一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于斷路器技術(shù)領(lǐng)域，其涉及一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評(píng) 估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 斷路器是電網(wǎng)中的重要控制和保護(hù)電器，它的基本任務(wù)是投切電力設(shè)備或線路， 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行管理和控制。另外，在電力設(shè)備或線路出現(xiàn)故障時(shí)，它可以快速切除故障，使故 障與電網(wǎng)隔離，保護(hù)電網(wǎng)其他部分的正常運(yùn)行。斷路器在電網(wǎng)中的作用和位置，決定了它對(duì) 電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性有著重要影響。隨著對(duì)斷路器需求數(shù)量的增長(zhǎng)，其可靠性對(duì)用電設(shè)備和 電網(wǎng)運(yùn)行的影響也越來越大。因此，如何對(duì)斷路器的運(yùn)行可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，從而反過來 指導(dǎo)斷路器的研制、生產(chǎn)、運(yùn)行和維修，干預(yù)斷路器可靠性的衰減過程，提高其維修效率和 質(zhì)量，進(jìn)而增加電網(wǎng)抵抗故障的能力，保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 目前，隨著重大設(shè)備可靠性日益受到人們的重視，國內(nèi)外的專家學(xué)者己經(jīng)在斷路 器的可靠性研究方面做了一定的研究工作，但國內(nèi)對(duì)斷路器可靠性的研究仍屬于起步階 段，沒有形成一套完整的適合于斷路器可靠性評(píng)估的理論體系。國內(nèi)外通用的可靠性分析 方法主要包括故障模式及影響分析法、失效嚴(yán)重度分析法、故障樹分析法3種。故障模式及 影響分析法評(píng)估過程簡(jiǎn)單、結(jié)論直觀、操作性強(qiáng)，但評(píng)價(jià)結(jié)果無法量化，因此可行性不強(qiáng)；失 效嚴(yán)重度分析法根據(jù)故障率數(shù)據(jù)計(jì)算致命度，但其僅能針對(duì)單一故障模式進(jìn)行分析，不能 有效反映多故障模式情況下的系統(tǒng)可靠性。故障樹分析法常用于分析復(fù)雜系統(tǒng)的多重故 障，應(yīng)用效果良好，它可以將斷路器故障直觀地逐級(jí)劃分為基本故障類型，為準(zhǔn)確地判斷斷 路器故障性質(zhì)提供了良好的圖形效果。另外，國外部分學(xué)者提出了運(yùn)用概率論的方法，從可 能發(fā)生故障的方面來分析斷路器，對(duì)其可靠性提出預(yù)測(cè)。但其方法單一，模型簡(jiǎn)單且不夠全 面，沒有考慮斷路器各種狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換對(duì)可靠性的影響，理論研究尚未成熟。因此，如 何更準(zhǔn)確地掌握斷路器的運(yùn)行規(guī)律，科學(xué)準(zhǔn)確地評(píng)估斷路器的運(yùn)行可靠性，從而提高其維 修效率和質(zhì)量，延長(zhǎng)其有效壽命，進(jìn)而保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行已成為電力部門急需解決的熱 點(diǎn)及難點(diǎn)問題。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器 可靠性評(píng)估方法，對(duì)斷路器的運(yùn)行可靠性規(guī)律進(jìn)行了分析，分析方法簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、計(jì)算 精度高、實(shí)用性強(qiáng)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0008] Sl :對(duì)斷路器故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定斷路器的主要故障模式；
[0009] S2 :利用故障樹分析法建立斷路器故障樹；
[0010] S3 :利用改進(jìn)的模糊層次分析法對(duì)所述故障樹進(jìn)行定量分析，建立模糊判斷矩 陣；
[0011] S4:將模糊判斷矩陣中求解各故障因素權(quán)重的模糊一致限定條件轉(zhuǎn)化為約束規(guī)劃 問題；
[0012] S5 :根據(jù)建立的約束規(guī)劃問題方程，引入螢火蟲優(yōu)化算法求解各故障因素的嚴(yán)重 度權(quán)重；
[0013] S6 :建立斷路器可靠性評(píng)估模型，得出斷路器可靠性評(píng)估結(jié)果。
[0014] 進(jìn)一步地，S2具體包括以下步驟：
[0015] S21 :確定頂事件，即斷路器故障；
[0016] S22 :確定中間事件，即斷路器的6類故障模式：拒動(dòng)故障、開斷與關(guān)合故障、絕緣 故障、誤動(dòng)故障、載流故障、外力及其他故障；
[0017] S23 :確定底事件，即導(dǎo)致各中間事件的故障因素。
[0018] 進(jìn)一步地，S3具體為：采用0. 1~0. 9標(biāo)度法，根據(jù)各故障因素的重要度分析，建 立各故障因素 X1, X2,……，Xn相對(duì)于對(duì)應(yīng)的故障類型兩兩比較重要程度的模糊判斷矩陣R =(F^)nxn，在矩陣R中，k用于表征故障因素 X1比故障因素 X ,相對(duì)于該部件發(fā)生故障的 重要的程度，Γι]越大，X 4目對(duì)于該部件發(fā)生故障的重要程度就越大。
[0019] 進(jìn)一步地，S4具體為：
[0020] 當(dāng)矩陣 R = (IYj)nxn為模糊一致矩陣時(shí)，r i.j= 0· 5+Μω「ω.)，（i, j = 1，2,…η)， 其中W1Q, j = 1，2,…η)為各故障因素的嚴(yán)重度權(quán)重值，b是一個(gè)用于衡量嚴(yán)重度權(quán)中向 量中權(quán)重值差距的數(shù)值，b越大，嚴(yán)重度權(quán)重向量W= [O1, ω2, LcoJ中權(quán)重值的極大值與 極小值之間的差距就越大；反之，b越小，嚴(yán)重度權(quán)重向量W中權(quán)重值的極大值與極小值之 間的差距就越小，
[0021] 由于上式Iu= 0. 5+Μω「％)，（i, j = 1，2,…η)是建立在矩陣R為模糊一致矩 陣的情況下推導(dǎo)而來，因此，當(dāng)R不滿足一致性要求時(shí)，其左右兩邊并不完全相等，即等號(hào) 不嚴(yán)格成立，如果需要求解權(quán)重向量W= [Co1, ω2，?ωη]，也就等同于求解下式的約束規(guī)劃 問題：
[0022]
[0023] 其中，CO1表示故障因素 i造成故障的嚴(yán)重度權(quán)重值，η表示故障因素個(gè)數(shù)，r u為 矩陣R= (r,)nXn中的元素，a表示斷路器各故障因素間差異程度，為常數(shù)。
[0024] 進(jìn)一步地，S5具體包括以下步驟：
[0025] S51 :設(shè)置算法參數(shù)：種群規(guī)模N，最大吸引度β。，吸收系數(shù)γ，隨機(jī)步長(zhǎng)α，最大 迭代次數(shù)，在解空間中隨機(jī)初始化螢火蟲的位置，令迭代次數(shù)t = 1 ;
[0026] S52 :平均每只螢火蟲的發(fā)光強(qiáng)度I1Q = 1，2, "·，Ν)，將發(fā)光強(qiáng)度I1作為適應(yīng)度 fOU (W1 表示問題的 1 個(gè)解），SP I i= f(W 丄），I < i < N ;
[0027] S53 :計(jì)算螢火蟲的吸引度，先確定螢火蟲i與螢火蟲j之間的距離S1 j:
[0028]
[0029] 其中：η為決策變量的維數(shù)，coi k為螢火蟲i中的第k個(gè)嚴(yán)重度權(quán)重值，X i用于表 征螢火蟲i在空間中的位置，
[0030] 螢火蟲的吸引度β為：
[0031]
[0032] 螢火蟲的發(fā)光強(qiáng)度I為：
[0033]
[0034] 式中：[0, 1]為Sij=O時(shí)的吸引度，I。為Sij=O時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度，γ e [0, 10] 為熒光吸收系數(shù)；
[0035] S54 :移動(dòng)更新螢火蟲的位置，螢火蟲i被發(fā)光強(qiáng)度更亮的螢火蟲j吸引而發(fā)生位 置移動(dòng)；
[0036]
[0037] 其中表示第i只螢火蟲在第t代的位置，α為隨機(jī)步長(zhǎng)，且滿足a e [0, 1]， Nrand~U (0, 1)表示隨機(jī)數(shù)；
[0038] S55 :發(fā)光強(qiáng)度最亮的螢火蟲隨機(jī)飛行：
[0039]
[0040] 其中：《4#為第t代群體中的全局最優(yōu)位置；
[0041] S56 :判斷算法是否滿足終止條件，若滿足，則算法結(jié)束，輸出最優(yōu)解；否則，令t = t+Ι，返回 S52。
[0042] 進(jìn)一步地，S6具體為：
[0043] 根據(jù)下式得到各故障因素的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)：
[0044] Pi= PiX ω j
[0045] 其中：Pl表示故障因素 i的發(fā)生概率，ω i為各故障因素的嚴(yán)重度權(quán)重值；
[0046] 將得到的各類型故障的故障因素的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，代入下兩式分別得到各類型故障發(fā) 生的概率，以及斷路器整體的可靠度：
[0047]
[0048] R(T) = I-P(T)
[0049] 其中：\表示故障X的第i個(gè)故障因素，P⑴表示故障X發(fā)生的概率，R(T)表示 可靠度。
[0050] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評(píng)估方法具 有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0051] 第一，本發(fā)明更準(zhǔn)確全面地確定影響斷路器運(yùn)行壽命的各種因素，建立完整的斷 路器故障樹。
[0052] 第二，