基于層次分法的電力通信網(wǎng)狀態(tài)檢修評價(jià)方法*

邱細(xì)蝦,劉智聰,周勇彪,黃 豐

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山,528000）

0 引言

通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行對于電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)有著至關(guān)重要的作用。尤其在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)對電力系統(tǒng)起著顯著的基礎(chǔ)支撐作用。因此，需要對于電力通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進(jìn)行更科學(xué)合理的檢修，以保證通信網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)良的工作狀態(tài)和性能，保障電力正常供應(yīng)。

文章提出了一種狀態(tài)檢修的評價(jià)方法，該方法基于層次分析法(AHP,Analytic Hierarchy Process)的基本思想，采用閉環(huán)反饋的方式調(diào)整狀態(tài)參數(shù)權(quán)重，使評價(jià)結(jié)果盡量合理。同時(shí)，該方法對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)評價(jià)和動態(tài)趨勢評價(jià)，從而對設(shè)備的維護(hù)和檢修提出合理科學(xué)的建議。

1 電力通信網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修的意義

電力通信設(shè)備的現(xiàn)行檢修方法主要依靠計(jì)劃檢修的模式，按照預(yù)設(shè)的固定檢修周期對設(shè)備進(jìn)行檢查。設(shè)備的檢修周期制定主要依靠主觀推測，易導(dǎo)致通信設(shè)備出現(xiàn)過度檢修或檢修不足，從而造成檢修費(fèi)用浪費(fèi)，或通信設(shè)備隱患無法及時(shí)消除，運(yùn)行的穩(wěn)定性可靠性無法達(dá)標(biāo)。

狀態(tài)檢修是一種主動實(shí)施的一種設(shè)備檢修方式。狀態(tài)檢修對通信設(shè)備狀態(tài)以及狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行合理分析，從而推斷通信設(shè)備當(dāng)前健康狀況，應(yīng)當(dāng)采取的對應(yīng)處理，以及該設(shè)備今后檢修內(nèi)容和時(shí)間的安排。

2 層次分析法(AHP)基本思想

層次分析法(AHP)一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。通過將復(fù)雜問題分解為各評價(jià)指標(biāo)的組合，對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比，形成反應(yīng)各評價(jià)指標(biāo)間相對重要性的判斷矩陣A=(aij)。陣A為正互反矩陣，但并不能保證滿足判斷矩陣的一致性。因此，該方法需要反復(fù)進(jìn)行一致性檢查和重構(gòu)判斷矩陣，大大增加了確定指標(biāo)權(quán)重的工作量。

大量研究針對對層次分析法的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)。其中一種方法是通過對判斷矩陣進(jìn)行處理，使其變換成相容矩陣。該方法不僅能可以避免反復(fù)構(gòu)造判斷矩陣，而且能保證矩陣的一致性，從而簡化確定指標(biāo)權(quán)重的過程。

文章將采用基于層次分析法的相容矩陣方法對電力通信網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，從而推斷出合理的維修和檢修建議。

3 電力通信網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修評價(jià)模型

電力通信網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修評價(jià)方法的核心是狀態(tài)評價(jià)模型。該模型規(guī)定了：在對通信網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修時(shí)所需要采集的狀態(tài)參數(shù)；各狀態(tài)參數(shù)的權(quán)重計(jì)算；設(shè)備狀態(tài)最終評分如何產(chǎn)生；如何根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評分結(jié)果和評分結(jié)果在時(shí)間維度上的動態(tài)變化趨勢來分析檢修處理建議；以及，如何通過閉環(huán)反饋，進(jìn)行判斷矩陣的調(diào)整。

該評價(jià)模型的關(guān)鍵在于：設(shè)備狀態(tài)評價(jià)的計(jì)算；基于閉環(huán)反饋的判斷矩陣優(yōu)化；動態(tài)分析設(shè)備狀態(tài)評價(jià)結(jié)果。

3.1 設(shè)備狀態(tài)評價(jià)的量化計(jì)算

根據(jù)層次分析法，為對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行合理全面的評價(jià)，可以根據(jù)設(shè)備類型，總結(jié)出影響其性能指標(biāo)的若干方面，再對每個(gè)方面總結(jié)出具體的可做數(shù)值評價(jià)的狀態(tài)參數(shù)。

以綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)中的路由器為例。路由器狀態(tài)由為其性能狀態(tài)、配置狀態(tài)以及運(yùn)行狀態(tài)三部分組成。

1)路由器性能狀態(tài)參數(shù)包括：路由器CPU工作狀態(tài)；內(nèi)存占用狀態(tài)；設(shè)備溫度狀態(tài)；電源狀態(tài)；風(fēng)扇狀態(tài)；主板狀態(tài)等。

2)路由器配置狀態(tài)參數(shù)包括：路由器基本配置；安全配置；接口配置；接口配置；路由協(xié)議配置等。

3)路由器運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括：設(shè)備日志狀態(tài)；路由協(xié)議運(yùn)行狀態(tài)；流量狀態(tài)等。

根據(jù)相容矩陣方法，構(gòu)建路由器狀態(tài)參數(shù)的始判斷矩陣A=(aij)，并計(jì)算出其相容矩陣B=(bij)。根據(jù)狀態(tài)檢修中錄得的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)數(shù)值，可以計(jì)算各設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)分值。

3.2 基于閉環(huán)反饋的判斷矩陣優(yōu)化

層次分析法通過兩兩對比狀態(tài)參數(shù)相對重要性，主要依靠以往經(jīng)驗(yàn)判斷，具有一定的隨機(jī)性。為了使判斷矩陣更合理準(zhǔn)確，可以考慮利用建立設(shè)備狀態(tài)的訓(xùn)練集數(shù)據(jù)，通過比較量化計(jì)算結(jié)果與訓(xùn)練集數(shù)據(jù)的差異，形成反饋，從而調(diào)整判斷矩陣中某些元素?cái)?shù)值，使權(quán)重分配盡量合理，狀態(tài)評價(jià)結(jié)果更貼近實(shí)際。

設(shè)有某設(shè)備的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分值為ε，若其量化計(jì)算結(jié)果為R。計(jì)算D = ε-R,比較計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)分值的差別。如果D值大于0，則表示存在某些被扣分狀態(tài)參數(shù)項(xiàng)，其數(shù)值所占權(quán)重偏大；如果D值小于0，則表示存在某些被扣分狀態(tài)參數(shù)項(xiàng)，其數(shù)值所占權(quán)重偏小。

出于簡化算法考慮，每次利用反饋調(diào)整判斷矩陣只針對一項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)權(quán)重，其算法表示如下所示：

3.3 設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)評價(jià)

對電力通信網(wǎng)設(shè)備采用傳統(tǒng)層次分析法得出的評價(jià)結(jié)果，是關(guān)于該設(shè)備在某一時(shí)刻狀態(tài)的靜態(tài)評價(jià)。而狀態(tài)檢修的目的即為根據(jù)設(shè)備狀態(tài)，合理安排設(shè)備檢修周期和檢修項(xiàng)目。因此需要對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)評價(jià)，分析其歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，推斷其狀態(tài)變化趨勢，預(yù)測在設(shè)備狀態(tài)達(dá)到某一告警閾值前安排檢修。

在設(shè)備連續(xù)兩次狀態(tài)檢修之間，定義設(shè)備狀態(tài)評價(jià)結(jié)果的變化速率qi。在有足夠多的歷史數(shù)據(jù)的前提下，可以使用線性回歸預(yù)測模型，對第i+1次狀態(tài)檢修時(shí)的狀態(tài)變化速率進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)預(yù)設(shè)的該設(shè)備狀態(tài)的預(yù)警閾值V，因此可以預(yù)測應(yīng)當(dāng)在t時(shí)間前，應(yīng)當(dāng)安排對該設(shè)備的下一次狀態(tài)檢修。

通過對設(shè)備狀態(tài)評價(jià)的動態(tài)分析，推斷下一次狀態(tài)檢修的時(shí)間，可以防止固定周期檢修所造成的多度檢修和檢修不足，可以在保障設(shè)備正常工作的同時(shí)，有效降低設(shè)備檢修成本。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本章介紹對上述狀態(tài)檢修評價(jià)方法的編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用C#為編程語言，采用MySQL為后臺數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)分為用戶輸入界面、業(yè)務(wù)處理、系統(tǒng)輸出三大部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 狀態(tài)評價(jià)方法系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

5 總結(jié)

文章提出了一種基于層次分析法的狀態(tài)評價(jià)方法。該方法采用相容矩陣避免了傳統(tǒng)層級分析法反復(fù)檢查判斷矩陣一致性，以及修改判斷矩陣的負(fù)擔(dān)。方法提出一種利用反饋調(diào)整判斷矩陣的方法，通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集修正在初始構(gòu)造判斷矩陣時(shí)的不合理性。此外，該方法提出了一種利用時(shí)間維度的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，從而給出設(shè)備檢修時(shí)間安排的合理建議。原型系統(tǒng)被編程實(shí)現(xiàn)來驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。該系統(tǒng)在進(jìn)行完善后，有望被電力公司采納，投入生產(chǎn)運(yùn)行，用以進(jìn)行電力通信網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢修工作。

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