一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于斷路器技術領域，其涉及一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器可靠性評 估方法。
【背景技術】
[0002] 斷路器是電網中的重要控制和保護電器，它的基本任務是投切電力設備或線路， 對電網進行管理和控制。另外，在電力設備或線路出現(xiàn)故障時，它可以快速切除故障，使故 障與電網隔離，保護電網其他部分的正常運行。斷路器在電網中的作用和位置，決定了它對 電網運行的可靠性有著重要影響。隨著對斷路器需求數(shù)量的增長，其可靠性對用電設備和 電網運行的影響也越來越大。因此，如何對斷路器的運行可靠性進行準確評估，從而反過來 指導斷路器的研制、生產、運行和維修，干預斷路器可靠性的衰減過程，提高其維修效率和 質量，進而增加電網抵抗故障的能力，保證電網的可靠運行，具有重要的理論及現(xiàn)實意義。
[0003] 目前，隨著重大設備可靠性日益受到人們的重視，國內外的專家學者己經在斷路 器的可靠性研究方面做了一定的研究工作，但國內對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估的理論體系。國內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、失效嚴重度分析法、故障樹分析法3種。故障模式及 影響分析法評估過程簡單、結論直觀、操作性強，但評價結果無法量化，因此可行性不強；失 效嚴重度分析法根據(jù)故障率數(shù)據(jù)計算致命度，但其僅能針對單一故障模式進行分析，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雜系統(tǒng)的多重故 障，應用效果良好，它可以將斷路器故障直觀地逐級劃分為基本故障類型，為準確地判斷斷 路器故障性質提供了良好的圖形效果。另外，國外部分學者提出了運用概率論的方法，從可 能發(fā)生故障的方面來分析斷路器，對其可靠性提出預測。但其方法單一，模型簡單且不夠全 面，沒有考慮斷路器各種狀態(tài)之間相互轉換對可靠性的影響，理論研究尚未成熟。因此，如 何更準確地掌握斷路器的運行規(guī)律，科學準確地評估斷路器的運行可靠性，從而提高其維 修效率和質量，延長其有效壽命，進而保證電網的可靠運行已成為電力部門急需解決的熱 點及難點問題。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，提出一種基于螢火蟲優(yōu)化算法的斷路器 可靠性評估方法，對斷路器的運行可靠性規(guī)律進行了分析，分析方法簡單、計算量小、計算 精度高、實用性強。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明是通過如下技術方案實現(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估方法，包括以下步驟：
[0008] Sl :對斷路器故障進行統(tǒng)計分析，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 :利用改進的模糊層次分析法對所述故障樹進行定量分析，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重的模糊一致限定條件轉化為約束規(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重 度權重；
[0013] S6 :建立斷路器可靠性評估模型，得出斷路器可靠性評估結果。
[0014] 進一步地，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：拒動故障、開斷與關合故障、絕緣 故障、誤動故障、載流故障、外力及其他故障；
[0017] S23 :確定底事件，即導致各中間事件的故障因素。
[0018] 進一步地，S3具體為：采用0. 1~0. 9標度法，根據(jù)各故障因素的重要度分析，建 立各故障因素 X1, X2,……，Xn相對于對應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 ,相對于該部件發(fā)生故障的 重要的程度，Γι]越大，X 4目對于該部件發(fā)生故障的重要程度就越大。
[0019] 進一步地，S4具體為：
[0020] 當矩陣 R = (IYj)nxn為模糊一致矩陣時，r i.j= 0· 5+Μω「ω.)，（i, j = 1，2,…η)， 其中W1Q, j = 1，2,…η)為各故障因素的嚴重度權重值，b是一個用于衡量嚴重度權中向 量中權重值差距的數(shù)值，b越大，嚴重度權重向量W= [O1, ω2, LcoJ中權重值的極大值與 極小值之間的差距就越大；反之，b越小，嚴重度權重向量W中權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 陣的情況下推導而來，因此，當R不滿足一致性要求時，其左右兩邊并不完全相等，即等號 不嚴格成立，如果需要求解權重向量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造成故障的嚴重度權重值，η表示故障因素個數(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] 進一步地，S5具體包括以下步驟：
[0025] S51 :設置算法參數(shù)：種群規(guī)模N，最大吸引度β。，吸收系數(shù)γ，隨機步長α，最大 迭代次數(shù)，在解空間中隨機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)光強度I1Q = 1，2, "·，Ν)，將發(fā)光強度I1作為適應度 fOU (W1 表示問題的 1 個解），SP I i= f(W 丄），I < i < N ;
[0027] S53 :計算螢火蟲的吸引度，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個嚴重度權重值，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)光強度I為：
[0033]
[0034] 式中：[0, 1]為Sij=O時的吸引度，I。為Sij=O時的發(fā)光強度，γ e [0, 10] 為熒光吸收系數(shù)；
[0035] S54 :移動更新螢火蟲的位置，螢火蟲i被發(fā)光強度更亮的螢火蟲j吸引而發(fā)生位 置移動；
[0036]
[0037] 其中表示第i只螢火蟲在第t代的位置，α為隨機步長，且滿足a e [0, 1]， Nrand~U (0, 1)表示隨機數(shù)；
[0038] S55 :發(fā)光強度最亮的螢火蟲隨機飛行：
[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，則算法結束，輸出最優(yōu)解；否則，令t = t+Ι，返回 S52。
[0042] 進一步地，S6具體為：
[0043] 根據(jù)下式得到各故障因素的風險系數(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為各故障因素的嚴重度權重值；
[0046] 將得到的各類型故障的故障因素的風險系數(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，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估方法具 有以下優(yōu)點：
[0051] 第一，本發(fā)明更準確全面地確定影響斷路器運行壽命的各種因素，建立完整的斷 路器故障樹。
[0052] 第二，