一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，包括以下步骤：S1：建立全数字化保护系统的模糊Markov模型并得出状态转移矩阵；S2：建立模糊参数方程组求解稳态概率并进一步得出模糊可用度；S3：建立数字化保护系统的总成本模型；S4：针对总成本模型求解出不同模糊可用度下的最优可靠性参数。通过对数字化保护系统建立模糊Markov模型，分析参数时变性对其可靠性的影响。同时考虑到系统的可靠性越高其经济成本也随之增长，在考虑参数时变性的前提下，通过多目标粒子群优化算法可以求解可靠性与经济性的优化模型得到系统的最优可用度、最优失效率、最优修复率以及最优的经济成本。与现有技术相比，本发明专利技术具有降低成本，精度高等优点。

A Method of Obtaining and Optimizing Reliability Parameters of Digital Protection System

The invention relates to a method for obtaining and optimizing reliability parameters of digital protection system, which includes the following steps: S1: establishing a fuzzy Markov model of full digital protection system and obtaining a state transition matrix; S2: establishing a set of fuzzy parameter equations to solve steady-state probability and obtain further fuzzy availability; S3: establishing a total cost model of digital protection system; S4: aiming at assembly. The model solves the optimal reliability parameters under different fuzzy availability. By establishing a fuzzy Markov model for digital protection system, the influence of time-varying parameters on its reliability is analyzed. At the same time, considering that the higher the reliability of the system is, the higher the economic cost will increase. Considering the time-varying parameters, the multi-objective particle swarm optimization (MPSO) algorithm can solve the optimization model of reliability and economy to obtain the optimal availability, failure rate, repair rate and economic cost of the system. Compared with the prior art, the invention has the advantages of low cost and high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法
本专利技术涉及数字化保护系统
，尤其是涉及一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法。
技术介绍
随着高速以太网交换技术的发展以及非常规互感器技术的应用，数字化变电站、智能变电站的推广已经成为一种必然的趋势。全数字化保护系统由于具备较优的实时性、良好的灵活性和较强的扩展性以及可以做到全站数据共享等优点，正在逐步取代传统微机保护系统的地位而被广泛地应用于智能变电站中。因此数字化保护系统可靠性的研究分析已经成为一个重要的课题。目前，数字化保护系统作为一个可修复系统，其可靠性参数包括了失效率λ、修复率μ。由于受到外界一些不确定性因素的影响，其失效率、修复率并不是保持不变的，而是随着时间不断地变化。那么将一个固定值作为可靠性参数就会大大降低保护系统的可靠性评估水平，因此参数时变性是数字化保护系统可靠性一个急需解决的问题。另外，对于数字化保护系统要想获得更高的可靠性，其经济成本也会随之增长，而目前在数字化保护系统可靠性的研究中往往忽略其经济性的约束。因此单方面追求可靠性是不符合实际情况的，必须考虑到其经济性约束。所以如何能够确保在总经济成本最低的情况下使得系统的可靠性较高是我们在研究中需要考虑的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼顾可靠性与经济性的优化模型，同时提出了最优可用度、最优失效率、最优修复率的概念，运用多目标粒子群优化算法对该经济模型进行求解。即可靠性参数在模糊区间上求取一个最优值，在确保系统可靠性的基础上使得经济成本越低的数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，包括以下步骤：S1：建立全数字化保护系统的模糊Markov模型并得出状态转移矩阵；S2：建立模糊参数方程组求解稳态概率并进一步得出模糊可用度；S3：建立数字化保护系统的总成本模型；S4：针对总成本模型求解出不同模糊可用度下的最优可靠性参数。进一步地，所述步骤S1的状态转移矩阵，其描述公式为：式中，为状态转移矩阵，和分别为合并单元故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为同步时钟故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为保护装置故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为同步时钟故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为智能终端故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合。进一步地，所述步骤S2中的模糊参数方程组，其描述公式为：式中，pα和Aα分别为不同置信度下的稳态概率矩阵和状态转移矩阵，piα为稳态概率矩阵中的元素。进一步地，所述步骤S2中的模糊可用度的求解公式为：式中，R为模糊可用度，W为正常工作状态，i为自然数。进一步地，所述步骤S3中的总成本模型，其描述公式为：式中，Ci为第i个元件制造成本，C0i为第i个元件的初始制造成本，fi为第i个元件的可行度参数，Cj为保护系统故障一次所造成的经济损失期望值，λi为第i个元件的失效率，λimax为第i个元件的最大失效率，λimin为第i个元件的最小失效率。进一步地，所述步骤S4中总成本模型的最优可靠性参数的求解方式为多目标粒子群优化算法，所述多目标粒子群优化算法包括以下步骤：S01：数据初始化；S02：将粒子个体作为系统变量输入仿真模型，对违背约束的变量进行修正，并计算经济成本以及惩罚项作为个体适应度值；S03：将个体适应度作为优化模型的输入，得到子代种群；S04：确定个体极值；S05：对种群进行分层排序并将最优解存入外部存档集合；S06：从步骤3开始按照最大迭代次数进行循环迭代并输出最终优化结果。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)针对性强，计算准确率高：本专利技术考虑了数字化保护系统失效率、修复率参数的时变性，以及可靠性越高其经济成本越高的局限性。综合多方面因素，建立了兼顾可靠性与经济性的优化模型，提出了最优可用度、最优失效率、最优修复率的概念。通过在时变的失效率、修复率模糊区间上寻找到一个最优解使保护系统可靠性得到保证的同时，尽可能减少其经济成本。这样既可以使得数字化保护系统的可靠性得到了保障，同时又可以降低了经济成本，对于工程实际具有一定的指导意义。(2)精确度高，本专利技术提出了模糊参数的方法，将失效率、修复率参数采用三角隶属函数模糊化，通过对数字化保护系统建立模糊Markov模型，分析参数时变性对其可靠性的影响。同时考虑到系统的可靠性越高其经济成本也随之增长，在考虑参数时变性的前提下，通过多目标粒子群优化算法可以求解可靠性与经济性的优化模型得到系统的最优可用度、最优失效率、最优修复率以及最优的经济成本。附图说明图1为三角模糊数示意图；图2为交叉冗余结构模糊Markov模型示图；图3为多目标粒子群优化算法流程图；图4为交叉冗余结构模糊可用度曲线图；图5为失效率以及修复率随迭代次数的关系曲线图；图6为最优经济成本随迭代次数的关系曲线示意图；图7为本专利技术的整体方法流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图7所示为本专利技术一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法的整体方法流程示意图，它包括以下步骤：步骤1、采用采用三角隶属函数的模糊数的方法来参数判断数字化保护设备的失效率、修复率，可以实现对保护系统参数不确定性的不同判断结果；步骤2、利用各个设备之间的拓扑连接关系，建立数字化保护系统的模糊Markov模型，并根据系统的模糊Markov模型可以得到模糊状态转移矩阵，得到线性状态方程组；步骤3、将上述Markov线性代数方程组修改为模糊Markov方程组并将置信度取0,0.1，…,1带入，可以得到11个方程组，求解方程组，计算得到数字化保护系统的模糊可用度；步骤4、建立包括元件制造成本模型、故障造成经济损失模型的最优化经济模型。并利用多目标优化粒子群算法求解得到系统的最优可用度、最优失效率、最优修复率以及最优经济成本。失效率λ的三角模糊数是在给定区间上的一个模糊集合失效率的下限和上限分别为l和r，m为可能的平均值，那么模糊失效率可以用表示，失效率的三角模糊数图形如图1所示。图中α表示失效率λ的置信度，通过置信度，可将模糊数集转化为实数域U上的闭区间，即：式中：分别表示模糊集割的两个端点。因此三角模糊数的解析式可以表示为：交叉冗余结构数字化保护系统各个设备之间是一个并联的关系，由此我们可以建立数字化保护系统的模糊Markov模型，如图2所示。其中，状态1表示：合并单元故障；状态2表示：同步时钟故障；状态3表示：保护装置故障；状态4表示：交换机故障；状态5表示：智能终端故障。状态6、7、8、9、10对应交叉冗余结构中不同模块单元2个设备都发生故障。根据系统的模糊Markov模型可以得到模糊状态转移矩阵：式中，为状态转移矩阵，和分别为合并单元故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为同步时钟故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立全数字化保护系统的模糊Markov模型并得出状态转移矩阵；S2：建立模糊参数方程组求解稳态概率并进一步得出模糊可用度；S3：建立数字化保护系统的总成本模型；S4：针对总成本模型求解出不同模糊可用度下的最优可靠性参数。

【技术特征摘要】
1.一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立全数字化保护系统的模糊Markov模型并得出状态转移矩阵；S2：建立模糊参数方程组求解稳态概率并进一步得出模糊可用度；S3：建立数字化保护系统的总成本模型；S4：针对总成本模型求解出不同模糊可用度下的最优可靠性参数。2.根据权利要求1所述的一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，其特征在于，所述步骤S1的状态转移矩阵，其描述公式为：式中，为状态转移矩阵，和分别为合并单元故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为同步时钟故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为保护装置故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为同步时钟故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合，和分别为智能终端故障时的失效率模糊集合和修复率模糊集合。3.根据权利要求1所述的一种数字化保护系统的可靠性参数获取及优化方法，其特征在于，所述步骤S2中的模糊参数方程组，其描述公式为：式中，pα和Aα分别为不同置信度下的稳态概率矩阵和状态转移矩阵，piα为稳态概率矩阵中的元素。4.根据权利要求1所述的一种数字化保护系统的可靠性参数获...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓祥力，涂怀光，贾声昊，魏聪聪，尹璇，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31