本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)組安全監(jiān)測，具體涉及一種水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在綠色低碳發(fā)展大背景下，水電常作為電網(wǎng)調(diào)節(jié)性資源，參與調(diào)峰、調(diào)頻過程，該過程中頻繁的過渡過程，會導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、擺度和水壓波動(dòng)等穩(wěn)定性問題，水電機(jī)組各部件遭遇運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)次數(shù)及損耗程度也不盡相同，嚴(yán)重影響水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行壽命。水輪發(fā)電機(jī)組作為復(fù)雜非線性動(dòng)力系統(tǒng)，其故障的種類眾多、影響復(fù)雜。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，通常針對水輪發(fā)電機(jī)組中單個(gè)重要部件進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評估；而全面、整體地評價(jià)水輪發(fā)電機(jī)組安全度仍存在一定挑戰(zhàn)；并且水輪發(fā)電機(jī)組具有明顯的時(shí)變特性，而現(xiàn)有水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)評估研究方法多基于靜態(tài)模型，難以處理水輪發(fā)電機(jī)組隨時(shí)間變化各數(shù)據(jù)指標(biāo)的相關(guān)性，則對水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度的預(yù)測評估精度不足，降低多機(jī)系統(tǒng)安全度評估的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的問題。

2、本發(fā)明的一種水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估方法及系統(tǒng)采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面是提供一種水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估方法，該方法包括以下步驟：

4、獲取水輪發(fā)電機(jī)組仿真過程中每個(gè)機(jī)組在所有過渡過程中的各種類型數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的各種類型數(shù)據(jù)的變化情況獲得每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)，通過每個(gè)機(jī)組的所有過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建一個(gè)樣本集，通過樣本集來和人為標(biāo)定的安全度的值來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻需要分析的樣本集和訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度；

6、對每個(gè)評價(jià)指標(biāo)劃分若干個(gè)安全等級，獲取每個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，根據(jù)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的值與對應(yīng)每個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，來構(gòu)建一個(gè)模糊關(guān)系矩陣，所述模糊關(guān)系矩陣中的元素記為隸屬度；通過模糊關(guān)系矩陣中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)所有安全等級的隸屬度的信息熵，對模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行調(diào)整；通過調(diào)整后的矩陣中的數(shù)據(jù)分布，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第二整體安全度；

7、通過水輪發(fā)電機(jī)組第一整體安全度和第二整體安全度，獲得水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)的最終安全度。

8、進(jìn)一步地，所述各種類型數(shù)據(jù)包括：引水管道水頭值、尾水管道水頭值、電機(jī)輸出功率、機(jī)端電壓、勵(lì)磁電壓和頻率。

9、進(jìn)一步地，所述根據(jù)每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的各種類型數(shù)據(jù)的變化情況獲得每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)，包括的具體步驟如下：

10、所述評價(jià)指標(biāo)包括：頻率波動(dòng)指數(shù)、功率波動(dòng)指數(shù)、電壓變幅指數(shù)、引水管道水頭波動(dòng)指數(shù)以及尾水管道水頭波動(dòng)指數(shù)；

11、頻率波動(dòng)指數(shù)的構(gòu)建過程如下：

12、將區(qū)間內(nèi)的頻率記為限內(nèi)頻率，將區(qū)間外的頻率記為限外頻率，其中，為預(yù)設(shè)參考頻率，為預(yù)設(shè)頻率誤差；

13、其中，每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的數(shù)據(jù)是以1秒為采樣間隔獲得的；

14、其中，頻率波動(dòng)指數(shù)對應(yīng)的公式為：

15、

16、式中，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中所有時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)限外頻率的均值，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中所有時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)限內(nèi)頻率的均值，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中所有時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的最大頻率，其中，公式中、、分別為、、的權(quán)重，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的頻率波動(dòng)指數(shù)；

17、功率波動(dòng)指數(shù)對應(yīng)的公式為：

18、

19、式中，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的最大電機(jī)輸出功率，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的初始電機(jī)輸出功率，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的最終電機(jī)輸出功率，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的功率波動(dòng)指數(shù)；

20、電壓變幅指數(shù)對應(yīng)的公式為：

21、

22、式中，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中機(jī)端電壓的最大值，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的初始機(jī)端電壓，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中勵(lì)磁電壓的最大值，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中初始勵(lì)磁電壓，表示每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中電壓變幅指數(shù)；

23、獲取仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中引水管道水頭值以及尾水管道水頭值的參考波峰，通過仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中水管道水頭值的參考波峰的波動(dòng)情況來量化引水管道水頭波動(dòng)指數(shù)和尾水管道水頭波動(dòng)指數(shù)。

24、進(jìn)一步地，所述獲取仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中引水管道水頭值以及尾水管道水頭值的參考波峰，通過仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中水管道水頭值的參考波峰的波動(dòng)情況來量化引水管道水頭波動(dòng)指數(shù)和尾水管道水頭波動(dòng)指數(shù)，包括的具體步驟如下：

25、參考波峰的獲取方法具體為：

26、選取仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中起始的前個(gè)波峰處的水管道水頭值，將所述前個(gè)波峰處的水管道水頭值的均值，記為前水頭均值；再獲取仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中末尾的后個(gè)波峰處的水管道水頭值，將所述后個(gè)波峰處的水管道水頭值的均值，記為后水頭均值；比較前水頭均值和后水頭均值之間的大小，當(dāng)前水頭均值大于后水頭均值，則將仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中起始的前個(gè)波峰作為參考波峰；當(dāng)前水頭均值小于后水頭均值，則將仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中末尾的后個(gè)波峰作為參考波峰；其中，為預(yù)設(shè)數(shù)量參數(shù)；

27、通過上述參考波峰的獲取方法獲得仿真時(shí)間內(nèi)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中引水管道水頭值以及尾水管道水頭值的參考波峰；

28、引水管道水頭波動(dòng)指數(shù)對應(yīng)的公式為：

29、

30、式中，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中第個(gè)參考波峰的引水管道水頭值，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中最趨于0的引水管道水頭值，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中的引水管道水頭波動(dòng)指數(shù)；

31、尾水管道水頭波動(dòng)指數(shù)對應(yīng)的公式為：

32、

33、式中，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中第個(gè)參考波峰的尾水管道水頭值，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中最趨于0的尾水管道水頭值，表示每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中的尾水管道水頭波動(dòng)指數(shù)。

34、進(jìn)一步地，所述通過每個(gè)機(jī)組的所有過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建一個(gè)樣本集，包括的具體步驟如下：

35、對每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中的所有評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，獲得歸一化后的結(jié)果；獲取歷史仿真過程中所有過渡過程的歸一化后評價(jià)指標(biāo)，將每個(gè)仿真過程中所有過渡過程的歸一化后評價(jià)指標(biāo)作為一個(gè)樣本集，其中，所述一個(gè)樣本集是一個(gè)m×h的矩陣，其中，m為評價(jià)指標(biāo)的總數(shù)，h為每個(gè)仿真過程中所有過渡過程的總數(shù)。

36、進(jìn)一步地，所述根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻需要分析的樣本集和訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度，包括的具體步驟如下：

37、獲取當(dāng)前時(shí)刻需要分析的樣本集，將當(dāng)前時(shí)刻需要分析的樣本集輸入到訓(xùn)練后的bilstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，獲得每個(gè)機(jī)組的初始安全度；根據(jù)所有機(jī)組的初始安全度運(yùn)用模糊熵權(quán)法獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度。

38、進(jìn)一步地，所述對每個(gè)評價(jià)指標(biāo)劃分若干個(gè)安全等級，獲取每個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，根據(jù)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的值與對應(yīng)每個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，來構(gòu)建一個(gè)模糊關(guān)系矩陣，包括的具體步驟如下：

39、通過專家經(jīng)驗(yàn)法或歷史數(shù)據(jù)法獲取每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)六個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，根據(jù)每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的值通過隸屬函數(shù)獲得每個(gè)安全等級對應(yīng)的隸屬度；其中，六個(gè)安全等級包括穩(wěn)定、較穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定、弱風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)；

40、以所有評價(jià)指標(biāo)為行，以所有安全等級為列，獲得模糊關(guān)系矩陣。

41、進(jìn)一步地，所述通過模糊關(guān)系矩陣中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)所有安全等級的隸屬度的信息熵，對模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行調(diào)整；通過調(diào)整后的矩陣中的數(shù)據(jù)分布，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第二整體安全度，包括的具體步驟如下：

42、計(jì)算每個(gè)評價(jià)指標(biāo)所有安全等級對應(yīng)隸屬度的熵值，將所有評價(jià)指標(biāo)的熵值構(gòu)建成1行m列的熵矩陣，將熵矩陣與模糊關(guān)系矩陣的乘積，獲得一個(gè)矩陣，記為模糊熵評價(jià)矩陣，其中，模糊熵評價(jià)矩陣為1行n列；

43、對模糊熵評價(jià)矩陣中的數(shù)值進(jìn)行線性歸一化處理；

44、按最大隸屬度原則獲取模糊熵評價(jià)矩陣中n個(gè)值的最大值，記為每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的參考安全度，將每個(gè)機(jī)組的所有過渡過程中的參考安全度的均值記為每個(gè)機(jī)組的參考安全度；根據(jù)所有機(jī)組的參考安全度，通過模糊熵權(quán)法獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第二整體安全度。

45、進(jìn)一步地，所述通過水輪發(fā)電機(jī)組第一整體安全度和第二整體安全度，獲得水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)的最終安全度，包括的具體步驟如下：

46、將水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度與第二整體安全度的均值作為水輪發(fā)電機(jī)組的參考整體安全度，通過標(biāo)準(zhǔn)歸一化方法對水輪發(fā)電機(jī)組的參考整體安全度進(jìn)行歸一化處理，獲得水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)的最終安全度。

47、本發(fā)明第二方面是提供一種水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下模塊：

48、數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集水輪發(fā)電機(jī)組仿真過程中每個(gè)機(jī)組在所有過渡過程中的各種類型數(shù)據(jù)；

49、數(shù)據(jù)分析模塊：用于根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來分析獲取水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度，通過模糊理論來分析獲取水輪發(fā)電機(jī)組的第二整體安全度；

50、安全度評估模塊：用于通過水輪發(fā)電機(jī)組第一整體安全度和第二整體安全度，獲得水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)的最終安全度。

51、本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是：根據(jù)每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的各種類型數(shù)據(jù)的變化情況獲得每個(gè)機(jī)組的每個(gè)過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)，通過每個(gè)機(jī)組的所有過渡過程中的評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建一個(gè)樣本集，通過樣本集來和人為標(biāo)定的安全度的值來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻需要分析的樣本集和訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第一整體安全度；提高了水輪發(fā)電機(jī)組隨時(shí)間變化分析的準(zhǔn)確性；根據(jù)每個(gè)機(jī)組在每個(gè)過渡過程中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的值與對應(yīng)每個(gè)安全等級的模糊評價(jià)范圍，來構(gòu)建一個(gè)模糊關(guān)系矩陣，所述模糊關(guān)系矩陣中的元素記為隸屬度；將模糊關(guān)系矩陣中每個(gè)評價(jià)指標(biāo)所有安全等級的隸屬度的信息熵，對模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行調(diào)整，獲得模糊熵評價(jià)矩陣；通過模糊熵評價(jià)矩陣，獲得水輪發(fā)電機(jī)組的第二整體安全度；提高對水輪發(fā)電機(jī)組復(fù)雜、模糊和不確定分析的準(zhǔn)確性；通過水輪發(fā)電機(jī)組第一整體安全度和第二整體安全度，獲得水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)的最終安全度，提高水輪發(fā)電機(jī)組多機(jī)系統(tǒng)安全度評估的準(zhǔn)確性。