[发明专利]一种配电网电缆运行状态评价方法及系统

权利要求书

1.一种配电网电缆运行状态评价方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1，采集获取待评价区域配电网运行电缆的台账统计信息；根据获得的台账统计信息确定状态评价的影响因素集U；

步骤2，根据步骤1获得的台账统计信息计算待评价区域内的电缆的故障发生概率，获得步骤1确定的影响因素集U中的各影响因素下的电缆故障概率以及各影响因素作用下的电缆故障与正常运行的条件概率；

步骤3，将步骤2计算获得的故障概率与条件概率作为基础数据，基于信息熵理论计算步骤1中的影响因素集U中的各影响因素对电缆故障的影响程度以及各影响因素自身的变化程度，获得影响因素集U中的各影响因素的权重组成的权重集A；

步骤4，对各影响因素进行归一化处理，建立表征步骤1中的影响因素集U中的各元素隶属于预设判断集V中的各元素的隶属度函数μ(x)，通过隶属度函数μ(x)获得反映影响因素集U隶属判断集V的判断矩阵R；

步骤5，将影响因素集U中各影响因素的权重与判断矩阵R进行模糊运算，得到评价集D；对评价集D进行量化，得到评价集D与判断集V之间的对应关系，通过获得的对应关系对电缆运行状态作出状态评价；

其中，步骤1中的影响因素集U＝{u₁,u₂,u₃}，其中u₁代表运行年限；u₂代表敷设方式；u₃代表负荷水平；

其中，步骤4中预设的判断集为V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}，其中v₁代表状态严重；v₂代表状态异常；v₃代表状态注意；v₄代表状态正常；

其中，步骤2具体包括：

步骤2.1，待评价区域的配电网电缆故障概率计算包括：根据运行电缆的台账统计信息，确定待评价区域配电网电缆的总量为N，确定预设的一年中发生故障的配电网电缆数量为n，电缆发生故障的概率P(X)的计算公式为：

式(1)中，X表示电缆发生故障这一事件；

步骤2.2，各影响因素下的电缆故障概率的计算包括：

步骤2.2.1，根据运行电缆的台账统计信息中的各影响因素，将电缆分为六组统计向量N₁，N₂，N₃，n₁，n₂，n₃；

N₁表示待评价区域的电缆根据运行年限进行分类的统计向量，其表达式为：

N₁＝(N₁₁,N₁₂,…,N_1i) (2)

式(2)中，N_1i表示在待评价区域中第i类运行年限的电缆总量；

N₂表示待评价区域的电缆根据敷设方式进行分类的统计向量，其表达式为：

N₂＝(N₂₁,N₂₂,…,N_2j) (3)

式(3)中，N_2j表示待评价区域中，第j类敷设方式下的电缆总量；

N₃表示待评价区域的电缆根据负荷水平进行分类的统计向量，其表达式为：

N₃＝(N₃₁,N₃₂,…,N_3k) (4)

式(4)中，N_3k表示待评价区域中，第k类负荷水平下的电缆总量；

n₁表示故障电缆中根据运行年限进行分类后的统计向量，其表达式为：

n₁＝(n₁₁,n₁₂,…,n_1i,…n_1I) (5)

式(5)中，n_1i表示故障电缆中，第i类运行年限下的电缆数量，I表示运行年限共被分为I类；

n₂表示故障电缆中根据敷设方式进行分类后的统计向量，其表达式为：

n₂＝(n₂₁,n₂₂,…,n_2j,…n_2J) (6)

式(6)中，n_2j表示故障电缆中，第j类敷设方式下的电缆数量，J表示敷设方式共被分为J类；

n₃表示故障电缆中根据负荷水平进行分类后的统计向量，其表达式为：

n₃＝(n₃₁,n₃₂,…,n_3k,…n_3K) (7)

式(7)中，n_3k表示故障电缆中，第k类负荷水平下的电缆数量；K表示负荷水平共被分为K类；

步骤2.2.2根据六组统计向量N₁，N₂，N₃，n₁，n₂，n₃的统计信息，计算配电网的电缆在每一种影响因素下对应的故障发生概率：

不同运行年限的电缆故障概率的计算公式为：

式(8)中，P(X_1i)表示第i类运行年限下，电缆发生故障的概率，下标1表示影响因素为运行年限；

不同敷设方式的电缆故障概率的计算公式为：

式(9)中，P(X_2j)表示第j类敷设方式下，电缆发生故障的概率，下标2表示影响因素为敷设方式；

不同种类负荷水平的电缆故障概率的计算公式为：

式(10)中，P(X_3k)表示第k类负荷水平下，电缆发生故障的概率，下标3表示被研究的影响因素为负荷水平；

步骤2.3，电缆故障与正常运行的条件概率计算步骤为，根据步骤2.2.1的六组统计向量，计算各影响因素作用下的电缆故障与正常运行的条件概率值；

步骤2.3.1，计算仅考虑单一影响因素作用的电缆故障联合概率分布：

仅考虑运行年限的影响，待评价区域电缆故障的联合概率分布为：

其中，Y表示被研究的影响因素为运行年限，Y_i表示第i类运行年限；X_a代表电缆发生故障这一事件，X_b代表电缆正常运行这一事件；

仅考虑敷设方式的影响，待评价区域电缆故障的联合概率分布：

其中，W表示所研究的影响因素为敷设方式，W_j表示第j类敷设方式；

仅考虑负荷水平的影响，待评价区域电缆故障的联合概率分布：

获得各影响因素单独作用影响下的联合概率分布；

步骤2.3.2，计算各影响因素影响下的电缆故障和电缆正常运行的条件概率：

仅考虑运行年限的影响时，电缆故障与正常运行的条件概率的计算公式为：

其中，P(X_a|Y_i)为考虑第i类运行年限的条件下，电缆故障的条件概率；P(X_aY_i)为第i类运行年限下的电缆故障概率；P(Y_i)为待评价区域中电缆运行年限为第i类的概率；P(X_b|Y_i)为第i类运行年限条件下的电缆正常运行的条件概率；P(X_bY_i)为第i类运行年限的电缆正常运行概率；

仅考虑敷设方式的影响时，电缆故障与电缆正常运行的条件概率的计算公式为：

其中，P(X_a|W_j)表示考虑第j类敷设方式的条件下，电缆故障的条件概率；P(X_aW_j)为第j类敷设方式下的电缆故障概率；P(W_j)为待评价区域中电缆敷设方式为第j类的概率；P(X_b|W_j)表示考虑第j类敷设方式的条件下，电缆正常运行的概率；P(X_bW_j)为第j类敷设方式的电缆正常运行概率；

仅考虑负荷水平的影响时，电缆故障与电缆正常运行的条件概率的计算公式为：

其中，P(X_a|Z_k)表示考虑第k类负荷水平的条件后，电缆故障的条件概率；P(X_aZ_k)表示第k类负荷水平的电缆故障概率；P(Z_k)表示待评价区域中，电缆为第k类负荷水平的概率；P(X_b|Z_k)表示考虑第k类负荷水平的条件后，电缆正常运行的概率；P(X_bZ_k)表示第k类负荷水平的电缆正常运行的概率；

其中，步骤3中表示运行年限、敷设方式和负荷水平的权重向量的表达式为：

A＝(a₁,a₂,a₃) (17)

式(17)中，a₁代表运行年限的权重；a₂代表敷设方式的权重；a₃代表负荷水平的权重；

(1)电缆故障信息熵的计算公式为：

式(18)中，H(X)表示事件X的信息熵；x_i为事件X的第i种状态，并且i的取值范围为1到q；P(x_i)表示事件x_i发生的概率；

考虑影响因素后条件熵的值的计算公式为：

式(19)中，H(X|Y)为考虑事件X考虑因素Y影响后的条件熵；P(xy)为y作用时x发生的联合概率；P(x|y)为考虑y的条件下，x的发生的条件概率；

影响因素为运行年限、敷设方式与负荷水平，三类影响因素依次使用Y、W和Z进行表示；条件熵的计算公式依次为：

其中，H(X|Y)表示当考虑运行年限时，电缆是否故障这一事件的条件熵；H(X|W)表示当考虑敷设方式时，电缆是否这一事件的条件熵；H(X|Z)表示当考虑负荷水平时，电缆是否故障这一事件的条件熵；

(2)电缆故障互信息以及各影响因素影响程度的计算

条件熵与信息熵的差值定义为互信息，其计算公式为：

I(X,Y)＝H(X)-H(X|Y) (23)

其中，H(X)为随机变量X的信息熵；H(X|Y)为变量X在变量Y作用条件下的条件熵；I(X,Y)为变量Y条件下，X的互信息；

运行年限、敷设方式和负荷水平对电缆状态的影响程度系数的计算公式依次为：

其中，I(X,Y)表示考虑运行年限后，电缆状态的互信息；I(X,W)表示考虑敷设方式后，电缆状态的互信息；I(X,Z)表示考虑负荷水平后，电缆状态的互信息；

影响程度系数的计算公式为：

其中，b_i表示第i种影响因素的影响程度系数；

步骤3中各影响因素修正因子的计算：

(1)通过各影响因素的电缆故障概率计算获得影响因素的变化程度因数，计算公式为：

s₁＝max[P(X_1i)]/min[P(X_1i)],i＝1,2,…,I (28)

s₂＝max[P(X_2j)]/min[P(X_2j)],j＝1,2,…,J (29)

s₃＝max[P(X_3k)]/min[P(X_3k)],k＝1,2,…,K (30)

其中，s₁表示运行年限这一因素的变化程度因数；s₂表示敷设方式这一因素的变化程度因数；s₃表示负荷水平这一因素的变化程度因数；

(2)将各影响因素的变化程度因数进行归一化处理，获得修正因数的计算公式：

其中，c_i表示第i种影响因素的修正因数；

步骤3中影响因素权重的计算：通过影响程度系数b_i和修正因数c_i，可计算权重集A中的权数a_i，计算公式为：

其中，a_i表示各影响因素的权数；n表示影响因素的种类；

步骤4具体包括：

(1)影响因素的数据标准化和评价指标的确定：

对于影响因素越大越优型指标，进行标准化的公式为：

式(33)中，x_i为标准化后的影响因素的指标值；x′_i为标准化前的影响因素的指标值；

对于影响因素越小越优型指标，进行标准化的公式为：

式(34)中，x_i为标准化后的影响因素的指标值；x′_i为标准化前的影响因素的指标值；

对于影响因素的优劣变化呈现U型曲线状的，进行标准化的公式为：

式(35)中，α₁为U型数据曲线中单调下降段的起始边界点，α₂为单调下降段的终止边界点；β₂为单调上升段的起始边界点，β₁为单调上升段的终止边界点；

(2)影响因素的隶属度函数构建：采用半梯形与三角形结合的隶属度函数以确定各因素的隶属度，隶属度分段函数的表达式为：

其中，μ₁(x)表示电缆状态隶属于评语集中v₁严重的隶属度函数；μ₂(x)表示电缆状态隶属于v₂异常的隶属度；μ₃(x)表示电缆状态隶属于v₃注意的隶属度；μ₄(x)表示电缆状态隶属于v₄正常的隶属度；横坐标x表示预设的一个影响因素的评价指标经过归一化后的值；

(3)评价矩阵R的构建：

通过确定的隶属度函数，计算评价矩阵R中的各元素值；当考虑多个影响因素后，评价矩阵的表达式为：

其中，评价矩阵R用于反映影响因素集U中参与评价的影响因素与判断集V之间的模糊关系；矩阵中r_ij表征评价对象中第i类影响因素对判断集中第j个评语的隶属度；

步骤5中运用加权平均原则对评价集D进行量化；步骤5具体步骤包括：

步骤5.1，模糊合成算子的确定：根据权重集A与评价矩阵R，将二者进行模糊计算，获得模糊综合评价集；模糊计算的结果的表达式为：

其中，表示模糊合成算子；D表示模糊综合评价集；d_j的含义为综合考虑所有因素后，评判对象对判断集V中的第j个评语的隶属度；m表示判断集中评语的数量；n表示权重集中元素的数量；

模糊合成算子选择M(·,⊕)算子，为加权平均型，其计算公式为：

式(39)中，r_ij表征评价对象中第i类影响因素对判断集中第j个评语的隶属度；a_i表示各影响因素的权数；

步骤5.2，确定综合评价结果：对模糊综合评价集D的数据进行处理，获得最终的模糊综合评价结果；计算处理方式为采用加权平均原则确定模糊综合评价结果，采用加权平均原则对评价集D进行处理的公式为：

其中，D′为经过量化处理后的最终评价结果；根据最终评价结果D′所处的数据位置，量化得出配电网电缆运行状态评价。