電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法設(shè)計

田宏明

(湖南新華供電有限公司,湖南 長沙 410000)

熱加工企業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中屬于能源支柱企業(yè),占據(jù)主要地位[1]。熱加工電加熱變電設(shè)備在結(jié)構(gòu)中的數(shù)量隨著用電結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的升高而增多。目前的電加熱爐變電設(shè)備檢測方法缺少事前預(yù)判步驟,主要以事后處理為主,針對電加熱爐變電設(shè)備的性能基層工作人員難以全部掌握,且環(huán)境因素、工藝水平、檢修狀態(tài)和運行狀態(tài)都會對電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全產(chǎn)生影響[2-3]。為了提高變電設(shè)備運行質(zhì)量,需要對電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法進行研究。

侯棟宸[4]等人分析變電設(shè)備受安全漏洞和安全區(qū)分的影響,獲取變電設(shè)備的運行質(zhì)量指標(biāo),通過模糊層次分析方法對指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重進行計算,在攻擊圖理論的基礎(chǔ)上建立風(fēng)險傳播模型,以此為依據(jù)完成電加熱爐變電所運行質(zhì)量的評價,但是該方法由于失效率高,導(dǎo)致評價效果不佳。楊春波[5]等人針對變電設(shè)備的運行狀態(tài),采用健康因子修正其健康狀態(tài),在熵權(quán)法中引入序關(guān)系法,計算特征參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重,構(gòu)建非線性關(guān)系模型,對電加熱爐變電設(shè)備的運行質(zhì)量變化趨勢進行追溯,但是該方法存在追溯效果差的情況。主要是因為電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)的反向追溯過程中,由于當(dāng)前相關(guān)流程均缺少電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量的評價指標(biāo)體系,導(dǎo)致追溯過程主觀性過強,缺少統(tǒng)一追溯方法

針對上述問題,設(shè)計電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法設(shè)計。該方法將數(shù)字孿生采集的數(shù)據(jù)引入變電設(shè)備運行中,建立電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量的指標(biāo)體系,再結(jié)合CREAM追溯法和理想點法,構(gòu)建電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全追溯模型。以期解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

1 電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)提醒構(gòu)建

電加熱爐通過傳感器在物理數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,采集變電設(shè)備的數(shù)據(jù),結(jié)合多概率、多領(lǐng)域、多維度和多物理參數(shù)的仿真過程,在虛擬空間對采集的工業(yè)加熱變電設(shè)備數(shù)據(jù)進行映射處理[8],監(jiān)測設(shè)備的運行質(zhì)量,構(gòu)建電加熱爐變電站數(shù)字孿生系統(tǒng),獲取變電站運行監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 電加熱爐變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)

根據(jù)獲取的電加熱爐變電設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)[9-10],構(gòu)建變電設(shè)備運行質(zhì)量評價指標(biāo)體系,如圖2所示。

圖2 電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)

2 電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法設(shè)計

2.1 指標(biāo)權(quán)重計算

CRITIC法是在指標(biāo)相關(guān)性和指標(biāo)差異程度的基礎(chǔ)上,計算指標(biāo)的權(quán)重[11-12],屬于客觀賦權(quán)法,因此,基于對電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法采用CRITIC法對電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重進行計算。通過熵衡量不同評價對象指標(biāo)的取值差異性,指標(biāo)之間存在的沖突性利用斯皮爾曼等級進行衡量[13-14]。

在信息論中,測量信息的無序狀態(tài)和不確定性可通過熵進行測量,N個待評價方案中存在M個評價指標(biāo),用Hi表示第i個評價指標(biāo)對應(yīng)的熵,其計算公式如下:

(1)

設(shè)wi為第i個質(zhì)量指標(biāo)在第N個待評價方案中對應(yīng)的熵權(quán),通過下式計算得到:

(2)

對式(1)和式(2)進行分析可知,熵和熵權(quán)之間呈負相關(guān)。

(3)

用ρj為第j個質(zhì)量指標(biāo)與其他電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)的整體肯德爾相關(guān)系數(shù),根據(jù)式(3)計算結(jié)果可得:

(4)

質(zhì)量指標(biāo)j的ρj值為1時,表明其等級相關(guān)性與其他電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)一致,質(zhì)量指標(biāo)ρj與其他變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)當(dāng)ρj的值為0時,指標(biāo)互相獨立。結(jié)合斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)和綜合熵,計算電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量指標(biāo)對應(yīng)的客觀權(quán)重Cj:

(5)

2.2 基于電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯模型

基于電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法研究采用理想點法[15-16]評價變電設(shè)備運行質(zhì)量,完成變電設(shè)備運行質(zhì)量的安全追溯。

用NPM表示電加熱爐變電站中存在的設(shè)備,用M表示評價指標(biāo)的數(shù)量;用N表示待評價變電設(shè)備的數(shù)量,構(gòu)建如下決策矩陣r:

(6)

式中:rij為第j個評價指標(biāo)對第i個變電設(shè)備評價時獲取的指標(biāo)值。

為了提高電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量評價指標(biāo)之間的可比性,需要標(biāo)準(zhǔn)化處理不同類型的評價指標(biāo)[17-18]。

通過下述公式標(biāo)準(zhǔn)化處理成本型的質(zhì)量評價指標(biāo):

(7)

同理,采用下式標(biāo)準(zhǔn)化處理效益型的質(zhì)量評價指標(biāo):

(8)

利用標(biāo)準(zhǔn)化處理后的質(zhì)量評價指標(biāo),構(gòu)建決策矩陣y″:

(9)

評價電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量的具體過程如下:

(1)獲取標(biāo)準(zhǔn)化的變電設(shè)備運行質(zhì)量評估決策矩陣:

Y=(yij)N×M

其中:

(10)

(2)通過加權(quán)方法構(gòu)建電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量評估矩陣:

Z=(zij)N×M

其中:zij=Cjyij。

(11)

(5)設(shè)Ci表示針對理想解,電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量的相對逼近度,其計算公式如下:

(12)

式中:相對逼近度Ci的值在區(qū)間[0,1]取值,相對逼近度Ci的值越接近1,表明電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量越好,相反,相對逼近度Ci的值越接近0,表明變電設(shè)備運行質(zhì)量越差。

3 實驗與結(jié)果分析

為了驗證本文設(shè)計的電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法的有效性和可行性,采用該方法對冶金行業(yè)中的變電站變電設(shè)備的運行質(zhì)量進行安全數(shù)據(jù)追溯。變電站中主要變電設(shè)備的參數(shù)如表1所示。

表1 變電站設(shè)備參數(shù)

通過電加熱爐數(shù)字孿生系統(tǒng)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 電加熱爐采集相關(guān)質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)

在不同系統(tǒng)軟件失效率的情況下分析電加熱爐變電設(shè)備功能的失效率,分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 電加熱爐變電設(shè)備功能失效率

在不同系統(tǒng)軟件失效率的情況下分析變電站系統(tǒng)的安全風(fēng)險系數(shù),分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)安全風(fēng)險系數(shù)

分析圖4和圖5可知,在不同系統(tǒng)軟件失效率下變電設(shè)備在變電站系統(tǒng)中的功能圖存在差異性,變電設(shè)備的失效率也存在差異,變電設(shè)備在變電站中的功能實現(xiàn)直接受系統(tǒng)軟件失效率的影響,進而對變電站系統(tǒng)的安全造成影響。在設(shè)定的軟件失效率范圍內(nèi),電加熱爐變電設(shè)備的功能失效率與系統(tǒng)安全風(fēng)險系數(shù)呈正相關(guān),系統(tǒng)安全風(fēng)險系數(shù)隨著電加熱爐變電設(shè)備功能失效率的增加而增加。通過上述分析可知,降低變電站系統(tǒng)安全風(fēng)險,減小變電設(shè)備功能失效率的有效措施是降低系統(tǒng)軟件的失效率,在變電站系統(tǒng)運行過程中,提高變電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

變電設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性受網(wǎng)絡(luò)不確定性的影響,導(dǎo)致變電站設(shè)備運行安全數(shù)據(jù)追溯方法的有效性較差,提出電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量安全數(shù)據(jù)追溯方法設(shè)計研究,應(yīng)用質(zhì)量評價指標(biāo)體系,評價電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量,有效完成了電加熱爐變電設(shè)備運行質(zhì)量的安全追溯,提高了追溯效果。