一种继电保护测试性评估指标体系的评估方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种继电保护测试性评估指标体系的评估方法。

背景技术：

当前我国电网具有复杂互联的网架结构和交直流混联的特点，超级互联的电网给人们带来巨大利益的同时，也给电网的运行、维护带来了巨大挑战。继电保护是电力系统安全保障的第一道防线，继电保护能否正常工作，对电力系统运行有重大的影响。在大型互联电网中，局部事故可能引发整个系统的大面积停电，并且随着电力系统规模的扩大，事故发生的概率也会增加。当电网发生故障时，如果继电保护装置不能正确动作，不仅会使电力系统的故障扩大，甚至可能因不良的连锁反应而造成整个电网崩溃，导致大面积停电，给人们的正常生活、经济发展及社会稳定带来严重影响，作为继电保护评估中的基本因素和评价继电保护的重要依据，评估指标是研究的重点之一。

继电保护系统在保护电力系统安全、稳定运行方面起着至关重要的作用，随着电网的迅速发展，输变电设备被大规模地运用，各类继电保护装置也大量涌现，为了突破传统的根据功能模块单独整定和单独试验的测试模式，继电保护自动检测系统的应用能极大地提高工作效率；同时随着新型继电保护装置的应用，基于计算机的微机保护的自动化测试技术已经成为了继电保护测试过程中不可或缺的一部分。测试性指的是产品能够及时准确的确定其状态(可工作，不可工作或性能下降程度)并隔离其内部故障的一种设计特性，若不科学划分继电保护测试性指标框架并在此基础上进行进一步研究，就无法全面而准确的评价继电保护，因此有必要提出一种继电保护测试性评估指标体系，并基于这一指标体系进行评估方法的研究。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种继电保护测试性评估指标体系的评估方法，该方法提出了一套全面的测试性评估指标体系，通过该体系的建立可以为继电保护装置的维护提供测试性维度内保护的支持，适用于继电保护维护、管理、研发等各个阶段的评估。

一种继电保护测试性评估指标体系的评估方法，所述方法包括：

步骤1、划分继电保护测试性评估指标体系；

步骤2、根据工程实际选取特定的评估指标作为底层指标；

步骤3、为所述底层指标按重要性进行赋权；

步骤4、根据指定地区实际电网的运行数据确定所述底层指标的实测值，查找相关参考资料确定所述底层指标的标准值；

步骤5、将所述实测值和所述标准值进行对比，将所述底层指标的实测值转化为评分值，再结合所述步骤3的赋权结果获得继电保护测试性维度下的指标值。

在所述步骤1中，所划分出的继电保护测试性评估指标包括两类二级指标：

保护系统性能检测指标和保护系统故障预警指标。

所述保护系统性能检测指标包括：故障检测率和平均故障检测时间；

所述保护系统故障预警指标包括：虚警率、平均虚警间隔时间、故障预警率和平均故障预警闭锁时间。

在所述步骤2中，所选取的底层指标包括：

故障检测率和虚警率。

在所述步骤3中，所述为底层指标按重要性进行赋权的过程具体为：

选用改进熵值法和G1法，结合两者计算的结果得到综合权重，为底层指标进行赋权。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法提出了一套全面的测试性评估指标体系，通过该体系的建立可以为继电保护装置的维护提供测试性维度内保护的支持，适用于继电保护维护、管理、研发等各个阶段的评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供继电保护测试性评估指标体系的评估方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述继电保护测试性指标划分的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供继电保护测试性评估指标体系的评估方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、划分继电保护测试性评估指标体系；

测试性是继电保护的一种设计特性，是设计时赋予的一种固有属性，是保护为故障诊断提供方便的特性，如机内测试，性能检测，状态检测和外部测试设备兼容，便于用自动测试设备进行测试或人工测试等，测试性的设计是为了提高产品自诊断和外部诊断的能力，能方便有效地确定产品状态和隔离故障。

在该步骤中，所划分出的继电保护测试性评估指标包括两类二级指标：

保护系统性能检测指标和保护系统故障预警指标。

如图2所示为本发明实施例所述继电保护测试性指标划分的示意图，参考图2：保护系统性能检测指标包括故障检测率和平均故障检测时间等指标，这类指标对评价这套保护系统的自诊断和外部诊断性能具有重要意义，更高标准的测试性不仅要求明确测试对象和测试方法，还应明确是规定值还是最低可接受值。

保护系统故障预警指标包括虚警率、平均虚警间隔时间、故障预警率和平均故障预警闭锁时间等。保护系统的故障预警指标是指保护系统自检检测出系统本身的故障并且发出告警信号的指标，该指标反映出了自检检测出的保护系统性能和状态的一种检测，此类指标虽然在当前继电保护中应用不多，但是在未来随着电网越来越复杂，电网相关的保护也会更加复杂，对测试性范畴内的虚警率、故障预警等指标会要求的更加精细和准确。

具体实现中，上述测试性指标的定义及计算方法如下：

(1)故障检测率(FDR)：用规定的方法正确检测到的故障数与故障总数之比。

(2)平均故障检测时间(T_FD)：

(3)故障预警率(FIR)：用规定的方法将检测到的故障正确预警，并闭锁到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比。

(4)虚警率(FAR)：在规定的时间内发生的虚警数与同一时间内的故障指示总数之比。

(5)平均虚警间隔时间(MTBFA)：系统运行总时间与在此时间内发生的虚警总次数之比；

其中：N为故障总数；N_D为用规定的方法正确检测到的故障数；N_IL为用规定的方法检测到的故障正确预警并闭锁到不大于规定模糊度的故障数；N_FA为虚警次数；N_ID为报警总次数；T为系统累计工作时间；λ_D为被检测出的故障模式的总故障率；λ为所有故障模式的总故障率；λ_i为第i个故障模式的故障率；λ_Di为第i个被检测出故障模式的总故障率；λ_IL为用规定的方法检测到的故障正确预警并闭锁到不大于规定模糊度的故障率；λ_ILi为第i个故障模式用规定的方法检测到的故障正确预警并闭锁到不大于规定模糊度的故障率；λ_FA虚警发生的频率。

(6)平均故障预警闭锁时间(T_FI)：

式中：t_FDi为对第i次故障的检测时间；t_Li为对第i次故障的预警闭锁时间。

步骤2、根据工程实际选取特定的评估指标作为底层指标；

在该步骤中，根据当前工程实际所选取的底层指标包括：故障检测率和虚警率。

上述底层指标的选取可以根据实际需要进行变更，以增加其灵活性。

步骤3、为所述底层指标按重要性进行赋权；

在该步骤中，可以选用改进熵值法和G1法，结合两者计算的结果得到综合权重，为底层指标进行赋权。

下面以具体的实例对上述赋权过程进行详细说明：

首先选用改进熵值法，改进熵值法的计算假设评价指标集共有m个因素，让n个专家对每个因素进行赋权重，那么得到权重矩阵F：

r_ij表示第j个专家对第i个指标的赋权值，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n先对每一列的权值进行求熵运算称为列熵，也就是求某位专家对m个指标赋予的权值的熵值,且列熵的公式为：

H_j表示的是第j个专家对m个指标赋予的权值的熵值。当列熵值越大表示这个专家提供权重所带来的效用值小，应舍弃；为此需设定一个阈值，舍弃大于这个阈值的专家赋予权值，根据专家经验舍去列熵最大的那个值。假设舍弃了大于阈值的专家赋予的权值，还有q个专家赋予的权值，据此重新构建权重矩阵F'：

再求这个矩阵的每一行的熵值，也就是q个专家对某个指标的赋权的权值的熵值，称为行熵，求取行熵之前先对F'的每一行的权值进行归一化：

使得其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…q。据此可以得到行熵H_i：

当H_i越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以H_i越大表示指标i的重要性越大。求取第i行的标准差:

其中若σ_i的值越大代表这些专家对于同一个指标的分歧较大，则该指标的权重可能不准确，故应降低该指标的权重。根据标准差σ_i和行熵H_i，得到最终的指标权值应为：

其中u_i是指标q个专家对指标i的均值。

进一步的，G1法的计算让专家根据继电保护装置评估准则对指标因素集{x₁,x₂,…x_m}按照重要性排序，首先让专家在指标集{x₁,x₂,…x_m}选出认为是最重要的一个指标记为x₁^*，再继续在余下的m-1个指标中，选出认为是最重要的一个指标记为x₂^*，以此类推，经过m-1次的挑选，最终剩下的评价指标记为这样就唯一确定了一个序关系：

设专家关于评价指标与的重要性程度之比的理性判断如表1所示：

表1赋值参考表

其中：

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

通过上述(15)，(16)可以得到最终的值。

上述改进熵值法得到权重为w_i和G1法得到权重v_i(i＝k＝m,m-1,…3,2)，然后组合两种权重得到综合权重采用如下公式：

其中A_i就是两种权重组合之后指标i的权重，得到组合的权重之后，当某个指标的实测值超出正常范围时候，组合权重已经无法准确反应出其在评估体系中的重要性，需对其进行变权重得到合适权重，当实测值超过正常范围的上限，那么变权重的公式为：

当实测值低于正常范围的下限则变权重公式为：

其中A_i'(i＝1,2,…m)是指标i的变权重，u_min和u_max分别是指标i的最小值和最大值u_i是实际测量值，最后将得到变权重和组合权重进行归一化就可以得到最终各个指标的权重：

或者：

当指标i是异常指标时候采用(20),当i是正常指标时候采用(21)。A代表综合权重的指标和，A’代表异常指标的变权重之和。

通过上述处理，就可以让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到所评估维度内的评分：

p＝T₁s₁+T₂s₂+…+T_ms_m (22)

P是所评分维度内的评分值，s_i(i＝1,2,…m)是专家对指标i评估分值。

步骤4、根据指定地区实际电网的运行数据确定所述底层指标的实测值，查找相关参考资料确定所述底层指标的标准值；

举例来说，基于继电保护测试性评估指标体系，A地区电网保护测试性维度指标评估中维度下选取的典型底层指标、根据相关资料确定的标准值范围、该指标的实测值如下表2所示：

表2

步骤5、将所述实测值和所述标准值进行对比，将所述底层指标的实测值转化为评分值，再结合所述步骤3的赋权结果获得继电保护测试性维度下的指标值。

这里再结合实际对该过程进行举例说明，拟选取A、B地区电网继电保护装置作为对比分析计算的实例：

首先利用改进熵值法计算权重，根据表2所示的参考数据，得到指标评分值如下表3所示：

表3 测试性底层指标评分值

进而得到指标数m为5，专家n为5，权重矩阵F为：

由式(8)得到5个专家的列熵后舍弃最大的，重新构造的权重矩阵F':

当行熵Hi越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较

高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以Hi越大表示指标i的重要性越大。

由式(11)，(12)，(13)可得行熵H_i、标准差σ_i、均值u_i、指标权重w_i如表4所示：

表4 改进熵值法维修性指标计算结果表

然后利用G1法计算权重：

已知这5个指标{x₁＝故障检测率，x₂＝虚警率，x₃＝平均故障检测时间，x₄＝故障预警率，x₅＝平均故障预警闭锁时间}；让专家根据经验按照顺序从大到小列出这5个指标：{x₄≥x₁≥x₂≥x₅≥x₃}；重新表示为：那么r_k^*的值可以让专家根据表1进行理性判断:

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

表5 G1法计算指标的权重值

进一步，在进行综合权重计算：

改进的熵值法的得到权重为w_i和G1法得到权重v_k(i＝k＝m,m-1,…3,2)，组合两种权重得到综合权重采用式(17)得综合权重：

A₁＝0.2618,A₂＝0.1712,A₃＝0.1334,A₄＝0.2182,A₅＝0.2154。

在进行测试性维度评分计算，具体是让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到最终测试性维度的评分：

p＝T₁s₁+T₂s₂+…+T_ms_m；

p是测试性维度的评分，s_i(i＝1,2,…m)是专家对指标i评估分值，计算最后的评估的分值P＝88.923；

同理可得B电网保护测试性维度评估分析结果：

表6 B电网保护测试性底层指标评分值

按照上述处理方法得到最后的评估分值P＝93.923。

综上所述，本发明实施例所提供的方法具有如下优点：

1、本发明实施例所述方法提出了一套全面的测试性评估指标体系，通过这一体系的建立可以为继电保护装置的维护管理研发人员提供测试性维度内保护的运行分析思路；

2、由于底层指标的选取依据所处维护、管理、研发等阶段会体现出不同，本发明实施例所述方法考虑了底层指标重要性不同的问题，并在此基础上使用了改进熵值法和G1法综合赋权的办法，使得到的结果更加可信，而且这种处理思路具有灵活性，适用于继电保护维护、管理、研发等各个阶段的评估。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。