基于多维评价的输电线路风险评估系统及其评估方法与流程

本发明涉及一种基于多维评价的输电线路风险评估系统及其评估方法。适用于输电线路各组成单元风险评估以及输电线路整体风险评估。

背景技术：

输电线路是电力系统的重要组成部分，是输电系统的命脉。它的主要作用是传输电能。相对于系统来说，它是单一的设施，但它的运行状态的好坏，将对整个系统的运行可靠性产生重大影响。从实际来说，对于输电线路的运维人员而言，能够较准确的对输电线路的风险进行评估，可以获得输电线路的运行状态，合理的安排检修人员，对相应的位置采取风险管控措施，保证输电线路安全可靠的供电。

目前，在输电线路的风险评估中多采用二维评价的风险评估方法，即简单的将风险发生的概率与事后影响相乘为风险指标的评估方法，这种方法虽然能够评价出风险的大小，但这种方法没有考虑风险因素的描述信息的记录数据错误、缺失等不可预测现象，以及输电线路单元事件故障造成下一级线路故障的可能性现象，而事件的这类不可预测性和造成下一级线路故障的可能性现象在实际运行中真实存在。如若忽略这两种现象的输电线路风险评估的结果将不够准确。

有基于此，本发明从单元事件故障发生可能性、单元事件对本级线路故障严重性、单元监测信息误码不可预测性、单元事件对下一级线路故障的可能性四个方面建立输电线路各单元的多维评价方法，通过评估输电线路的各组成单元风险指标进而综合评估输电线路整体风险状态。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的缺点，而提供一种基于多维评价的输电线路风险评估方法，该方法及系统能全面反映输电线路的各组成单元的风险指标以及输电线路的整体运行风险状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种基于多维评价的输电线路风险评估系统，其特征在于，包括依次连接的：输电线路各单元监测子系统、各单元多维评价子系统、计算机、各单元风险指标计算及排序子系统、输电线路综合风险评估系统；

所述的输电线路各单元监测子系统包括：基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块、附属设施监测模块、通道环境监测模块；输电线路各组成单元为相应监测模块的接入端；输出端接入对应的多维评价子系统。

所述的各单元多维评价子系统包括：多维评价标准模块、多维评价等级方案模块、多维评价标准权重模块、多维评价矩阵模块；该子系统是多输入双输出部分，输电线路各单元检测数据为输入端，输出端为多维评级矩阵模块和多维评价标准权重模块，连接到计算机中。

各单元风险指标计算及排序子系统包括：模糊运算模块、风险指数计算模块、风险指数排序模块。该子系统接入端为计算机，输出端连接输电线路各单元权重模块。

输电线路综合风险评估系统包括：各单元权重模块、输电线路风险指标计算模块。输入端为输电线路各单元风险指数计算模块；输出为输电线路整体风险值。

所述的计算机设置有统计程序模块，多维专家打分系统，模糊计算程序模块，标准层次分析法计算程序模块，以及多维评价的输电线路风险评估算模块。

一种采用基于多维评价的输电线路风险评估系统的风险评估方法，包括以下步骤：

步骤1、首先获取输电线路各检测单元数据；通过输电线路各单元监测模块，获得基础、杆塔、导地线、绝缘子串、金具、接地装置、附属设备、通道环境8个输电线路组成单元的风险评价数据。

步骤2、然后建立多维评价矩阵，具体包括以下步骤；

步骤2a、多维评价标准的建立：定义基本准则集合为π＝{J₁,J₂,…,J_m}，这个集合的作用是对每个单元风险建立多维评价准则，也就是对每个单元风险从哪几个方面进行评价，其中m为设定标准的维度，这里是4个维度评价标准，分别是：单元事件故障发生可能性(J₁)、单元事件对本级线路故障严重性(J₂)、单元监测信息误码不可预测性(J₃)、单元事件对下一级线路故障的可能性(J₄)。

步骤2b、多维评价等级方案制定：采用的多维评价等级为：E＝{1,2,3,4}，这里的数字1、2、3、4分别表示的级别是很低、一般、高、很高。

步骤2c、多维评价标准权重确定：定义多维评价方式的权重W为：

W＝(w₁,w₂,w₃,w₄)

其中，w₁为单元事件故障发生可能性权重；w₂为单元事件对本级线路故障严重性权重；w₃为单元监测信息误码不可预测性权重；w₄为单元事件对下一级线路故障的可能性权重。

步骤2d、生成多维评价矩阵，多维评价矩阵为：

R＝(r_ij)_m×n

其中，r_ij是满足J_i评价标准的e_i评价等级。

步骤3、根据步骤2得到的多维评价矩阵计算各单元风险指标，具体包括：

步骤3a、模糊运算：定义输电线路模糊综合评价矩阵D为

其中，W为多维评价标准权重；R为输电线路风险因素的多维评价矩阵；为模糊算子。模糊综合评价的结果为一个模糊子集。

步骤3b、风险指标计算：定义输电线路各组成单元的风险指标RI为：

其中，d_k为输电线路各组成单元模糊综合评价值；e_k为风险评级数值，e_k＝1,2,3,4。

步骤3c、风险指标排序：根据输电线路各组成单元风险指标值，调用计算机排序程序，对输电线路各组成单元风险进行降序排序。

步骤4、根据步骤3得到的各单元风险指标综合计算输电线路风险指标，具体包括：

步骤4a、输电线路单元权重确定：定义输电线路各组成单元权重W_l为：

W_l＝(w_l1,w_l2,w_l3,w_l4,w_l5,w_l6,w_l7,w_l8)

其中，w_l1为基础单元权重；w_l2为杆塔单元权重；w_l3为导地线单元权重；w_l4为绝缘子串单元权重；w_l5为金具单元权重；w_l6为接地装置单元权重；w_l7为附属设施单元权重；w_l8为通道环境单元权重；

步骤4b、输电线路综合风险指标计算：定义输电线路各组成单元的风险指标RI_l为：

其中，w_k为输电线路各组成单元对应的权重；RI_k为输电线路各组成部分的风险指标数值。

本发明的有益效果如下：本发明基于多维评价的输电线路风险评估系统及其评估方法，从单元事件故障发生可能性、单元事件对本级线路故障严重性、单元监测信息误码不可预测性、单元事件对下一级线路故障的可能性四个方面对输电线路风险进行评估，能够及时发现和准确判断输电线路的各组成单元的风险状况，并能综合全面反映每级输电线路整体运行风险状态。促使输电线路维护有定期检修、事故维修向状态检修、可靠性维修方向发展，提供检测准确率、预防和减少停电事故，提高电力企业的供电效率。

附图说明

图1为本发明的评估系统硬件配置图。

图2为多维评价标准的层次分析法结构图。

图3为本发明1-9打分法的标准表。

图4为多维评价标准权重判断矩阵。

图5为多维评价矩阵。

图6为输电线路各单元隶属度函数和风险排序表。

具体实施方式

首先介绍本发明的具体方法：

本发明的评估系统由输电线路各单元监测子系统、各单元多维评价子系统、各单元风险指标计算及排序子系统、输电线路综合风险评估系统、计算机组成。

所述的输电线路各单元检测子系统由基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块、附属设施监测模块、通道环境监测模块构成；输电线路各组成单元为相应监测模块的接入端；输出端接入对应的多维评价子系统。

所述的各单元多维评价子系统由多维评价标准模块、多维评价等级方案模块、多维评价标准权重模块、多维评价矩阵模块构成；该子系统是多输入双输出部分，输电线路各单元检测数据为输入端，输出端为多维评级矩阵模块和多维评价标准权重模块，连接到计算机中。

所述的各单元风险指标计算及排序子系统由模糊运算模块、风险指数计算模块、风险指数排序模块构成；该子系统接入端为计算机，输出端连接输电线路各单元权重模块。

所述的输电线路综合风险评估系统由各单元权重模块、输电线路风险指标计算模块构成；输入端为输电线路各单元风险指数计算模块；输出为输电线路整体风险值。

所述的计算机中装有统计程序模块，多维专家打分系统，模糊计算程序模块，标准层次分析法计算程序模块，以及多维评价的输电线路风险评估算模块。

技术方案二：

本发明的评估方法包括：单元数据获取、多维评价矩阵建立、单元风险指标计算、输电线路整体风险指标计算等过程，综合来评估某级输电线路的风险状态。

具体方法步骤如下：

(1)首先获取输电线路各检测单元数据；通过输电线路各单元监测模块，可以获得基础、杆塔、导地线、绝缘子串、金具、接地装置、附属设备、通道环境8个输电线路组成单元的风险评价数据。

(2)然后建立多维评价矩阵；

a、多维评价标准的建立

设定基本准则集合为π＝{J₁,J₂,…,J_m}，这个集合的作用是对每个单元风险建立多维评价准则，也就是对每个单元风险从哪几个方面进行评价，其中m为设定标准的维度，这里是4个维度评价标准，分别是：单元事件故障发生可能性(J₁)、单元事件对本级线路故障严重性(J₂)、单元监测信息误码不可预测性(J₃)、单元事件对下一级线路故障的可能性(J₄)。单元事件故障发生可能性描述了输电线路组成单元对本级输电线路造成故障的可能性；单元事件对本级线路故障严重性描述了输电线路组成单元造成对本级线路的故障严重程度；不可预测性描述了输电线路各单元状态监测系统的数据的误码可能性；单元事件对下一级线路故障的可能性描述了本级输电线路单元对下级输电线路造成故障的可能性。

b、多维评价等级方案制定

利用模糊综合评价法建立一组评价等级方案，对这些单元风险每个维度确定一个评价等级，设定单元风险每个维度的评价等级备选方案E＝{e₁,e₂,…,e_n}，其中n是可以选择的评价等级数量。例如，e₁＝很低,e₂＝一般,e₃＝高,e₄＝很高。备选方案对应的等级，如1＝很低,2＝一般,3＝高,4＝很高。本发明采用的多维评价等级为：E＝{1,2,3,4}，这里的数字1、2、3、4分别表示的级别是很低、一般、高、很高。

c、多维评价标准权重确定

采用层次分析法(AHP)来为多维评价标准设置权重。首先建立多维评价标准的层次结构，如附图2所示；然后通过专家打分系统，对4个维度评价标准的相对重要性进行打分，采用1-9打分法打分；最后调用标准的层次分析法程序包计算多维评价标准的权重。

设多维评价方式的权重W为：

W＝(w₁,w₂,w₃,w₄)

其中，w₁为单元事件故障发生可能性权重；w₂为单元事件对本级线路故障严重性权重；w₃为单元监测信息误码不可预测性权重；w₄为单元事件对下一级线路故障的可能性权重。

d、多维评价矩阵生成

多维评价矩阵是由各输电线路组成单元的多维隶属度函数组成，这些隶属度函数通过专家评估系统和统计系统来实现。若干专家对输电线路每个单元监测的数据样本，从4个维度分别进行多维度评价等级进行评级，然后，通过统计系统统计，输电线路每个单元在多维度评价下，风险等级很低、风险等级一般、风险等级高、风险等级很高的可能性，从而形成输电线路多维评价矩阵。具体操作过程如下：

如果输电线路的基础单元检测数据样本经过专家系统评级统计后，结果如下：

单元事件故障发生可能性(J₁)的风险等级为很低的可能性是5％、风险等级为一般的可能性是15％、风险等级为高的可能性是45％、风险等级为很高的可能性是35％。

单元事件对本级线路故障严重性(J₂)的风险等级为很低的可能性是0％、风险等级为一般的可能性是5％、风险等级为高的可能性是30％、风险等级为很高的可能性是65％。

单元监测信息误码不可预测性(J₃)的风险等级为很低的可能性是60％、风险等级为一般的可能性是30％、风险等级为高的可能性是10％、风险等级为很高的可能性是0％。

单元事件对下一级线路故障的可能性(J₄)的风险等级为很低的可能性是0％、风险等级为一般的可能性是55％、风险等级为高的可能性是45％、风险等级为很高的可能性是0％。

则输电线路基础单元的多维评价隶属度为：

对应的输电线路基础单元的多维评价矩阵为：

类似的可以得到其他输电线路组成单元，即杆塔单元、导地线单元、绝缘子串单元、金具单元、接地装置单元、附属设施单元、通道环境单元的多维评价矩阵，从而组成输电线路整体多维评价矩阵。

该多维评价矩阵为：

R＝(r_ij)_m×n

其中，r_ij是满足J_i评价标准的e_i评价等级。

(3)再计算各单元风险指标；

a、模糊运算

设输电线路模糊综合评价矩阵D为

其中，W为多维评价标准权重；R为输电线路风险因素的多维评价矩阵；为模糊算子。模糊综合评价的结果为一个模糊子集。

模糊算子包括四种算子，具体如下：

算子1：

算子2：

算子3：

算子4：

算子1和算子2使用于单项问题，也就使用于主因素突出型问题，这类算子你，只有主要的评价方式，重要的准则才会被考虑，次要的评价方式会被忽略掉。算子3适用于矩阵运算，可考虑多维评价标准及每个评价标准的权重差异很大的情况，本发明采用的是算子3。算子4适用于有些风险因素可能权重会很小，但一旦发生影响很严重的情况，本发明是突出考虑多维评价方式下评估方法，而不是突出权重小的风险因素，故没有采用算子4。

b、风险指标计算

风险指标的计算中，设输电线路各组成单元的风险指标RI为：

其中，d_k为输电线路各组成单元模糊综合评价值；e_k为风险评级数值，e_k＝1,2,3,4。

c、风险指标排序

根据输电线路各组成单元风险指标值，调用计算机排序程序，对输电线路各组成单元风险进行降序排序。

(4)最后综合计算输电线路风险指标；

a、输电线路单元权重确定

同理仿照多维评价标准权重的确定方法。采用层次分析法，调用标准层次分析法程序包计算输电线路各单元权重。

设输电线路各组成单元权重W_l为：

W_l＝(w_l1,w_l2,w_l3,w_l4,w_l5,w_l6,w_l7,w_l8)

其中，w_l1为基础单元权重；w_l2为杆塔单元权重；w_l3为导地线单元权重；w_l4为绝缘子串单元权重；w_l5为金具单元权重；w_l6为接地装置单元权重；w_l7为附属设施单元权重；w_l8为通道环境单元权重；

b、输电线路综合风险指标计算

设输电线路各组成单元的风险指标RI_l为：

其中，w_k为输电线路各组成单元对应的权重；RI_k为输电线路各组成部分的风险指标数值。

实施例1(本发明评估系统的实施例)：

由图1所示的实施例1可知，基于多维评价的输电线路风险评估系统，其特征在于它由输电线路各单元监测子系统(I)、各单元多维评价子系统(II)、各单元风险指标计算及排序子系统(III)、输电线路综合风险评估系统(IV)、计算机(V)组成。

所述的输电线路各单元监测子系统由基础监测模块(1)、杆塔监测模块(2)、导地线监测模块(3)、绝缘子串监测模块(4)、金具监测模块(5)、接地装置监测模块(6)、附属设施监测模块(7)、通道环境监测模块(8)构成；输电线路各组成单元为相应监测模块的接入端；输出端接入对应的多维评价子系统。

所述的各单元多维评价子系统由多维评价标准模块(9)、多维评价等级方案模块(10)、多维评价标准权重模块(11)、多维评价矩阵模块(12)构成；该子系统是多输入双输出部分，输电线路各单元检测数据为输入端，输出端为多维评级矩阵模块和多维评价标准权重模块，连接到计算机中。

各单元风险指标计算及排序子系统由模糊运算模块(13)、风险指数计算模块(14)、风险指数排序模块(15)构成。该子系统接入端为计算机，输出端连接输电线路各单元权重模块。

输电线路综合风险评估系统由各单元权重模块(16)、输电线路风险指标计算模块(17)构成。输入端为输电线路各单元风险指数计算模块；输出为输电线路整体风险值。

所述的计算机中装有统计程序模块，多维专家打分系统，模糊计算程序模块，标准层次分析法计算程序模块，以及多维评价的输电线路风险评估算模块。

实施例2(本发明评估方法的实施例，)

被测输电线路为220kV架空输电线路的某级杆塔输电线路。

利用实施例1所述的系统，按照上述发明内容部分的技术方案二的操作即可。

根据层次分析求多维评价标准的权重，通过专家打分系统对多维评价标准之间相互重要性打分结果如附图4所示。

调用标准层次分析法的程序包可以计算出多维评价标准的权重：W＝(0.10,0.36,0.18,0.36)。

调用专家系统对输电线路每个单元监测的数据样本，从4个维度分别进行多维度评价等级进行评级，然后，通过统计系统统计，得到输电线路多维评价矩阵结果如附图5所示。

调用输电线路各单元风险指标计算子系统，可以得到输电线路各单元的隶属度函数、风险指标值以及风险排序。结果见附图6所示。

令基础单元(S1)、杆塔单元(S2)、导地线单元(S3)、绝缘子串单元(S4)、金具单元(S5)、接地装置单元(S6)、附属设施单元(S7)、通道环境单元(S8)可得到的各单元的风险值及排序为：

(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8)＝(2.7580，2.4224，2.9962，1.8358，1.6970，1.9828，1.8484，2.3284)＝(2,3,1,7,8,5,6,4)

调用输电线路整体风险计算子系统，可以得到输电线路各组成单元权重为：W_l＝(0.17,0.16,0.13,0.17,0.12,0.16,0.01,0.08)，综合风险指标为：RI_l＝2.2837

从多维评价输电线路风险评估系统得出的结果显示，被评估的输电线路风险指数为2.2837，风险等级属于一般，对应的该级输电线路的各组成单元的风险排序从高到底为

S3＞S1＞S2＞S8＞S6＞S7＞S4＞S5，从而全面反映了该级输电线路的风险状态处于一般等级，需要较关注该级输电线路的导地线单元(S3)、基础单元(S1)、杆塔单元(S2)、通道环境单元(S8)等，并用这些信息指导该级输电线路的运行检修。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明的精神做具体说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作适当的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。