技术领域
[0001] 本发明属于变电站巡视领域，特别涉及一种基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法和系统。
相关背景技术
[0002] 变电站是电力系统中至关重要的组成部分，承担着电能转换、输送和配送的重要任务。然而，随着电力系统的不断发展和变化，变电站设备的运行状态和安全性也面临着日益复杂的挑战。为了确保变电站设备的正常运行和安全性，需要定期进行巡视检查，及时发现和解决潜在问题，保障电网的稳定运行。
[0003] 变电站中二次设备起着至关重要的作用，负责监测、控制和保护电力系统的正常运行。然而，由于变电站二次设备种类繁多、功能多样，传统的变电站巡视方案通常是基于固定的周期性巡视，而忽略了站内二次设备的必要性、风险程度等因素的差异。
具体实施方式
[0093] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0094] 本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0095] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法和系统，综合考虑各个二次设备的必要性、历史故障情况、运行环境等因素，为巡视人员提供合理、高效的巡视方案。通过对二次设备巡视必要性的评估，优先考虑对电力系统稳定运行影响较大的变电站，从而在有限的资源下制定最优的巡视方案，提升巡视的针对性和效率，实现提质增效，有助于及时发现和解决潜在的问题，保障电力系统的安全运行。
[0096] 本发明公开的基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法，包括以下步骤：
[0097] 步骤1：采集每个变电站的运营必要性信息、运营风险信息、故障信息、运行状态信息、设备冗余信息和技术更新信息，以构建变电站巡视指标集合。
[0098] 参见图1，综合数据集成模块用于采集、整合、处理来自各种源的数据，旨在确保系统获取的数据全面、准确、实时，为后续的分析和决策提供可靠的数据支持。采取网络安全措施，使用访问加密，独立部署与外网隔离，以防止数据泄露和未经授权的访问。处理运营数据时遵守数据隐私法规和标准。汇总变电站巡视相关的规章制度、条例规定，以作为数据采集和指标制定与计算的依据。收集每个变电站内各设备投运时间、历史维护记录、故障历史记录、维修响应时间等信息。实时监测变电站内二次设备数量、运行情况、现存缺陷、技术条件、安全和合规情况、地理情况与外部环境、设备冗余备用情况等。对收集的数据进行清洗，剔除无关、错误或重复的信息。将来自不同源的数据进行融合，确保数据的一致性和完整性。将数据转换成标准格式，便于处理和分析。
[0099] 首先预设设备重要度指数和设备故障程度指数。
[0100] 对于设备重要度指数，继电保护、交直流设备大于自动化设备，自动化设备大于辅助设备。三种类型设备的设备重要度指数ki分别为3、2、1，如表1所示：
[0101] 设备重要度指数 继电保护设备 自动化设备 辅助设备ki 3 2 1
[0102] 表1
[0103] 对于设备故障程度指数，根据国家电网公司规定，设备故障类型分为危急、严重、一般。三类故障的设备故障程度指数kf分别为3、2、1，如表2所示：
[0104] 设备故障程度指数 危急 严重 一般kf 3 2 1
[0105] 表2
[0106] 所述运营必要性信息综合考虑所属变电站在整个电力网络中的位置和作用，包括是主要节点还是次要节点，变电站供电的地理范围和用户数量，变电站的总变压器容量和输电能力，变电站供电的关键用户，变电站的地理位置、所处环境的脆弱性等多种因素，由专家对变电站必要性进行打分，范围从0‑2，2为最重要。
[0107] 所述运营风险信息用于评估设备是否符合当前的安全和合规标准，是否采用国产芯片，不符合标准的设备可能需要更高的优先级进行升级或更换。由专家对变电站安全和合规性进行打分，每个设备的安全和合规性从2到0打分，安全和合规性最佳(即巡视必要性最低)的为0。
[0108] 用单个设备的安全和合规性指数乘以设备重要度ki，再累加所有设备来计算全站的安全和合规性指标：
[0109] 变电站安全和合规性指数＝∑单个设备的安全和合规性*设备重要度ki[0110] 所述故障信息包括设备现存故障指数与历史故障指数。
[0111] 所述现存故障指数是累计所有设备现存所有故障和缺陷情况，计算现存故障设备故障程度指数乘以设备重要度指数，求和得到全站二次设备现存故障度：变电站现存故障指数＝∑现存故障设备故障程度指数kf×该设备重要度指数ki
[0112] 所述历史故障指数用于分析设备的历史故障记录，包括三年内故障次数和故障类型。累计变电站内所有设备的故障历史记录，计算历史故障设备故障程度指数乘以设备重要度指数，求和得到全站二次设备历史故障度：
[0113] 变电站历史故障指数＝∑历史故障设备故障程度指数kf×该设备重要度指数ki[0114] 所述运行状态信息包括环境适应度和设备寿命指数。环境适应度考虑设备运行的环境因素，如温度、湿度、污染等对设备性能的影响。对设备的环境适应性进行评级，考虑制造商的设计标准和实际运行条件。
[0115] 从0到2的评级，2表示适应性差，0表示适应性强。变电站环境适应度计算公式如下：
[0116] 变电站环境适应度＝∑单个设备的适应度*设备重要度指数ki。
[0117] 设备寿命指数考虑设备的使用年限，老化设备可能需要更频繁的维护和更早的更换。单个设备寿命指数＝已使用年限/设计寿命，设备寿命指数计算公式如下：
[0118] 变电站二次设备寿命指数＝∑单个设备的寿命指数*设备重要度指数ki[0119] 所述设备冗余信息为设备冗余和备用比率，用于评估设备是否具有冗余或备用设施，冗余度高的设备具有较低的巡视必要性：
[0120] 二次设备冗余和备用比率＝1‑冗余和备用设备数/总设备数
[0121] 所述技术更新信息为技术更新和淘汰风险指数，用于考虑技术进步对设备的影响，评估设备面临的技术淘汰风险。综合考虑确定设备所使用技术当前处于其寿命周期的哪个阶段(如引入、成长、成熟或衰退)、评估现有设备与新兴技术(如新软件、硬件标准)的兼容性、比较设备的性能参数(如效率、速度、容量)与行业当前标准或最新设备的性能差距。
[0122] 从0到2的评级，2表示技术更新和淘汰风险高，0表示技术更新和淘汰风险低：
[0123] 技术更新和淘汰风险指数＝
[0124] ∑单个设备技术更新和淘汰风险指数×设备重要度指数ki。
[0125] 步骤2：对所述变电站巡视指标集合进行标准化处理，利用BWM分析法确定所述变电站巡视指标集合中每个指标的主观影响权重，并利用CRITIC分析法确定所述变电站巡视指标集合中每个指标的客观影响权重。
[0126] 具体地，步骤2进一步包括：
[0127] 步骤2.1：建立原始评估指标矩阵X＝(xij)m×n。其中，xij为第i个变电站第j个评估指标的实测值或评分值，m为待评估的变电站数量，n为评估指标数量，本实施例中n为8。
[0128] 将原始评估指标矩阵X中的元素，根据下式进行标准化处理，得到标准化矩阵X*＝*(xij)m×n，其中：
[0129]
[0130] 式中： 为评估指标j的平均值，sj为评估指标j的均方差。
[0131]
[0132] 步骤2.2：基于BWM方法确定每个指标的主观影响权重。
[0133] BWM方法赋权过程中相对于其他主观赋权方法数据大大简化，为最终赋权结果的准确性提供了保障。基于BWM法针对所选指标确定权重的过程如下：
[0134] 步骤2.21：从n个指标中选择最重要指标CB和最不重要指标Cw，运用1～9数字标度比较显示CB对于其他指标、其他指标对于Cw的相对重要程度，进而得到判断向量AB＝(aB1，TaB2，aB3，…aBn)与Aw＝(a1w，a2w，a3w，…anw) 。
[0135] 其中，aBi代表最重要指标CB相对于其他指标Ci的相对重要程度，aiw代表其他指标Ci相对于最不重要指标Cw的相对重要程度。
[0136] 步骤2.22：基于所述判断向量进行初步一致性检验。
[0137] 理论上，步骤1中所得判断向量应满足aBj×ajw＝aBw，故可据此进行初步一次性检验。如果aBj×ajw结果与aBw的值相等或者相差很少，则判断向量通过一致性检验，反之则需要重新构造判断向量。
[0138] 步骤2.23：通过构建非线性规划模型来完成最优权重的计算，目标函数和约束条件如下：
[0139] minξ*≥0
[0140] Wj≥0
[0141]
[0142]
[0143] ∑Wj＝1
[0144] 根据以上目标函数和约束条件求得最优权重值Wj和一致性指标值ξ*。
[0145] 步骤2.24：通过计算一致性比率 进行最终一次性检验，其中maxξ从[0146] 表3获得：
[0147] aBw 1 2 3 4 5 6 7 8 9maxξ 0.00 0.44 1.00 1.63 2.30 3.00 3.73 4.47 5.23
[0148] 表3
[0149] 步骤2.3基于CRITIC方法确定每个指标的主观影响权重。
[0150] 主观赋权法其结果受人为因素的影响较大。为了减少评估指标权重确定的工作量，并增加评估指标权重系数的客观性，本发明采用经相关系数改进的CRITIC法来确定评估每个指标的权重系数，其主要步骤如下：
[0151] 定义vj为各评估指标的相关系数：
[0152]
[0153] 利用标准化矩阵X*，计算各评估指标之间的Pearson相关系数，即指标之间的协方差和标准差的商，并构造相关系数矩阵R＝(rkj)n×n(k＝1,2,…8；j＝1,2,…8)，再由矩阵R计算各评估指标的独立性系数ηj：
[0154]
[0155] 根据各评估指标的相关系数和独立性系数计算各评估指标的必要性系数Cj：
[0156]
[0157] 上式表明Cj值越大，评估指标j在评估指标体系中越处于中心地位，其必要性越高，应赋予其较大的权重。因此计算第j个评估指标的权重Wj：
[0158]
[0159] 步骤3：根据博弈理论将所述主观影响权重和所述客观影响权重进行组合，得到每个指标的组合权重。
[0160] 借鉴博弈论思想，将主、客观权重视为非合作博弈中的决策主体，双方在不断冲突中寻找利益平衡点，实现最优的权重组合，从而使指标赋权更加科学合理。具体过程如下：
[0161] 将通过BWM法和改进CRITIC法得到的指标权重分别记为w1＝(w11，w12，...，w1n)和w2＝(w21，w22，...，w2n)，再由w1和w2的线性组合构造初始组合权重，公式为[0162]
[0163] 式中：α1和α2分别为主、客观权重的组合系数。
[0164] 根据博弈论原理求解Nash均衡点，即在不同权重之间寻找平衡，极小化初始组合权重和主、客观权重之间的偏差，其目标函数和约束条件为：
[0165]
[0166]
[0167] 通过求解该模型，获得综合考虑主观人为因素和客观数据规律的最优组合权重。该问题为求解等式约束条件下的极小值，构造拉格朗日函数，其中λ为惩罚因子：
[0168]
[0169] 根据微分原理，上式最优一阶导数条件为：
[0170]
[0171] 对应的线性方程组为
[0172]
[0173] 求得组合系数α1、α2，并进行归一化处理：
[0174]
[0175] 最终的组合权重为
[0176]
[0177] 步骤4：基于所述组合权重，利用灰色关联法和TOPSIS决策算法对多个变电站的巡视必要性进行综合评价，得到巡视必要性评价结果。
[0178] TOPSIS法是基于对变电站与最优方案接近程度进行排序的多目标决策方法，即对变电站的相对优劣进行判断。灰色关联法(GRA)的核心是用灰色关联度来描述评价指标之间的强弱、大小和次序。GRA‑TOPSIS法可以更系统、更确切地体现备选方案与理想方案之间的接近程度，为最终决策提供依据。具体步骤如下：
[0179] 步骤4.1：消除所述指标数据的量纲，进行标准化处理，得到标准化矩阵：
[0180]
[0181] 式中：Rij为第i个变电站的第j个指标的标准值；xij是第i个变电站的第j个指标的原始值。
[0182] 步骤4.2：将博弈论组合赋权得到的n行1列权重矩阵与标准化矩阵R相乘，计算得+ ‑到标准化矩阵V，并计算出正理想解V和副理想解V。
[0183]
[0184] vj+和vj‑为第j项指标在各个变电站中的最优值和最差值。
[0185] 步骤4.3：计算变电站到正理想解和副理想解的距离：
[0186]
[0187] di+和di‑分别为第i个变电站到正理想解、副理想解的欧氏距离。
[0188] 步骤4.4：根据灰色关联法的趋同性或趋异性，通过关联度描述各变电站的发展趋+ ‑势。计算第i个变电站第j个指标的灰色关联度系数ζi(j) 、ζi(j) 。
[0189]
[0190] i为变电站数量；j为指标量；λ为分辨系数，取0.5，maxn、minn分别为对维度n计算最大值和最小值，maxm、minm分别为对维度m计算最大值和最小值。
[0191] 步骤4.5：计算关联度：
[0192]
[0193] 步骤4.6：计算灰色距离Ti+、Ti‑和综合贴近度Ci。
[0194]
[0195]
[0196]
[0197]
[0198] a、b为评价者对变电站位置的偏好值，满足a+b＝1。优选地，a取0.5，b取0.5。综合贴近度表示变电站在位置和动态变化上与最优值的贴近程度，综合贴近度越大，则变电站越优。
[0199] 下文以一个具体示例来说明本发明的方法。选择某地区电网10座110kV变电站进行巡视必要性评价。待评价变电站10座，评价指标8个，指标原始计算值如下：
[0200]
[0201] 表4
[0202] 利用BWM法计算主观权重，结果如下：
[0203]
[0204] 利用改进CRITIC计算客观权重，结果如下：
[0205]
[0206]
[0207] 表5运用博弈论计算组合权重，结果如下：
[0208]
[0209] 表6
[0210] 运用GRA‑TOPSIS进行综合评价，得到变电站巡视必要性排序。计算各变电站相对贴近度：
[0211]变电站 S_positive
变电站1 0.4008
变电站2 0.4432
变电站3 0.3457
变电站4 0.6012
变电站5 0.5678
变电站6 0.4910
变电站7 0.3254
变电站8 0.4758
变电站9 0.3703
变电站10 0.3179
[0212] 表7变电站综合评价排序结果如下：
[0213]
[0214]
[0215] 表8
[0216] 根据评价结果可知，变电站4、5、6巡视必要性较高，需要优先安排巡视，加大重视程度，建议每月至少巡视一次，加快缺陷处理与设备改造；变电站8、2、1、9巡视必要性中等，可考虑每季度巡视一次；变电站7、10巡视必要性较低，可考虑每季度巡视一次。
[0217] 步骤5：基于所述巡视必要性评价结果和可用巡视资源生成巡视方案，并根据所述巡视方案的执行效果对所述巡视方案进行优化。
[0218] 具体地，所述生成巡视方案具体包括：
[0219] 步骤5.1确定巡视类型。包括综合巡视和专项巡视。综合巡视用于对变电站全部二次设备进行巡视。专项巡视对变电站二次系统进行专项巡视，例如对于继电保护类\自动化\网络安全设备进行专项巡视、对老旧设备进行巡视、对故障情况进行巡视等等。
[0220] 步骤5.2：确定巡视频率。每季度对变电站巡视必要性进行综合评价，对变电站巡视必要性进行排序。高必要性的变电站应该更频繁地进行巡视。同时考虑其他因素：如特殊保电任务、技术示范点等其他因素。高必要性(排名前30％)每月至少巡视一次；中等必要性(排名30％‑80％)每季度至少巡视一次；低必要性(后20％)：至少每半年巡视一次。
[0221] 步骤5.3计算总巡视时间需求。人员能力系数根据人员技术水平进行量化，波动范围在0至1之间，1为能力最强，0为能力最弱。根据巡视任务的复杂性和安全要求分配所需人员。
[0222] 计算每个变电站所需的巡视时间，计算公式：
[0223] T基本＝N设备×T单个/(巡视人数*能力系数)+T交通+T额外
[0224] N设备＝变电站内需巡视的设备数量。T单个＝对单个设备进行巡视所需的平均时间，包括记录时间。T交通＝路上的时间。T额外＝包括休息的时间等额外时间。
[0225] 对所有变电站的巡视时间进行汇总，以确定每天、每周或每月的总巡视时间。
[0226] 步骤5.4：根据地理位置规划最有效的巡视路线，减少移动时间。考虑紧急情况和临时任务的灵活性。
[0227] 步骤5.5：计算额外因素，包括考虑天气和季节变化对巡视计划的影响，如恶劣天气可能需要更频繁的检查。将设备维护和升级计划纳入巡视计划中，以确保设备的最佳性能。
[0228] 步骤5.6：使用数据库或管理软件跟踪巡视记录和结果。使用自动化工具和技术，如无人机、机器人巡视，来提高效率。
[0229] 步骤5.7：创建详细的巡视计划，包括每个变电站的巡视日期、巡视耗时、巡视路线、巡视人员。
[0230] 通过以上步骤，可以制定出一个既考虑每个变电站必要性，又有效分配时间和资源的巡视方案。
[0231] 步骤5.8巡视方案执行效果包括巡视完成度、缺陷发现率和巡视覆盖率。巡视完成度用于检查巡视人员提交的巡视报告，包括巡视路线、检查的设备、发现的问题等。确认所有计划的检查点都已覆盖，所有的问题都得到了适当的记录和响应。缺陷发现率用于巡视发现的潜在或实际缺陷和总缺陷的比率。高缺陷发现率表明巡视工作能有效识别和预防问题。巡视覆盖率是成功检查的设备或区域与计划检查总数的比率。高覆盖率确保了所有关键设备和变电站都得到了适当的检查。
[0232] 根据巡视方案执行效果对上述巡视方案制定全流程进行改进与优化。
[0233] 本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提供了一种基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法和系统，综合考虑各个二次设备的必要性、历史故障情况、运行环境等因素，为巡视人员提供合理、高效的巡视方案。通过对二次设备巡视必要性的评估，优先考虑对电力系统稳定运行影响较大的变电站，从而在有限的资源下制定最优的巡视方案，提升巡视的针对性和效率，实现提质增效，有助于及时发现和解决潜在的问题，保障电力系统的安全运行。
[0234] 本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。本发明同时公开了一种基于前述的基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法的基于必要性评估的变电站巡视方案生成系统，包括：
[0235] 综合数据集成模块，用于采集每个变电站的运营必要性信息、运营风险信息、故障信息、运行状态信息、设备冗余信息和技术更新信息，以构建变电站巡视指标集合；
[0236] 巡视必要性评估指标计算模块，用于对所述变电站巡视指标集合进行标准化处理，利用BWM分析法确定所述变电站巡视指标集合中每个指标的主观影响权重，并利用CRITIC分析法确定所述变电站巡视指标集合中每个指标的客观影响权重；根据博弈理论将所述主观影响权重和所述客观影响权重进行组合，得到每个指标的组合权重；
[0237] 巡视必要性综合评价模块，用于基于所述组合权重，利用灰色关联法和TOPSIS决策算法对多个变电站的巡视必要性进行综合评价，得到巡视必要性评价结果；
[0238] 巡视方案生成优化模块，用于基于所述巡视必要性评价结果和可用巡视资源生成巡视方案，根据所述巡视方案的执行效果对所述巡视方案进行优化。
[0239] 基于本发明的精神，本领域技术人员能够容易想到基于前述基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法可以得到一种计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。即本申请还包括一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述基于必要性评估的变电站巡视方案生成方法的步骤。
[0240] 计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是‑但不限于‑电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD‑ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0241] 这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0242] 用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言‑诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言‑诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络‑包括局域网(LAN)或广域网(WAN)‑连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
[0243] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
