CN103366096B - 电力通信设备风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力通信设备风险评估方法，以故障概率与潜在的业务损失量为电力通信设备风险评级的评估因素，避免了评估指标间相关性的评估信息重复的问题，通过将故障概率与潜在损失预分为不同的等级，对每一等级分别给出相应的隶属度矩阵，从而求出不同故障概率与业务损失量组合时的评判结果，在面对大量待评估的电力通信设备时，可根据设备的故障概率类型与业务损失类型直接查找出风险等级，进而根据风险等级确定设备状态，不仅大大地减少了工作量，并较好地保持评估结果的一致性，准确性较高。

Description

电力通信设备风险评估方法

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种电力通信设备风险评估方法。

背景技术

随着电力行业的发展，电力信息化的进程不断加快，电力网与电力信息网之间相互渗透的趋势越来越明显。电力系统的高稳定性要求电力网中的发电、输电和配电系统具有很高的自动化水平，需要这些系统在一个高效、有效的模式下协调运行，而电力通信系统的安全运行是其中不可缺少的一环。

电力通信网经过多年来的安全管理，安全局面平稳，安全指标稳步提高。但随着通信网规模迅速扩展，技术复杂性的相应增加，客观上需要监控技术创新，需要建立与现代电网及其通信网相适应的现代监控体系。

风险评估是目前国内外研究的热点问题，从运维的角度，设备风险评估需综合、准确地确定设备风险程度，不同的风险程度对应着不同的维护策略，因此，科学、准确的风险评估技术手段，对于维护电力通信网、对于电网的安全运行都具有重要意义。

目前，已有很多设备风险评估的相关研究成果，其中一种主流的方法为模糊综合评判法怷Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE)，该方法是一种用于涉及模糊因素的对象系统的综合评价方法，可以较好地解决设备评价中的模糊性（如评价专家认识上的模糊性等），在信息安全风险评估领域得到了极为广泛的应用，在电力通信设备评估中也得到普遍使用。

虽然该方法的优点是可对涉及模糊因素的对象系统进行评估，而且更加适宜于评估因素多、结构层次多的系统，但是，该方法中存在以下问题：

由于系统风险的复杂性，存在着诸多不确定性的影响因素，而且这些影响因素相互可能发生关联，同时这些影响因素对损失的贡献是非线性和动态变化的，使得既不能通过有效的数据累计确定风险事件发生的概率，也无法直接准确地判断其发生后的严重程度。尤其是当评估中涉及的评估指标较多时，评估指标的独立性与权重很难保证，因此，该技术容易造成评估指标间相关性的评估信息重复的问题。

该方法需要对每个设备独立进行评估，当面对大量设备需要进行风险评级时，工作量过大，而且由于人的主观性，使得评估过程中很难保持一致性，从而存在评估结果出现偏差的问题，评估结果的准确性较差。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术容易造成评估信息重复、准确性低的问题，提供一种电力通信设备风险评估方法。

一种电力通信设备风险评估方法，包括如下步骤：

(1)以电力通信设备的故障概率和业务损失量为评估因素建立电力通信设备的风险等级集，其中，每个风险等级对应设定的风险值范围；

(2)建立电力通信设备的故障概率类型集和业务损失类型集，其中，每个故障概率类型集对应设定的故障概率范围，每个业务损失类型集对应设定的业务损失量范围；

(3)根据所述故障概率类型集和业务损失类型集获取评判因素集，并确定评判因素集的各个评判因素的权重得到权重集；

(4)确定所述评判因素集中每个评判因素的故障概率类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度，以及每个评判因素的业务损失类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度；

(5)获取待评估电力通信设备的故障概率和业务损失量，并根据其对应的故障概率类型集和业务损失类型集以及所述模糊隶属度获取该待评估电力通信设备的隶属度矩阵，根据所述权重集及所述隶属度矩阵获取所述待评估电力通信设备风险值的评估结果向量；

(6)根据所述评估结果向量及所述风险等级集获取待评估电力通信设备的风险等级，并根据所述风险等级确定待评估电力通信设备的运行状态。

上述电力通信设备风险评估方法，以故障概率与潜在的业务损失量为电力通信设备风险评级的评估因素，避免了评估指标间相关性的评估信息重复的问题，通过将故障概率与潜在损失预分为不同的等级，对每一等级分别给出相应的隶属度矩阵，从而求出不同故障概率与业务损失量组合时的评判结果，在面对大量待评估的电力通信设备时，可根据设备的故障概率类型与业务损失类型直接查找出风险等级，进而根据风险等级确定设备状态，不仅大大地减少了工作量，并较好地保持评估结果的一致性，准确性较高。

附图说明

图1为一个实施例的电力通信设备风险评估方法流程图；

图2为一应用实例的风险评估的架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的电力通信设备风险评估方法的具体实施方式作详细描述。

参考图1所示，图1为一个实施例的电力通信设备风险评估方法流程图，包括如下步骤：

步骤(1)，以电力通信设备的故障概率和业务损失量为评估因素建立电力通信设备的风险等级集，其中，每个风险等级对应设定的风险值范围。

具体的，以可能发生故障的故障概率和潜在的业务损失量作为电力通信设备的评估因素，根据相关风险评估方法，将风险值的按大小分为若干个等级，对应于电力通信设备的若干个状态等级得到风险等级集，其中，每个风险等级对应一定的风险值范围。设定风险等级集为PTC={1,2,…,N}，当电力通信设备的风险值在某一等级对应的风险值范围内时，该等级即为电力通信设备的风险等级。

步骤(2)，建立电力通信设备的故障概率类型集和业务损失类型集，其中，每个故障概率类型集对应设定的故障概率范围，每个业务损失类型集对应设定的业务损失量范围。

具体的，故障概率为P_T，业务损失量为L_E，根据故障概率的大小可以划分为若干类型，故障概率类型集记为P={1,2,…,F}。每一种类型对应特定的故障概率范围，当电力通信设备的故障概率在某一类型对应的范围内时，该类型即为电力通信设备的故障概率类型，根据电力通信设备的业务损失量的大小分为若干类型，业务损失类型集记为L={1,2,…,G}。每一类型对应特定的业务损失量范围，当电力通信设备的业务损失量在某一类型的业务损失范围内时，该类型即为电力通信设备的业务损失类型。

步骤(3)，根据所述故障概率类型集和业务损失类型集获取评判因素集，并确定评判因素集的各个评判因素的权重得到权重集。

在一个实施例中，步骤(3)可以包括：将所述故障概率类型集和业务损失类型集的各元素两两组合获得评判因素集，根据各个故障因素的故障概率和业务损失量分别进行两两比较及量化获得判断矩阵，计算所述判断矩阵的最大特征向量并进行归一化获得权重集。具体的，记权重集为A=[a₁ a₂]，通过两两比较量化后的获得判断矩阵SA={a_ij}_2×2，计算得到所述权重集A=[a₁ a₂]。

步骤(4)，确定所述评判因素集中每个评判因素的故障概率类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度，以及每个评判因素的业务损失类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度。

具体的，单独确定评估因素集中每个评判因素在各等级时在风险等级集中的模糊隶属度。

当故障概率类型为i(i=1,2,…F)时，该故障概率类型对风险等级集的模糊隶属度矩阵为S_i=[r_i1 r_i2 … r_in]，其中，r_in(n=1,2,…,N)为大于等于0的实数，且各元素之和为1，表示对风险等级集C={1,2,…,N}中各元素的倾向度，r_in越大，表示故障概率类型倾向于相应风险等级。

当业务损失类型为j(j=1,2,…G)时，该业务损失类型对风险等级集的模糊隶属度矩阵为T_j=[r_i1 r_j2 … r_jn]，其中，r_jn(n=1,2,…,N)为大于等于0的实数，且各元素之和为1，表示对风险等级集C={1,2,…,N}中各元素的倾向度，r_jn越大，表示业务损失类型越倾向于相应风险等级。

步骤(5)，获取待评估电力通信设备的故障概率和业务损失量，并根据其对应的故障概率类型集和业务损失类型集以及所述模糊隶属度获取该待评估电力通信设备的隶属度矩阵，根据所述权重集及所述隶属度矩阵获取所述待评估电力通信设备风险值的评估结果向量。

在一个实施例中，步骤(5)中根据所述权重集及所述隶属度矩阵获取所述待评估电力通信设备风险值的评估结果向量的步骤，具体包括：

B_ij=AR_ij

$R_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{c}{S}_i\\ T_j\end{array}\right]$

S_i=[r_i1 r_i2 … r_iN]，r_in（n=1,2,…,N)

T_j=[r_j1 r_j2 … r_jN]，r_in（n=1,2,…,N)

其中，A为权重集，B_ij为待评估电力通信设备风险值的评估结果向量，S_i为评判因素r的故障概率类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度，T_j为评判因素r的业务损失类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度。

具体的，当故障概率类型为i(i=1,2,…F)时，当业务损失类型为j(j=1,2,…G)时，则

其隶属度矩阵为 $R_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{c}{S}_i\\ T_j\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{i1}& r_{i2}& \·\·\·& r_{\mathrm{iN}}\\ r_{j1}& r_{j2}& \·\·\·& r_{\mathrm{iN}}\end{array}\right],$ 待评估电力通信设备风险值的评估结果向量B_ij，则

$B_{\mathrm{ij}}={\mathrm{AR}}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}{a}_1& a_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{r}_{i1}& r_{i2}& \·\·\·& r_{\mathrm{iN}}\\ r_{j1}& r_{j2}& \·\·\·& r_{\mathrm{jN}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{b}_1& b_2& \·\·\·& b_N\end{array}\right].$

步骤(6)，根据所述评估结果向量及所述风险等级集获取待评估电力通信设备的风险等级，并根据所述风险等级确定待评估电力通信设备的运行状态。

在一个实施例中，步骤(6)具体包括：计算所述待评估电力通信设备的评估结果的加权平均值；根据所述加权平均值及所述风险等级集对应的风险值范围，确定待评估电力通信设备对应的状态等级。

具体的，对待评估电力通信设备B_ij采用加权平均，即令

$H=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ib}}_i$

当|H-n|≤0.5时(n=1,2,…,N)，；其中，H为加权平均值，待评估电力通信设备的风险等级为风险等级集中的第n类等级，由风险等级确定待评估电力通信设备的运行状态。

通过确定的运行状态表征了当前设备风险程度，为安排维护策略提供重要的技术支持，保障电力系统安全稳定运行。

综上所述，故障概率与潜在的业务损失量为电力通信设备风险评级的评估因素，解决了评估指标的独立性与权重的合理性问题，通过将故障概率与潜在损失预分为不同的等级，对每一等级分别给出相应的隶属度矩阵，从而求出不同故障概率与业务损失量组合时的评判结果，在面对大量待评估的电力通信设备时，可根据设备的故障概率类型与业务损失类型直接查找出风险等级，进而根据风险等级确定设备状态，不仅大大地减少了工作量，并较好地保持评估结果的一致性。

为了更加清晰本发明的电力通信设备风险评估方法，以下阐述一个基于本发明实现的应用实例。

将电力通信设备的风险影响及危害程度将风险值大小进行区分，分为六个风险级别：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、性级、怨级、怩级，其中对于同类设备Ⅰ级为最高风险级别，怩级为最低风险级别。

在设备故障概率分级中，令为通信电源故障概率，为设备故障概率，则总的故障概率P_T为：

P_T=P_PT+P_BT-P_PTP_BT

其中，N_W为环境因子，M_P为电源历史缺陷情况因子，P_P为电源基本故障概率；S为电源冗余因子，Y_P为电源运行时间因子，F_P为电源反措情况因子，M_B为设备历史缺陷情况因子，Y_B为设备运行时间因子，R为设备板卡冗余因子，F_B为设备反措情况因子。

故障概率类型分为六种，如表1所示：

表1

故障概率分级点计算；以多个的统计故障概率的平均值作为分级的参考基本故障概率PB\PP。

1)PT6=PBT6+PPT6；

PBT6：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=2，R=2时通信设备故障概率；

PPT6：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=2，S=2时的通信电源故障概率；

求出总的故障概率PT6作为VI故障概率的上限。

2)PT5=PBT5+PPT5；

PBT5：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=5，R=2时通信设备故障概率；

PPT5：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=4，S=2时的通信电源故障概率；

3)PT4=PBT4+PPT4；

PBT4：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=7，R=2时通信设备故障概率；

PPT4：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=6，S=2时的通信电源故障概率；

4)PT3=PBT3+PPT3；

PBT6：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=9，R=2时通信设备故障概率；

PPT6：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=7，S=2时的通信电源故障概率；

5)PT2=PBT2+PPT2；

PBT6：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=11，R=2时通信设备故障概率；

PPT6：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=9，S=2时的通信电源故障概率；

6)PT1=PBT1+PPT1；

PBT6：FB=1,MB=1，Nw=1，YB=13，R=2时通信设备故障概率；

PPT6：FP=1,Mp=1，Nw=1，YP=11，S=2时的通信电源故障概率；

在业务损失类型中，令业务损失为其中，设备重要度为D，设备网管功能系数H，该设备共承载K个业务，业务重要度分别为S_i，业务影响的业务数量为I_i，业务备用路由数为L_i。

业务损失类型分为六种类型，如表2所示：

表2

业务分级点计算；

$\mathrm{LE}=H\×D\×\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{S_i\×I_i}{L_i}\right)$

取H=1，设备重要度为最高等级D=0.2037，业务为最高等级S_i=0.462，备用路由L=2，情况下，用户数为特定数值时的损失作为分级节点。由不同的用户数I求出各分级点；

1)I=2时，代入上式求出LE6；

2)I=4时，代入上式求出LE5；

3)I=6时，代入上式求出LE4；

4)I=8时，代入上式求出LE3；

5)I=10时，代入上式求出LE2；

6)I=12时，代入上式求出LE1；

在风险分级中，参考图2所示，图2为本应用实例的风险评估的架构图，评判基本步骤如下：

1)评判目标：风险评估。

2)建立评判因素集，评判因素集是以影响评估对象的各种因素所组成的一个普通集合，A=[a₁,a₂]，其中a₁代表故障概率影响因素，a₂代表损失影响因素。

3)建立权重集，计算权重集为：A=[a₁,a₂]。

4)建立评估集；按导则将系统风险评估设置为6级：{风险很高，风险高，风险较高，风险中等，风险较低，风险低}，对应为C=[1，2，3，4，5，6]。

5)单因素模糊评估；确定评判因素集U中每一个评判因素的隶属度，建立一个从A到C的模糊关系，导出隶属度矩阵R=（r_ij)_2×6，其中，r_ij表示评判因素a_i对风险等级集c_j的隶属度，对每一个评判因素进行评估，得不同故障概率类型和业务损失类型下的隶属度，如下所示：

计算故障概率类型的隶属度；

■故障概率类型I：S₁=[0.9 0.1 0 0 0 0]；

■故障概率类型II：S₂=[0.2 0.7 0.1 0 0 0]；

■故障概率类型III：S₃=[0 0.2 0.7 0.1 0 0]；

■故障概率类型IV：S₄=[0 0 0.1 0.6 0.2 0.1]；

■故障概率类型V：S₅=[0 0 0 0.1 0.7 0.2]；

■故障概率类型VI：S₆=[0 0 0 0 0.1 0.9]；

计算业务损失类型的隶属度；

■业务损失类型I：T₁=[0.7 0.2 0.1 0 0 0]；

■业务损失类型II：T₂=[0.1 0.8 0.1 0 0 0]；

■业务损失类型III：T₃=[0 0.3 0.6 0.1 0 0]；

■业务损失类型IV：T₄=[0 0 0 0.7 0.2 0.1]；

■业务损失类型V：T₅=[0 0 0 0 0.8 0.2]；

■业务损失类型VI：T₆=[0 0 0 0 0.1 0.9]；

当设备的故障概率类型为i，业务损失类型为j时，隶属度矩阵 $R=\left[\begin{array}{c}{S}_i\\ T_j\end{array}\right]$

6)模糊评判；模糊评判是按每个评判因素的各个风险等级进行评估，记评估结果向量为B，其中B表示如下：

$B=\mathrm{AR}=\left[\begin{array}{cc}{a}_1& a_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \·\·\·& r_{16}\\ r_{12}& r_{22}& \·\·\·& r_{26}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{b}_1& b_2& \·\·\·& b_6\end{array}\right]$

7)评估结果，利用向量B对评估结果做出判定，常用的判定准则有最大隶属度原则和加权平均原则，为避免综合评估失效，一般采用加权平均原则，即评估结果为：

$H=\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ib}}_i$

则据H的值与评估集中的哪一类最接近，则该设备的风险即为该类等级，可以按就近取值方法，可得风险等级，例如，如表3所示：

表3

通过上述评估，即可由风险等级确定待评估电力通信设备的运行状态。通过确定的运行状态可以获取电力通信设备当前的风险程度，为安排维护策略提供重要的技术支持，保障电力系统安全稳定运行。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电力通信设备风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以电力通信设备的故障概率和业务损失量为评估因素建立电力通信设备的风险等级集，其中，每个风险等级对应设定的风险值范围；

(2)建立电力通信设备的故障概率类型集和业务损失类型集，其中，每个故障概率类型集对应设定的故障概率范围，每个业务损失类型集对应设定的业务损失量范围；

(3)根据所述故障概率类型集和业务损失类型集获取评判因素集，并确定评判因素集的各个评判因素的权重得到权重集；

(4)确定所述评判因素集中每个评判因素的故障概率类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度，以及每个评判因素的业务损失类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度；

(5)获取待评估电力通信设备的故障概率和业务损失量，并根据其对应的故障概率类型集和业务损失类型集以及所述模糊隶属度获取该待评估电力通信设备的隶属度矩阵，根据所述权重集及所述隶属度矩阵获取所述待评估电力通信设备风险值的评估结果向量；

(6)根据所述评估结果向量及所述风险等级集获取待评估电力通信设备的风险等级，并根据所述风险等级确定待评估电力通信设备的运行状态。

2.根据权利要求1所述的电力通信设备风险评估方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：

将所述故障概率类型集和业务损失类型集的各元素两两组合获得评判因素集；

根据各个故障因素的故障概率和业务损失量分别进行两两比较及量化获得判断矩阵；

计算所述判断矩阵的最大特征向量并进行归一化获得权重集。

3.根据权利要求1所述的电力通信设备风险评估方法，其特征在于，所述步骤(5)中根据所述权重集及所述隶属度矩阵获取所述待评估电力通信设备风险值的评估结果向量的步骤包括：

B_ij＝AR_ij

$R_{ij}=\left[\begin{array}{c}{S}_i\\ T_j\end{array}\right]$

S_i＝[r_i1 r_i2 … r_iN]，r_jn；其中，n＝1,2,…,N

T_j＝[r_j1 r_j2 … r_jN]，r_in；其中，n＝1,2,…,N

其中，A为权重集，B_ij为待评估电力通信设备风险值的评估结果向量，R_ij为隶属度矩阵，S_i为评判因素r的故障概率类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度，T_j为评判因素r的业务损失类型相对于所述风险等级集的模糊隶属度。

4.根据权利要求1所述的电力通信设备风险评估方法，其特征在于，所述步骤(6)具体包括：

计算所述待评估电力通信设备的评估结果的加权平均值；

根据所述加权平均值及所述风险等级集对应的风险值范围，确定待评估电力通信设备对应的状态等级。

5.根据权利要求4所述的电力通信设备风险评估方法，其特征在于，所述确定待评估电力通信设备对应的状态等级的步骤包括：

当|H-n|≤0.5时，其中，n＝1,2,…,N，待评估电力通信设备的状态等级为风险等级集中的第n类等级；其中，H为加权平均值。