电中断，重则危害电力系统稳定性，造成电网大范围崩溃，因此需要尽量在变压器故障初期发现并解决故障。若能在变压器出现缺陷而未发生故障时及时解决处理，降低变压器发生故障的概率，对电力系统的稳定运行更加有利。
3.长期以来，定期对电力设备进行检修是国内获取变压器健康水平及其运行状态主要的方式。但在我国经济的快速发展背景下，电力网范围不断扩大，电力设备性能逐渐优化，以往的检修方式便不再适用。若仍旧沿用以往定期检修的方式，电网中电力设备数量不容小觑，若一一定期进行检修，检修任务将无比繁重；另一方面还可能使电力设备的检修周期过长，设备运行期间发生故障而因未到检修时间不能被及时发现，故障将有较大的可能性发展为严重故障，后果不堪设想。再者，电力系统中绝大多数设备属于健康状态，一概进行检修将造成过度检修，浪费人力物力。近年来提出了状态检修方法，在掌握变压器运行状态的基础上，考虑多种因素，对设备检修进行合理的安排计划。有针对性地进行检修有助于提高检修质量与效率，保障电网稳定可靠运行。状态检修又被称作预知性检修，可在在线监测、状态评估等基础上，判断电力设备运行状态、故障类型及其严重程度。以科学的判断结果为基础，使设备检修安排更加合理。但从另一方面来看，变压器状态评价是一个复杂的过程，其中受到多种因素的影响，需要更加深入的研究以得到技术支持，才能应用于电力系统中。从长远来看，状态检修比定期检修更加合理高效，能有效降低电力设备发生重大故障的概率。电气设备的检修方式由定期检修向状态检修转变是电力系统发展的必然趋势，在此环境下，变压器运行状态评价技术研究前景十分宽广，值得进行深入研究。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于隶属度函数的电力变压器运行状态画像方法，可以高效、准确、全面地得到变压器的运行状态评级，从而有利于现场运维人员根据变压器状态等级制定检修计划。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于隶属度函数的电力变压器运行状态画像方法，包括以下步骤：
7.步骤s1:基于电力变压器的设备机理，分析变压器各类参数之间的关系，构建变压
器状态评价的五个能力维度；
8.步骤s2:对电力变压器状态量进行分类并预处理，通过熵权法确定各个电力变压器状态量的权重；
9.步骤s3:采用优劣解距离法将电力变压器参数的权重和设备参数相结合，得到加权决策矩阵，并获得变压器各个能力维度的得分；
10.步骤s4:将电力变压器典型样本作为样本数据库，通过变压器各个能力维度的得分构建多元隶属函数；
11.步骤s5:将待评价变压器的多维能力得分输入构建的多元隶属函数中，计算变压器的综合得分并对其进行评级，确定变压器的运行状态。
12.进一步的，所述五个能力维度包括电力变压器绝缘水平、负载能力、抗短路能力、能效等级、调压能力。
13.进一步的，所述预处理包括参数标准化和正向化处理。
14.进一步的，所述参数标准化，具体为
[0015][0016]
其中xi为标准化前的数据，ai为标准化后的数据，n该类参数的个数。
[0017]
进一步的，所述参数正向化具体为：
[0018]
根据参数特性将不同的参数划分为极大型指标和极小型指标，并通过参数正向化实现不同参数类型的统一，极大型指标计算公式为：极小型指标计算公式为：其中xi为正向化前的数据，x
min
为参数最小值，x
max
为参数最大值，x
′i为正向化后的数据。
[0019]
进一步的，所述熵权法确定各个电力变压器状态量权重的计算公式为：
[0020][0021]
其中m为参数指标的个数，x
ij
的为第i个变压器第j个参数值。进一步的，所述加权决策矩阵的计算公式为：
[0022]cij
＝wj·
x
ij
[0023]
其中wj为第j个状态量权重，x
ij
的为第i个变压器第j个参数值。
[0024]
进一步的，所述多元隶属函数采用logistic函数构建非线性多元隶属函数公式为：
[0025]
yi＝β0 β1x
i1
β2x
i2

…
βix
ip
εi[0026]
其中εi为正态随机变量，满足e(εi)＝0，d(εi)＝σ2，σ为常数。
[0027]
logistic函数公式为：
[0028][0029]
其中α为预设值，u为不同设备状态构成的论域，βi为多元隶属函数的各项系数，xi为第i个能力的得分，p为能力维度的个数。
[0030]
进一步的，所述电力变压器参数包括变压器铁心绝缘电阻、铁心接地电流、夹件绝缘电阻、绕组直流电阻相间互差、绕组直流电阻同相初值差、绕组绝缘介质损耗、绕组电容量初值差、油色谱气体含量、套管绝缘电阻、套管电容量初值差、套管末屏绝缘电阻、套管末屏介质损耗、储油柜运行年限、本体运行年限、分接开关操作次数。
[0031]
进一步的，所述评级包括根据变压器各参数指标构建的a、b、c、d四种状态等级。
[0032]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0033]
本发明可以高效、准确、全面地得到变压器的运行状态评级，从而有利于现场运维人员根据变压器状态等级制定检修计划。
附图说明
[0034]
图1是本发明方法流程图；
[0035]
图2是本发明一实施例中五个能力维度示意图；
[0036]
图3是本发明一实施例中评价示意图。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0038]
参见图1，本发明提供了一种基于隶属度函数的电力变压器运行状态画像方法，包括以下步骤：
[0039]
步骤s1：从变压器的设备机理出发，深入分析变压器各类参数之间的关系，构建变压器状态评价的五个能力维度，电力变压器运行状态画像体系结构见图2。
[0040]
其中，所述能力维度是指电力变压器绝缘水平、负载能力、抗短路能力、能效等级、调压能力五个方面的能力。
[0041]
步骤s2：对变压器状态量进行分类并进行参数标准化、正向化处理，并通过熵权法确定各个参数的权重。
[0042]
其中，所述参数标准化是指为了解决多指标体系中不同指标在数量级方面的差异而采用的标准化手段，计算公式为：其中xi为标准化前的数据，ai为标准化后的数据，n该类参数的个数。参数正向化是根据参数特性将不同的参数划分为极大型指标和极小型指标，并通过参数正向化实现不同参数类型的统一，极大型指标计算公式为：极小型指标计算公式为：其中xi为正向化前的数据，x
min
为参数最小值，x
max
为参数最大值，x
′i为正向化后的数据。所述熵权法确定各个电力变压器状态量权重的计算公式为：m为参数指标的个数，x
ij
的为第i个变压器第j个参数值。
[0043]
步骤s3：采用优劣解距离法将电力变压器参数的权重和设备参数相结合，得到加权决策矩阵，并获得变压器各个能力维度的得分。
[0044]
其中，所述加权决策矩阵的计算公式为：cij＝wj
·
xij，wj为第j个状态量权重，x
ij
的为第i个变压器第j个参数值。
[0045]
步骤s4：将电力变压器典型样本作为样本数据库，通过变压器各个能力维度的得分构建多元隶属函数；
[0046]
其中，进一步的，所述多元隶属函数采用logistic函数构建非线性多元隶属函数公式为：yi＝β0 β1xi1 β2xi2
…
βixip εi，εi为正态随机变量，满足e(εi)＝0，d(εi)＝σ2，σ为常数。logistic函数公式为：α为预设值，u为不同设备状态构成的论域，βi为多元隶属函数的各项系数，xi为第i个能力的得分，p为能力维度的个数。参数包括变压器铁心绝缘电阻、铁心接地电流、夹件绝缘电阻、绕组直流电阻相间互差、绕组直流电阻同相初值差、绕组绝缘介质损耗、绕组电容量初值差、油色谱气体含量、套管绝缘电阻、套管电容量初值差、套管末屏绝缘电阻、套管末屏介质损耗、储油柜运行年限、本体运行年限、分接开关操作次数等。
[0047]
步骤s5:将待评价变压器的多维能力得分输入构建的多元隶属函数中，计算变压器的综合得分并对其进行评级，确定变压器的运行状态。
[0048]
评级是指根据变压器各参数指标将变压器状态评价为a、b、c、d四种状态等级，便于现场运维人员根据变压器状态等级制定检修计划。
[0049]
实施例1：
[0050]
本实施例以某110kv电力变压器为例，进一步说明
[0051]
1)获取该110kv电力变压器在线监测与离线试验相关数据，对数据进行标准化与正向化，并选取50台典型样本计算该电力变压器各参数的权重；
[0052]
2)利用典型样本构建多元隶属函数，构建的多元隶属函数如下：
[0053][0054]
3)运用基于五个能力维度的评价体系，并采用topsis法计算待测变压器各能力维度的得分，其中绝缘水平为0.702，负载能力为0.95902，抗短路能力为0.69329，能效等级为0.69703，调压能力为0.94563，能力雷达图见图3；
[0055]
4)经过多元隶属函数计算各等级阈值分别为0.811、0.7944、0.753，将待测变压器输入多元隶属函数可得综合得分为0.81，评级为b级，与变压器实际运行状态相符，能够有效反映变压器实际运行状态。
[0056]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。