一种电气设备状态评估结果可信性评价方法与流程

本发明属于电力学科与管理学科交叉的技术领域，尤其涉及一种电气设备状态评估结果可信性评价方法。

背景技术：

近年来，随着电气设备监测技术与管理技术的发展、电力系统精益化管理理念的提出，基于电气设备的历史运行记录、实时监测信息对其进行状态评价，以指导电气设备状态检修决策和差异化运维，状态评价已经广泛的应用于电气设备运维管理中。

目前，电气设备状态评价关注的重点在于状态信息参量建模和评估方法的优化，而对于状态评估结果的可信性关注很少，在状态信息参量建模的过程中，研究人员对状态信息的质量和获取能力都过于理想化，未考虑技术和管理水平的欠缺对信息参量质量的影响，也有些学者在评估过程中考虑了信息的全面性问题，但处理的方式过于主观，即对于缺失的信息采用定性处理为好或者是较好的状态。而状态信息的质量对状态评估结果的影响很大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对电气设备状态信息的质量进行更科学、客观的建模分析，实现对状态评估结果的可信度定量评价的方法，提高电气设备状态评价水平，为状态检修提供另一维度的依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电气设备状态评估结果可信性评价方法，包括以下步骤：

S1.根据电气设备状态评价需求以及技术水平的现状，基于数据完整性、实时性和准确性三个方面的要求，确定电气设备的状态参量标准库；

S2.以S1所述状态参量标准库为基准，根据电气设备状态信息的实际情况，从完整性、实时性和准确性三方面指标评价状态信息质量；

S3.根据S2所述状态信息质量的评价结果，对电气设备状态评估结果的可信性进行评价。

在上述的电气设备状态评估结果可信性评价方法中，所述S1电气设备状态参量标准库是根据现有技术手段和管理水平，以及状态评估需要，分析电气设备状态评估所需状态信息的质量来建立的，包括信息参量的内容和实时性要求；对于类型相同，结构相似的设备，具有相同的状态参量标准库。

在上述的电气设备状态评估结果可信性评价方法中，所述S2从完整性、实时性和准确性三方面评价状态信息质量是根据电气设备实际状态参量，与状态信息标准库的要求进行对比分析得出；具体方法如下：

1)计算信息数量完整性x₁；电气设备实际获取信息的总量与当前技术条件下期望获取状态信息的总量相比较得出；

2)计算信息获取实时性x₂；根据信息实际更新周期与期望更新周期之比，按照正态函数来描述信息的实时性；

T_j为某状态信息的数据更新周期，t_j为该状态信息的实际更新时间；可信度取值范围为[0,1]，设定实际更新周期为期望周期的两倍时，信息的可信度为0.9，由此可求得实时性评价公式为：

3)计算信息来源准确性x₃；电气设备状态信息分为实时监测信息和历史运行记录；

i、电气设备的状态监测信息的准确性数据，根据电气设备定检测试时统计获取；

监测信息来源准确性＝信息正确采样次数/信息总采样次数；

其中，电气设备在定检测试过程中，状态信息测试结果在电网规定的允许误差范围内，称为正确采样；信息正确采样次数为测试中符合正确采样的总次数；

ii、历史运行记录的准确性取值范围0.90-0.95；电力企业的管理水平由优到劣分为A-E五个等级，历史运行记录的准确性取值为：管理水平等级A、B、C、D、E分别对应准确性取值0.95、0.94、0.93、0.92、0.90。

在上述的电气设备状态评估结果可信性评价方法中，所述电气设备状态评估结果的可信性进行评价是基于电气设备单个信息的可信度评价结果，考虑不同信息对电气设备的影响程度不一，将两者进行加权求和得出；具体方法如下：

4)计算每个状态信息的可信度：

α_j＝x₁·x₂·x₃ (4)

x₁、x₂、x₃分别为信息数量完整性、信息获取实时性以及信息来源准确性；

5)计算每个状态信息对电气设备的影响程度的重要度系数β_i：

其中i为重要度级；m_i为i级信息对应的比重，n_i为标准库中所有信息在该比重下信息的总数；m_i+1>m_i,i＝1,2,3；

6)计算电气设备状态评价结果的可信度：

n为电气设备信息标准库中信息总数，α_j为该电气设备每个状态信息的可信度，β_j为每个状态信息的重要度系数，根据各信息所处级别取对应的β_i。

本发明的有益效果是：电气设备信息可信性与电气设备状态评估是两个本质上相互独立的评价指标，具有不同维度的评价意义。考虑到电气设备状态评价中，状态信息质量对状态评价结果的影响，从状态信息的完整性、准确性和实时性三个方面进行了分析状态信息的质量；基于状态信息的质量，对电气设备状态评价结果可信性进行评价，衡量其状态评估结果的参考价值。提高了电气设备状态评价水平，为状态检修提供另一维度的依据。

附图说明

图1为本发明一个实施例评价流程图；

图2为本发明一个实施例的状态信息实时性随状态信息刷新周期的变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用如下技术方案：一种电气设备状态评估结果可信性评价方法，包括以下步骤：

S1.根据电气设备状态评价需求以及技术水平的现状，基于数据完整性、实时性和准确性三个方面的要求，确定电气设备的状态参量标准库；

S2.以S1所述状态参量标准库为基准，根据电气设备状态信息的实际情况，从完整性、实时性和准确性三方面指标评价状态信息质量；

S3.根据S2所述状态信息质量的评价结果，对电气设备状态评估结果的可信性进行评价。

进一步，所述S1电气设备状态参量标准库是根据现有技术手段和管理水平，以及状态评估需要，分析电气设备状态评估所需状态信息的质量来建立的，包括信息参量的内容和实时性要求；对于类型相同，结构相似的设备，具有相同的状态参量标准库。

进一步，所述S2从完整性、实时性和准确性三方面评价状态信息质量是根据电气设备实际状态参量，与状态信息标准库的要求进行对比分析得出；具体方法如下：

1)计算信息数量完整性x₁；电气设备实际获取信息的总量与当前技术条件下期望获取状态信息的总量相比较得出；

2)计算信息获取实时性x₂；根据信息实际更新周期与期望更新周期之比，按照正态函数来描述信息的实时性；

T_j为某状态信息的数据更新周期，t_j为该状态信息的实际更新时间；可信度取值范围为[0,1]，设定实际更新周期为期望周期的两倍时，信息的可信度为0.9，由此可求得实时性评价公式为：

3)计算信息来源准确性x₃；电气设备状态信息分为实时监测信息和历史运行记录；

i、电气设备的状态监测信息的准确性数据，根据电气设备定检测试时统计获取；

监测信息来源准确性＝信息正确采样次数/信息总采样次数；

其中，电气设备在定检测试过程中，状态信息测试结果在电网规定的允许误差范围内，称为正确采样；信息正确采样次数为测试中符合正确采样的总次数；

ii、历史运行记录的准确性取值范围0.90-0.95；电力企业的管理水平由优到劣分为A-E五个等级，历史运行记录的准确性取值为：管理水平等级A、B、C、D、E分别对应准确性取值0.95、0.94、0.93、0.92、0.90。

更进一步，所述电气设备状态评估结果的可信性进行评价是基于电气设备单个信息的可信度评价结果，考虑不同信息对电气设备的影响程度不一，将两者进行加权求和得出；具体方法如下：

4)计算每个状态信息的可信度：α_j＝x₁·x₂·x₃ (4)

x₁、x₂、x₃分别为信息数量完整性、信息获取实时性以及信息来源准确性；

5)计算每个状态信息对电气设备的影响程度的重要度系数β_i：

其中i为重要度级；m_i为i级信息对应的比重，n_i为标准库中所有信息在该比重下信息的总数；m_i+1>m_i,i＝1,2,3；

6)计算电气设备状态评价结果的可信度：

n为电气设备信息标准库中信息总数，α_j为该电气设备每个状态信息的可信度，β_j为每个状态信息的重要度系数，根据各信息所处级别取对应的β_i。

具体实施时，如图1所示，一种电气设备状态评估结果可信性评价方法，包括以下步骤：

步骤1，根据现有技术手段和管理水平，以及状态评估需要，分析电气设备状态评估所需状态信息的质量，建立电气设备的状态参量标准库，包括信息参量的内容、实时性和准确性要求，对于结构相似的电气设备，应当有相同的标准库。

步骤1中，建立电气设备的状态参量标准库的具体操作方法如下：

步骤1.1，获取信息完整性要求。状态信息数量的完整性衡量电气设备应该参评的状态信息能否完全获取，状态参量的完整性定义为，在当前技术水平下，电气设备能够获取的与该电气设备状态直接或间接相关的全部状态信息。由于不同电气设备的监测技术和管理水平的差异，不同电气设备的状态信息在数量上有所区别。电气设备状态信息完整性要求是以电网企业的电气设备管理要求来确定的，电网企业中电气设备的状态评估相关规范，会对待评对象所需的状态信息进行规定，按照此规定即可获取信息完整性要求。

步骤1.2，获取信息实时性要求。状态信息实时性衡量电气设备状态信息能否实时的反映该设备的状态，电气设备状态信息参量包括历史运行记录信息和实时监测信息，不同类型的信息在实时性要求上又有所区别，一般来讲，监测信息的实时性要求比较高，历史运行记录的实时性要求较低。对于每一个状态信息都有自己的实时性要求。

信息的实时性采用信息刷新周期衡量，理论上是信息刷新周期越快信息实时性越好，而实际中频繁的进行信息刷新，对运维的经济性不宜，因此工程上多引入最优更新时间的概念，即同时考量经济性和实效性，达到两者最优，本实施例中信息更新周期以电网企业的电气设备管理要求为准。

步骤1.3，获取信息准确性要求。状态信息准确性用于衡量电气设备状态信息是否可靠。状态信息的准确无误是评价电气设备状态的基础，不精确甚至错误的状态信息参量必然造成状态评估结果的“失真”。历史运行记录信息的准确性反映了电网企业设备管理水平，而监测信息的准确性则主要由电气设备的配置和技术性能决定，不同类型的信息在准确性要求上也有所不同。在实际生产中，信息的准确度要求越高越好，因此确定状态参量标准库中信息的准确度应当为1。

步骤2，以步骤1确定的状态信息标准库为基准，根据电气设备当前状态信息的质量，对每个信息的完整性、实时性和准确性进行评价；

步骤2中，获取电气设备当前状态信息的质量指标具体方法如下：

步骤2.1，计算信息数量完整性x₁。电气设备状态信息数量的多少与其监测能力以及管理质量相关，电气设备监测能力增强、管理质量提高，其可获取的状态信息也会随之增多，而电气设备监测能力和管理质量的提升是一个逐渐发展的过程，状态信息的总量也会逐步增长。本实施例考虑的数量完整性，是电气设备实际获取信息的总量，与当前技术条件下期望获取状态信息的总量相比较而得来的。x₁取值为：

步骤2.2，计算信息获取实时性x₂。随着电气设备监测技术的发展，其监测能力进一步增加，实时监测信息数量逐渐增长，比起较长时间才获取的历史信息，通过监测在短时间内获取状态信息，更能反映设备的运行状态，评价结果的可信度更高。对状态信息的实时性评价，可根据信息实际更新周期与期望更新周期之比，实时性变化趋势如图2所示，本实施例按照正态函数来描述信息的实时性：

其中，T_j为某状态信息的数据更新周期，t_j为该状态信息的实际更新时间。可信度取值范围为[0,1]，设定实际更新周期为期望周期的两倍时，信息的可信度为0.9，即还处于工程上可信的范围，由此可求得实时性评价公式为：

对于不同类型的信息，更新周期不完全相同，对于监测信息实时性要求高，多为分钟级别，此类信息的更新周期与实际监测软件的设置有关，而对于历史运行记录实时性要求低，更新周期为月级别，此类信息的更新周期与运营单位的管理水平有关。

步骤2.3，计算信息来源准确性x₃。电气设备状态信息分为实时监测信息和历史运行记录两个部分。

(1)对于电气设备的状态监测信息，其准确性与监测仪表及通讯传输设备的可靠性相关，具体数据可根据电气设备定检测试时通过统计获取；

定义：监测信息来源准确性＝信息正确采样次数/信息总采样次数

其中，电气设备在定检测试过程中，状态信息测试结果在电网规定的允许误差范围内，称之为正确采样。信息的正确采样次数为测试中符合正确采样的总次数。

(2)历史运维记录的准确性与公司管理水平有关，其准确性取值根据企业资质评级确定，工程上可以接受置信度处于0.9-0.95间的数据，因此具体取值可按0.90-0.95之间适当选取。根据电网公司的管理考核相关规范，电力企业各单位的管理水平由优到劣被分为A-E五个等级，历史信息的准确度取值见表1：

表1 历史信息准确度确定方法

步骤3，根据步骤2求得状态信息质量的评价结果，对状态评估结果的可信性进行评价。

某一状态信息的可信度定义为：

α_j＝x₁·x₂·x₃ (4)

x₁、x₂、x₃分别对应上述信息完整性、实时性以及准确性。若缺失信息j，此时x₁＝0，α_j为0。

而对于不同的监测信息，由于其对电气设备的影响状态不同，因此对评价结果的影响程度也不尽相同，对于比较重要的状态信息可信度较低的情况下，对电气设备的状态评价影响较大，而对于不重要的状态信息，在可信度较差的情况下，对电气设备状态评估的影响不会很大。在求取电气设备评价结果的可信度时，应当充分考虑状态信息对电气设备状态的影响程度。本实施例引入重要度系数β_i衡量状态信息对电气设备的影响程度，其中i为重要度级。

按照信息对电气设备的影响程度，将信息标准库中所有的状态信息见表2的分级标准，划分为四个重要度级，并设定相应比重。设m_i为i级信息对应的比重，n_i为标准库中所有信息在该比重下信息的总数，则i级信息的重要度系数：

其中，m_i+1>m_i,i＝1,2,3。

表2 信息分级标准

则电气设备状态评价结果的可信度可按下式求得：

其中，n为电气设备信息标准库中信息总数，α_j为该电气设备每个状态信息的可信度，β_j为每个状态信息的重要度系数，根据各信息所处级别取对应的β_i。α取值为[0,1)，理想状态下，可信度接近于1，即该电气设备的状态信息完全可信。

综上所述，本实施例一种电气设备状态评估结果可信性评价方法，包括建立电气设备状态信息标准库，分析各个信息的完整性、实时性和准确性，评价电气设备状态评估结果的可信性。

以下通过三种类型的继电保护设备进行具体说明。传统保护继电器，以下称设备a，数字式继电保护，以下称设备b和新一代数字式继电保护，以下称设备c，其中设备a陈旧，其监测能力最差且管理水平也很差，相比而下，设备b的出现，保护设备的自检和通信能力为其提供监测能力的同时，也提升了管理能力，三种保护设备a、b、c的状态信息及其实时性见表3、表4、表5。

表3 设备a状态信息内容及实时性要求

表4 设备b状态信息内容及实时性要求

表5 设备c状态信息内容及实时性要求

1、根据现有技术手段和管理水平，以及状态评估需要，分析继电保护电气设备状态评估所需状态信息的质量，本实施例建立继电保护设备的状态参量标准库如下，包括信息参量的完整性、实时性和准确性要求。

1.1、确定信息标准库完整性要求。由于设备a与数字保护的结构不尽相同，因此其状态标准库也有所区别，而对于都是数字式保护的设备b、c，其标准库一致。根据《国家电网公司继电保护状态评价导则》的规定，确定设备a的标准库中包含30个信息，设备b、c的标准库包含45个信息，具体见表6。

1.2、确定信息标准库实时性要求。在1.1中确定的数字式继电保护的标准库中，前14个信息为历史运行记录，之后的为实时监测信息，对于不同类型的信息，更新周期不完全相同，监测信息实时性要求高，多为分钟级别，此类信息的更新周期要求与实际监测软件的设置有关，而对于历史运行记录实时性要求低，更新周期为月级别，此类信息的更新周期与运营单位的管理水平有关，最终信息的实时性要求根据企业管理规定确定实时性要求见表6。

1.3、确定信息标准库准确性要求。在工程上，信息的准确度要求越高越好，因此确定标准库中信息的准确性应当都定为1，在表6中不再列出。

表6 设备a、b、c的状态参量标准库

2、以1确定的状态信息标准库为基准，根据三种保护设备当前状态参量信息的质量，对其准确性、实时性和完整性进行评价；

2.1、计算信息数量完整性x₁。设备a有状态信息12个，全为历史信息。设备b有状态信息32个，其中历史信息14个，监测信息18个。设备c包含所有的状态信息，总计45个。按照式(1)取值标准进行评价，评价结果见表7。

2.2、计算信息获取实时性x₂。根据表4、5、6给出的保护设备状态信息更新周期，计算各信息的实时性，其中，仅设备a的部分信息与标准库不一致，其他信息的实时性均为1，保护设备的状态信息可信度评估结果见表7。以设备a中“家族缺陷”为例，其更新周期为3个月，标准库为1个月，按照式(3)实时性计算过程如下：

2.3、计算信息来源准确性x₃。三个保护设备a、b、c所处公司的管理水平为D、B、A，因此其中历史信息准确性分别为0.92、0.94和0.95，实时监测信息中根据定检测试求得各信息的准确性，由于信息数量较多，此处以“开入信息中断”为例说明，其他信息不再赘述。“开入信息中断”测试次数为100次，设备b测试中出现错误3次，设备a出现错误0次，因此两个设备在该信息下的来源准确性分别为0.97和1。准确性评估结果见表7。

表7 三种保护设备a、b、c状态信息可信度评估结果

3、根据2中所得的状态信息质量评价结果，按照式(4)对状态评估结果的可信性进行评价，求得各状态信息的可信度见表8。

表8 三种保护设备a、b、c的信息可信度

而对于不同的监测信息，由于其对保护设备的影响状态不同，因此对评价结果的影响程度也不尽相同，对于比较重要的状态信息可信度较低的情况下，对保护设备的状态评价影响较大，而对于不重要的状态信息，在可信度较差的情况下，对保护设备状态评估的影响也不会很大。在求取保护设备评价结果的可信度时，应当充分考虑状态信息对其状态的影响程度。故引入重要度系数β_i衡量状态信息对保护设备的影响程度。按表2的标准，将状态信息分为四个不同重要度级别，见表9，根据状态信息级别给定相应比重，本实施例中分别对4、3、2、1级信息给定比重为4、3、2、1。

表9 三种保护设备a、b、c各信息的重要度权重系数

然后按照式(5)求得各信息的重要度系数见表10。

表10 设备信息的重要度系数计算结果

则三种保护设备状态评价结果的可信度可按式(6)求得，结果见表11。

表11 三种保护设备评价结果的可信度

设备a的可信度仅为0.2920，这是由于设备a信息参量缺失严重，参评信息仅为历史记录，历史信息对设备状态的影响程度远不及实时监测信息，且这些数据的管理水平比较差；设备b的可信度为0.6906，这是由于设备b较标准库缺失了部分状态监测信息；而对于设备c信息参量较全，信息的准确性和实时性都较好，因此其可信度达到0.9715。

为了进一步说明本实施例在实际生产中的作用，现设定两种情况，对信息标准库相同的设备b和设备c分别进行评价。

情况1：编号为20的信息异常，其他信息良好。

情况2：编号为36的信息异常，其他信息良好。

本发明按照《国家电网公司继电保护设备状态评估导则》中提出的继电保护状态评价方法，对设备b和设备c的状态进行评估，评估结果为设备得分和状态级别，得分按百分制评估，分值越高状态越好，保护设备状态由好到次分为四个等级正常、注意、异常、严重，评估结果见表12。

表12 设备状态评估结果与可信度评价

对于情况1中设备a、b都有20号信息，最终评估的结果都为严重，仅在得分上存在一定差异，而对于情况2中，设备b没有36号状态信息，设备c有此监测信息，最终评价结果不同，设备b为正常状态，设备c为异常状态，实际生产中，30号信息“开出配置”出现问题，设备无法正常工作。因此设备c的评估结果更接近设备实际状态。反观设备的可信度，按照本实施例的评估结果，设备b的可信度为0.6906，小于设备c的可信度0.9715，说明设备c的评估结果更加可信，更接近于设备真实运行状态，与上述分析一致。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。