一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法、系统及设备，用于超/特高压GIS开关设备，包括多传感器数据特征量提取、隶属度函数构造、权重系数评定、层阶模糊运算及状态评估。通过对局部放电信号、振动信号、线圈电流信号和红外图谱进行特征参数提取，并构造正态云隶属度函数，计算得出评价指标对运行状态的隶属度值。进一步分层计算综合权重系数，用分层隶属度值矩阵和权重系数矩阵进行模糊运算，最终评估得出超/特高压GIS开关设备的运行状态。本发明专利技术可以实现超/特高压GIS开关设备运行状态在线监测和综合评估，为开关设备的运维和检修提供理论依据和实践支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法、系统及设备
本专利技术属于开关设备在线监测与状态评估领域，特别涉及一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法、系统及设备。
技术介绍
近年来，超/特高压电网由于输送的电源容量大，电网的短路容量非常大，对开关设备的开断能力考核非常严苛。超/特高压开关设备是超/特高压电网控制和保护的重要核心设备，当电网发生短路故障时，能够顺利的切除短路故障，保证系统的安全与稳定运行。因此，需要对超/特高压开关设备运行状态进行综合评估，确保开关设备运行在安全可靠的状态，保证其开断性能，降低由于电网故障情况下断路器开断失败的概率。基于运行数据分析与统计，超/特高压GIS开关设备的故障可以分为绝缘故障、机械故障、温升以及开断和关合故障。科学、有效地开展超/特高压GIS开关设备的运行状态综合评估和故障诊断工作，可以发现运行中超/特高压开关设备的运行状态和故障缺陷，并提取有计划的安排运维工作，提高超/特GIS开关设备的运行效率和电网的安全稳定性。超/特高压GIS开关设备的运行状态评估涉及的指标多，而且各指标之间对评价状态并非是相互独立的，互相之间有一定的交互作用，需要建立评价指标与运行状态的隶属度函数，以及评价指标对目标状态权重系数矩阵。评价过程中很多权重系数或隶属度函数都是模糊的、不确定的，因此GIS开关的设备的状态评估是一项复杂的交叉性工程。
技术实现思路
为解决现有中GIS开关的设备的状态评估复杂的问题，本专利技术的目的是提供一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法、系统及设备。超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，通过多传感器数据特征量提取、隶属度函数构造、权重系数评定、层阶模糊运算可以实现GIS开关设备运行状态综合评估。本专利技术所采用的技术方案是：一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，包括：对局部放电信号、振动信号、线圈电流信号和红外图谱进行特征参数提取；构造梯形正态云隶属度函数，计算得出评价指标对运行状态的隶属度值，分层计算综合权重系数；用分层隶属度值矩阵和权重系数矩阵进行模糊运算，得到GIS开关设备总的隶属度值矩阵；根据总的隶属度值矩阵评估得出超/特高压GIS开关设备的运行状态。本专利技术进一步的改进在于：所述梯形正态云隶属度函数用[Ex1，Ex2，En，He]表征，GIS开关设备的运行状态划分多个等级，评价指标xi对运行状态j的隶属度函数为最终构成分层隶属度值矩阵A＝(μij)；其中，Ex1，Ex2为梯形正态云的期望，En为方差，He为超熵。本专利技术进一步的改进在于：评价指标xi对运行状态j的正态云隶属度函数由参数Ex1，Ex2，En，He定义，四个参数计算步骤如下：划分运行状态的评价等级，对应的区间分别为[0，f1)、[f1，f2)、[f2，f3)、[f3，1]，且满足0<f1<f2<f3<1；某指标对运行状态j的正态云隶属度函数的参数Ex1，Ex2计算如下：式中ζ∈(0,1)，代表隶属度值为1的子集在集合(fj,fj+1)中的长度比例；设定某指标在两个相邻运行状态的隶属度值为0.5，得出取η为15～25的随机数。本专利技术进一步的改进在于：所述综合权重系数的矩阵通过层次分析法和熵权法综合确定，权重系数矩阵zi＝λwi+(1-λ)vi，wi和vi分别为第i个指标的主观权重和客观权重，λ为组合系数，λ∈[0,1]。本专利技术进一步的改进在于：综合权重数zi由主观权重系数wi和客观权重系数vi综合决定，计算步骤如下：分层次构建评估指标的对当前级目标的判断矩阵P＝(pij)n×n，pij表示指标i相对于指标j对当前级目标的重要程度比值，n表示评价指标的数量；当pij<1，表示指标i没有指标j重要；当pij＝1，表示指标i和指标j同等重要；当pij>1，表示指标i比指标j重要；由判断矩阵可得出一致矩阵B＝(bij)n×n，求解矩阵B最大特征值对应的单位化特征向量为权重系数wi；收集同类型产品历史数据，或通过仿真模拟计算，或两者的方法结合，统计得出评价指标i在多种运行状态下的出现的概率为θij，实测值归一化后为ηij，则该指标i的熵值为i＝1,2,L,n；得出评价指标i的权重系数为i＝1,2,L,n。本专利技术进一步的改进在于：所述模糊运算具体包括：第一层阶模糊运算，分别对第三级评价指标，即，m个局部放电信号的特征参数组、振动信号n个模态分量的特征参数组、线圈电流信号的g个特征参数组，红外图谱分割后h个典型测试点的相对温升，应用正态云隶属度函数，计算出m个局部放电信号的隶属度值向量C21＝[c11,c12,L,c1m]、n个振动信号模态分量的隶属度值向量C22＝[c21,c22,L,c2n]、g个线圈电流信号特征参数的隶属度值向量C23＝[c31,c32,L,c3g]，h个红外图谱典型测试点相对温升的隶属度值向量C24＝[c41,c42,L,c4h]，得到第二级评价指标的隶属度值矩阵C2＝[C21,C22,C23,C24]；第二层阶模糊运算，分别对第二级评价指标的m个局部放电信号、n个振动信号模态分量、g个线圈电流信号特征参数、h个红外图谱典型测试点相对温升的隶属度值向量C2和对应的权重系数向量Z2＝[Z21,Z22,Z23,Z24]进行模糊运算，得到第一级评价指标的隶属度值向量C1＝Z2oC2；第三层阶模糊运算，对第一级评价指标的隶属度值向量C1和权重系数矩阵Z1进行模糊运算，得到GIS开关设备四个运行状态总的隶属度值矩阵C0＝Z1×C1。还包括对采集到的局部放电信号、振动信号、线圈电流信号进行去噪处理，步骤如下：将信号用X＝(x(0),x(1),L,x(N-1))表示，基于该信号构造Hankel矩阵X1：L为束参数，且满足关系式M+(L+1)＝N将构造好的矩阵X1进行奇异值分解：X1＝UΛVTU＝(u1,u2,L,uN-L)为(N-L)×(N-L)的正交矩阵，Λ为(N-L)×(L+1)的对角阵，Λ的主对角元素为矩阵X1的奇异值[σ1,σ2,L,σL+1]；V＝(v1,v2,L,vL+1)为(L+1)×(L+1)的正交矩阵，矩阵X1展开为：m＝min((N-L),(L+1))且σ1>σ2>L>σm。设i＝1,2,L,m将Xi的第1行的所有元素和第2行第L+1列至第N-L行第L+1列的元素构成PiPi＝[xi.0,xi.1,L,xi.N-1]矩阵X1表示为：求取矩阵X1的奇异值范数：设定阈值μ，当Ki>μ时认为[P1,P2,L,Pm]的前i个分量包含了该信号的主要成分，用这i个分量重构得到去燥后的信号。本专利技术进一步的改进在于：在第一层阶模糊运算时，m个局部放电信号的特征参数组、振动信号n个模态分量的特征参数组、线圈电流信号的g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于，包括：/n对局部放电信号、振动信号、线圈电流信号和红外图谱进行特征参数提取；/n构造梯形正态云隶属度函数，计算得出评价指标对运行状态的隶属度值，分层计算综合权重系数；/n用分层隶属度值矩阵和权重系数矩阵进行模糊运算，得到GIS开关设备总的隶属度值矩阵；/n根据总的隶属度值矩阵评估得出超/特高压GIS开关设备的运行状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于，包括：
对局部放电信号、振动信号、线圈电流信号和红外图谱进行特征参数提取；
构造梯形正态云隶属度函数，计算得出评价指标对运行状态的隶属度值，分层计算综合权重系数；
用分层隶属度值矩阵和权重系数矩阵进行模糊运算，得到GIS开关设备总的隶属度值矩阵；
根据总的隶属度值矩阵评估得出超/特高压GIS开关设备的运行状态。


2.根据权利要求1所述的一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于：所述梯形正态云隶属度函数用[Ex1，Ex2，En，He]表征，GIS开关设备的运行状态划分多个等级，评价指标xi对运行状态j的隶属度函数为最终构成分层隶属度值矩阵A＝(μij)；
其中，Ex1，Ex2为梯形正态云的期望，En为方差，He为超熵。


3.根据权利要求2所述的一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于：评价指标xi对运行状态j的正态云隶属度函数由参数Ex1，Ex2，En，He定义，四个参数计算步骤如下：
划分运行状态的评价等级，对应的区间分别为[0，f1)、[f1，f2)、[f2，f3)、[f3，1]，且满足0<f1<f2<f3<1；
某指标对运行状态j的正态云隶属度函数的参数Ex1，Ex2计算如下：



式中ζ∈(0,1)，代表隶属度值为1的子集在集合(fj,fj+1)中的长度比例；
设定某指标在两个相邻运行状态的隶属度值为0.5，得出取η为15～25的随机数。


4.根据权利要求1所述的一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于：所述综合权重系数的矩阵通过层次分析法和熵权法综合确定，权重系数矩阵zi＝λwi+(1-λ)vi，wi和vi分别为第i个指标的主观权重和客观权重，λ为组合系数，λ∈[0,1]。


5.根据权利要求4所述的一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于：综合权重数zi由主观权重系数wi和客观权重系数vi综合决定，计算步骤如下：
分层次构建评估指标的对当前级目标的判断矩阵P＝(pij)n×n，pij表示指标i相对于指标j对当前级目标的重要程度比值，n表示评价指标的数量；当pij<1，表示指标i没有指标j重要；当pij＝1，表示指标i和指标j同等重要；当pij>1，表示指标i比指标j重要；由判断矩阵可得出一致矩阵B＝(bij)n×n，求解矩阵B最大特征值对应的单位化特征向量为权重系数wi；
收集同类型产品历史数据，或通过仿真模拟计算，或两者的方法结合，统计得出评价指标i在多种运行状态下的出现的概率为θij，实测值归一化后为ηij，则该指标i的熵值为得出评价指标i的权重系数为


6.根据权利要求1所述的一种超/特高压GIS开关设备运行状态评估方法，其特征在于：所述模糊运算具体包括：
第一层阶模糊运算，分别对第三级评价指标，即，m个局部放电信号的特征参数组、振动信号n个模态分量的特征参数组、线圈电流信号的g个特征参数组，红外图谱分割后h个典型测试点的相对温升，应用正态云隶属度函数，计算出m个局部放电信号的隶属度值向量C21＝[c11,c12,L,c1m]、n个振...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为，朱太云，闫静，赵恒阳，张国宝，蔡梦怡，胡迪，吴正阳，陈忠，赵常威，钱宇骋，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34