海上平台电气监测标杆设备选择方法与流程

1.本发明涉及变压器和海底电缆领域，尤其针对海上平台变压器，海缆设备的标杆选择。


背景技术：

2.在石油的开采过程中，电气设备是必不可少的关键设备。变压器和海底电缆分别作为变换交流电压和海底电力传输或海底通信的设备，在海洋石油开采中发挥着重要作用设备。随着我国石油产业规模日益庞大，在石油开采中使用到变压器，海缆等设备越来越多，是保障正常生产，确保开采质量的基础，设备的工作状态对于石油开采效率有极大的影响。同时由于使用年限，工作环境等因素，每台设备的工作性能参差不齐。因此根据工作属性参数对设备的工作状态进行分析，选出性能最好的设备为标杆设备，便于后续同其他设备进行比较，分析出差异性，找出其他设备存在的不足。
3.变压器是一种在交流电路中常见的设备，可以升高电压将电能输送到用电地区，同时也可以把电压降为各级使用电压，以满足用电需要。在石油开发中需要消耗大量能源，需要电网源源不断地为平台提供电力，变压器在其中扮演者重要作用。变压器的性能容易受到水分，温度，杂质和气体的影响，这些因素对变压器的工作性能不同程度的影响。在海洋油气开发过程中，由于海上平台远离陆地，电力和通信通常由海底电缆进行传输。海缆的工作环境复杂，存在众多不确定性，比如海水，海底生物，人为捕捞和船锚，同样会对海缆的工作状态造成不同程度的影响。在海洋油气开采过程中，设备监测器每时每刻对设备的工作参数进行采集。利用已有的大量设备监测数据，快速而准确地选择出标杆设备，对于保证海上油田正常，高效地运行具有重要意义。
4.目前国内外对标杆设备选择的研究较少，并且都还没有应用到石油开采领域。所提出的方法都是基于聚类算法进行选择，如[1]张静,杨天剑. 基于聚类算法的通信基站能耗标杆建立与分析[j]. 移动通信, 2015,39(18): 92
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96.利用了大数据分布，将不同类的样本聚成不同的簇，可以得到每一类的标杆。但仅利用聚类算法，标杆选择结果的准确性得不到保证，而且聚类是一种无监督学习，样本没有标签，最后选出的标杆设备并不知道是哪一类别。


技术实现要素：

[0005]
为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种电气设备的标杆设备选择方法。标杆设备的选择是一种决策分析，首先建立层次分析结构，用决策者（即专家）的经验判定衡量变压器的各个指标对于标杆设备选择的重要程度，计算出每台变压器的打分情况，确定优先次序。解决了多目标复杂问题的定性和定量的决策分析。标杆设备选择最终作出决策依赖于专家赋权，对于海缆和变压器设备，首先由专家针对设备的不同属性根据影响设备性能的重要性进行打分赋权。根据不同因素的权重对个设备进行排序，最终选取分数最好的为标杆设备。
[0006]
本发明提出的标杆设备选择方法具体步骤如下：1.参数采集：在数据库中读取来自各监测点对设备采集的属性参数。变压器的电压，电流，功率，绕组温度和铁心接地电流。海缆的电压，电流，光纤温度，缆芯温度和扰动能量。并作数据预处理，如异常值处理，缺失值填补。
[0007]
2.专家赋权：对于变压器和海缆设备，专家根据经验为各属性对于标杆设备选择的重要性进行赋权，并将权重保存到数据库中。。
[0008]
3.层次分析决策：包括为变压器和海缆分别建立层次结构模型，构造判断矩阵，层次单排序及其一致性检验和层次总排序及其一致性检验。
[0009]
3.1.为变压器和海缆分别建立层次结构模型：建立层次结构模型需要将决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对象按他们之间的相互关系分成最高层、中间层和最低层，绘制层次结构图。如图2和图3所示，在本发明中，最高层即目标层，是选择标杆设备。中间层即准则层，是设备的各参数。最低层即方案层，是备选的变压器或海缆设备。
[0010]
3.2.构造判断矩阵：根据中专家赋权结果，构造判断矩阵。比较不同参数的权重时，不是将所有参数放在一起比较，而是两两相互比较。对此采用相对标度，以尽可能减少性质不同参数相互比较的困难，提高准确度。判断矩阵是表示本层所有参数针对上一层某一个因素的相对重要性的比较。对于变压器和海缆设备，根据专家赋权结果，按照表1的方法分别构造判断矩阵。判断矩阵的形状为，为设备的参数个数。在矩阵中，成对比较矩阵的元素表示的是第个参数相对于第个参数的比较结果，判断矩阵的标度方法如表1所示。
[0011]
3.3.层次单排序及其一致性检验：包括层次单排序和一致性检验。首先计算得同一层次参数对于上一层某参数相对重要性的排序权值，能否确认层次单排序，需要进行一致性检验。
[0012]
3.3.1.层次单排序：对应于判断矩阵最大特征根的特征向量，经归一化（使向量中各元素之和为1）后记为。的元素为同一层次元素对于上一层某元素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。
[0013]
3.3.2.一致性检验。是指对成对比较矩阵确定不一致的允许范围；定义：一致性指标：，，有完全的一致性；接近于0，有满意的一致性；越大，不一致性越严重。
[0014]
为了衡量的大小，引入随机一致性指标，随机构造500个成对比较矩阵
，可以得到一致性指标。。
[0015]
定义：层次单排序的一致性比率：，一般情况下，当时，认为的不一致程度在容许的范围之内，有满意的一致性。由表2所统计出的指标和计算出的值，可以计算出一致性比率，当小于0.1时，一致性检验通过，可用其归一化特征向量作为权向量，否则需要重新构造判断矩阵，对加以调整。
[0016]
3.4.层次总排序及其一致性检验：计算某一层次所有因素对于最高层（决策层，标杆设备）相对重要性的权值，称为层次总排序，这一过程是从最高层次到最低层次依次进行的。a层（中间层，设备的参数）个因素对总目标（最高层）的排序为，其中，为设备参数的个数。b层（最低层，备选的变压器或海缆设备）个因素对上层a中因素为的层次单排序为，其中，为备选的变压器或海缆设备的个数。b层的层次总排序（即第个设备对于选择标杆设备的权值为）为：）为：
…
定义：层次总排序的一致性比率：当时，认为层次总排序通过一致性检验。至此根据方案层的层次总排序的结果选出标杆设备，最后的输出为一个归一化的权重。为更方便地表示，将输出的结果百分化处理，将标杆设备认为是100分，其余设备的分数按照与标杆设备的比例转成百分制，如图4所示。最后的结果输出到数据库中。
[0017]
与现有技术相比，本发明的有益效果（1）本发明对标杆设备的选择不仅仅依赖于数据的内部性质，还取决于专家对权重的赋值，提高了结果的准确性。
[0018]
（2）本发明仅需要专家针对每种设备为属性权重进行赋值，后续的过程中无需再设置超参数，过程简单。
[0019]
（3）本发明不需要大量的实验，所需的属性数据由监测器采集得到。
附图说明
[0020]
图1为本发明流程图图2为变压器层次分析法的框图
图3为海缆层次分析法的框图图4为层次分析法做标杆设备的选择结果。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施案列仅用以解释本发明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以依据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
[0022]
结合实例，本发明具体步骤如下：1.参数采集：在数据库中读取来自各监测点对设备采集的属性参数。变压器的电压，电流，功率，绕组温度和铁心接地电流。海缆的电压，电流，光纤温度，缆芯温度和扰动能量。并作数据预处理，如异常值处理，缺失值填补。
[0023]
2.专家赋权：对于变压器和海缆设备，专家根据经验为各属性对于标杆设备选择的重要性进行赋权，并将权重保存到数据库中。。
[0024]
3.层次分析决策：包括为变压器和海缆分别建立层次结构模型，构造判断矩阵，层次单排序及其一致性检验和层次总排序及其一致性检验。
[0025]
3.1.为变压器和海缆分别建立层次结构模型：建立层次结构模型需要将决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对象按他们之间的相互关系分成最高层、中间层和最低层，绘制层次结构图。如图2和图3所示，在本发明中，最高层即目标层，是选择标杆设备。中间层即准则层，是设备的各参数。最低层即方案层，是备选的变压器或海缆设备。
[0026]
3.2.构造判断矩阵：根据中专家赋权结果，构造判断矩阵。比较不同参数的权重时，不是将所有参数放在一起比较，而是两两相互比较。对此采用相对标度，以尽可能减少性质不同参数相互比较的困难，提高准确度。判断矩阵是表示本层所有参数针对上一层某一个因素的相对重要性的比较。对于变压器和海缆设备，根据专家赋权结果，按照表3的方法分别构造判断矩阵。判断矩阵的形状为，为设备的参数个数。在矩阵中，成对比较矩阵的元素表示的是第个参数相对于第个参数的比较结果，判断矩阵的标度方法如表3所示。
[0027]
3.3.层次单排序及其一致性检验：包括层次单排序和一致性检验。首先计算得同一层次参数对于上一层某参数相对重要性的排序权值，能否确认层次单排序，需要进行一致性检验。
[0028]
3.3.1.层次单排序：对应于判断矩阵最大特征根的特征向量，经归一化（使向量中各元素之和为1）后记为。的元素为同一层次元素对于上一层某元素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。
[0029]
3.3.2.一致性检验。是指对成对比较矩阵确定不一致的允许范围。
[0030]
定义：一致性指标：，，有完全的一致性；接近于0，有满意的一致性；越大，不一致性越严重。
[0031]
为了衡量的大小，引入随机一致性指标，随机构造500个成对比较矩阵，可以得到一致性指标。。
[0032]
定义：层次单排序的一致性比率：，一般情况下，当时，认为的不一致程度在容许的范围之内，有满意的一致性。由表4所统计出的指标和计算出的值，可以计算出一致性比率，当小于0.1时，一致性检验通过，可用其归一化特征向量作为权向量，否则需要重新构造判断矩阵，对加以调整。
[0033]
3.4.层次总排序及其一致性检验：计算某一层次所有因素对于最高层（决策层，标杆设备）相对重要性的权值，称为层次总排序，这一过程是从最高层次到最低层次依次进行的。a层（中间层，设备的参数）个因素对总目标（最高层）的排序为，其中，为设备参数的个数。b层（最低层，备选的变压器或海缆设备）个因素对上层a中因素为的层次单排序为，其中，为备选的变压器或海缆设备的个数。b层的层次总排序（即第个设备对于选择标杆设备的权值为）为：）为：
…
定义：层次总排序的一致性比率：当时，认为层次总排序通过一致性检验。至此根据方案层的层次总排序的结果选出标杆设备，最后的输出为一个归一化的权重。为更方便地表示，将输出的结果百分化处理，将标杆设备认为是100分，其余设备的分数按照与标杆设备的比例转成百分制，如图4所示。最后的结果输出到数据库中。