智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測算法設(shè)計(jì)

劉震宇

（國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，河北 承德 067000）

當(dāng)前，智能變電站的推廣如火如荼，各類新型設(shè)備層出不窮。相較于常規(guī)變電站，智能變電站在信息采集、數(shù)據(jù)測量、保護(hù)控制、計(jì)量監(jiān)測等方面均有了質(zhì)的飛躍。

“就算整個(gè)世界都背叛你，唾棄你，我還是對你綿綿細(xì)語?！蔽以捯粑绰洌従徧ь^望向我，眼睛里透出一絲怪異的模糊暖光，“你今天體表受過外界意外撞擊，讓我看一看是否有體內(nèi)出血，好嗎？”

“繼電保護(hù)狀態(tài)檢修”已提出多年，但在實(shí)際操作中卻困難重重。究其原因，主要有二：①缺乏有效的設(shè)備監(jiān)測平臺(tái)；②狀態(tài)評估的方法不夠科學(xué)。智能變電站的興起，在一定程度上彌補(bǔ)了第一方面的不足。本文主要就第二方面（即如何用數(shù)學(xué)方法將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行整合并量化處理）進(jìn)行研究。

宣傳推廣 儀器設(shè)備開放共享的成效體現(xiàn)在兩方面：一是開放率；二是共享率。傳統(tǒng)的彩頁、海報(bào)、口碑、電話等宣傳方式受眾面窄量小，基于互聯(lián)網(wǎng)的大儀共享平臺(tái)是最直觀、最簡潔、最高效的，實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備開放共享的宣傳渠道包括：

1 選取典型的監(jiān)測信息

智能變電站的信息是海量的，若將全部信息條分縷析，無論對計(jì)算機(jī)硬件還是對算法設(shè)計(jì)，都是很大的挑戰(zhàn)。一個(gè)可行辦法是：選取一些有代表性的信息，對其進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和分析，以得出設(shè)備狀態(tài)的高度近似值。

大量文獻(xiàn)指出，智能站中繼保設(shè)備出現(xiàn)異常的起因可能為三個(gè)：①電源插件故障；②外部光纖回路異常；③裝置元件或芯片因老化而降低性能。因此，我們選取CPU 溫度、光模塊光強(qiáng)、電源溫度（工作時(shí)）、電源電壓（輸出側(cè)）等四項(xiàng)作內(nèi)容為典型信息加以全天候關(guān)注。

化療是借助化學(xué)藥物將癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、浸潤、增殖過程阻斷，最終將癌細(xì)胞滅殺的治療方式，其屬于全身性治療方法，和放療、手術(shù)并稱為癌癥三大治療方法。然而化療藥物缺少靶向性，藥物在對癌細(xì)胞滅殺的同時(shí)，也不可避免地會(huì)造成正常細(xì)胞的損傷，以致出現(xiàn)毒副作用，同時(shí)患者免疫功能也明顯下降[8-9]。為改善這一問題，近年來我科嘗試為食管癌化療患者加用中藥，以期改善患者機(jī)體免疫功能，減輕化療藥物毒副作用[10]。

在對數(shù)控維修專業(yè)數(shù)字化課程進(jìn)行建設(shè)時(shí)，需要遵循交互性原則。數(shù)控維修本身是一門實(shí)踐性和操作性極強(qiáng)的專業(yè)，學(xué)生所學(xué)的所有知識(shí)都需要運(yùn)用在實(shí)踐和問題解決中，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)最終目的。因此，數(shù)字化課程建設(shè)要一定的交互性，學(xué)生學(xué)習(xí)、操作以及考核評價(jià)等都可以使用信息技術(shù)，并且把各種課程信息與各種媒體結(jié)合在一起，使用教學(xué)軟件進(jìn)行自動(dòng)管理，提升課程教學(xué)效率。

2 在線監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)方法

圖1 智能站中繼保設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)框架

構(gòu)建如圖1所示繼保設(shè)備在線監(jiān)測的框架。其中，監(jiān)測分析單元通過預(yù)置的計(jì)算邏輯對原始數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析，判斷是否越限。狀態(tài)評估單元?jiǎng)t通過模糊綜合評判模型對各類報(bào)警和關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并評估，最后發(fā)送至主站。

總而言之，心肺復(fù)蘇是急診醫(yī)學(xué)方面最重要的研究課題之一，現(xiàn)階段我國研究者自身對心肺復(fù)蘇中西醫(yī)結(jié)合治療已經(jīng)進(jìn)行了研究，并且取得了階段性的成果，能夠在臨床應(yīng)用方面為心肺復(fù)蘇治療工作的開展提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)，因此為了促進(jìn)心肺復(fù)蘇臨床醫(yī)療水平的提高，十分有必要對中西醫(yī)結(jié)合治療熱點(diǎn)問題進(jìn)行研究，為臨床實(shí)踐工作提供有價(jià)值的參考。

表1 監(jiān)測信息的分析和判斷邏輯

3 基于模糊綜合評判的評估算法

B中元素可表示為

3.1 因素集、評價(jià)集的確定

為使評估全面而真實(shí)，因素集中除實(shí)時(shí)監(jiān)測信息外，還需增加設(shè)備的歷史信息。最終的因素集如 圖2所示，并表示為U= {u1,u2,… ,u7}。評價(jià)集標(biāo)定為V={v1,v2,u3,v4}，各元素依次表示良好、一般、 注意、嚴(yán)重等四種情形，以與“狀態(tài)檢修”的要求相一致。

圖2 繼保設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的評估因素集

3.2 各因素評價(jià)權(quán)重的設(shè)計(jì)

因各評價(jià)因素的重要程度不盡相同，因此進(jìn)行模糊綜合評判時(shí)所對應(yīng)的權(quán)重是不一樣的。

鑒于繼保設(shè)備狀態(tài)評估的研究起步不久，大樣本獲取有困難，因此采用專家評估法（即由多位專家來給出因素的相對重要性）來確定權(quán)重分配，最終定為

3.3 模糊綜合評判矩陣的建立

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)知識(shí)，建立模糊綜合評判矩陣如式（2）所示。其中，rij對應(yīng)因素ui的評價(jià)結(jié)果為vj的隸屬度。

3.4 隸屬函數(shù)確定

計(jì)算式為

（1）裝置歷史信息類(圖2中u5～u7)

這三類信息與保護(hù)裝置的狀態(tài)有一定關(guān)系，但關(guān)系比較晦暗，不同的人有不同的看法，因此宜采用專家評判法來確定隸屬度。即：將調(diào)查表分發(fā)眾專家，以專家占比數(shù)來確定隸屬度。

監(jiān)測分析單元的處理邏輯見表1。

確定式（2）所示矩陣中的元素值（即隸屬度）是本算法的關(guān)鍵，通常采用的有專家評判法、模糊統(tǒng)計(jì)法、待定系數(shù)法等方法。由于本文中不同的評價(jià)因素的具體特性有所差異，因此宜采用不同的方法來確定各自的隸屬函數(shù)。

顯然，這類指標(biāo)一般對應(yīng)典型分布的函數(shù)（如梯形分布、正太分布、三角形分布、柯西分布等），可用待定系數(shù)法求解。由于三角形和梯形隸屬函數(shù)的形狀簡單，結(jié)果精確，因此可利用這兩者的組合來建立u1對應(yīng)于不同的評價(jià)等級（即vi）的隸屬函數(shù)。結(jié)果如圖3所示。

水利部發(fā)展研究中心主任楊得瑞在中歐水資源管理對話會(huì)上做主旨發(fā)言，從發(fā)生在2011年、對于中國水利改革發(fā)展具有里程碑意義的兩件大事談起，分水利改革發(fā)展的政策與實(shí)踐兩個(gè)方面向與會(huì)者介紹了中國的情況。他說，中國水利專家正與歐盟專家合作開展在水資源管理政策和法規(guī)方面的對比研究，并建議中歐雙方在水交流平臺(tái)的框架下，進(jìn)一步加強(qiáng)水政策和水法律方面的交流合作，分享經(jīng)驗(yàn)，共同探尋“治水良策”。

由表1可知，評價(jià)光模塊光強(qiáng)采用的是“相對劣化率”的計(jì)算邏輯，而相對劣化率的表達(dá)式為

（2）裝置的狀態(tài)監(jiān)測信息類(圖2中所示的u1～u4)，以u1（光模塊光強(qiáng)）為例進(jìn)行說明。

圖3 光模塊光強(qiáng)的隸屬函數(shù)表示

圖3中，a1～a4為四種狀態(tài)下相對劣化率的邊界，依照歷史數(shù)據(jù)，它們可取定為0.2、0.4、0.6、0.8。這樣，各評價(jià)狀態(tài)下的隸屬函數(shù)表述為（限于篇幅，僅對良好狀態(tài)下的隸屬函數(shù)進(jìn)行列示，其余課依照解析幾何的知識(shí)進(jìn)行類推）：

3.5 模糊計(jì)算

在完成R矩陣的計(jì)算后，就要將向量A與R進(jìn)行 = ·B A R的計(jì)算，其中“·”為加權(quán)平均型的廣義模糊算子，使用該算子能讓主要因素對繼保設(shè)備的影響得到凸顯。

模糊綜合評判即運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的方法對所討論對象的多種特性進(jìn)行綜合并排序，從中選出最優(yōu)值。它需要確立因素集、評價(jià)集、權(quán)重，并構(gòu)建模糊評判矩陣。

自然條件的技術(shù)措施不是對自然條件的制衡，而是通過科學(xué)合理地掌握紅松的生長發(fā)育條件，進(jìn)行適宜的林分選擇和自然條件的有效改善。首先，紅松造林前應(yīng)選擇適宜的造林地。在充分考慮土壤水分、肥力、排水、日照和溫度等因素后，應(yīng)選擇適宜的區(qū)域種植紅松。在選擇紅松種植面積后，必須對造林地進(jìn)行春、秋耕細(xì)作，并計(jì)劃具體的播種期。紅松林造林的適宜時(shí)間是人工林一年前的雨季。以保持土壤適合造林。紅松的播種期最好是春季。苗床濕潤，隨著土壤的融化，形成了上漿造林的土壤優(yōu)勢。保障苗木的生長發(fā)育，促進(jìn)苗木良好的木質(zhì)化。

式中，bj即評判結(jié)果，能讓運(yùn)維人員做出準(zhǔn)確的檢修策略。

4 計(jì)算實(shí)例

某型號保護(hù)裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2

依據(jù)前述章節(jié)的內(nèi)容，計(jì)算得到狀態(tài)評價(jià)矩陣為

進(jìn)一步得到

顯然，從最大隸屬度原則出發(fā)，可判定保護(hù)裝置為“良好”狀態(tài)。但考慮到“注意”的隸屬度也相對較大，因此還要對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查。由表2看到，實(shí)際數(shù)據(jù)中的光模塊光強(qiáng)較正常數(shù)據(jù)偏低，因此需對此環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)控。若光強(qiáng)持續(xù)下降，則應(yīng)檢查光回路和各光口。

《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》是高等院校開設(shè)的一門重要通識(shí)教育課程，是研究隨機(jī)現(xiàn)象內(nèi)在規(guī)律性的一門學(xué)科，在醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、工程、質(zhì)量管理、系統(tǒng)可靠性與信息論等方面均有廣泛的應(yīng)用，其中蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)思想及培養(yǎng)起來的數(shù)學(xué)思維與素養(yǎng)會(huì)使學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)工作中受益匪淺。

5 結(jié)論

將模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用于智能變電站的繼保設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，能有效提高狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性，做到檢修的有的放矢，從而提升變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性水平。當(dāng)然，如何確定權(quán)重矩陣和隸屬函數(shù)，還是有潛力可挖的。

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