基于数据挖掘的电力在线技术监督平台设计.pdf

20ElectricalAutomation在本文1gDPowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期基于数据挖掘的电力在线技术监督平台设计郝金鹏，吴波，马云龙，杨凯，房子祎（国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏银川7 50 0 0 1）摘要：为提高电力在线技术监督平台的电力信号故障识别率和正判率，设计了一种基于数据挖掘的电力在线技术监督平台。通过对平台的硬件和软件进行设计，使用数据挖掘技术对预处理后的电力信号数据加以分析，完成数据组划分工作。根据关联规则以及历史数据特征，判断并输出数据组相应结果。测试结果表明：设计平台的故障数据识别率和正判率较高，达到了预期的要求，平台性能出众，应用效果好。关键词：数据挖掘；技术监督；电力信号；识别率；正判率D0I:10.3969/j.issn.1000-3886.2023.04.007中图分类号TM7699文献标志码A文章编号10 0 0-38 8 6(2 0 2 30 4-0 0 2 0-0 3esign of Power Online Technical Supervision Platform Based on Data MinirHao Jinpeng,Wu Bo,Ma Yunlong,Yang Kai,Fang Ziyi(Electric Power Research Institute,State Grid Ningxia Electric Power Co.,Ltd.,Yinchuan Ningxia 750001,China)Abstract:In order to improve the power signal fault recognition rate and positive judgment rate of the power online technical supervision platform,a power online technical supervision platform based on data mining was designed.By designing the hardware and software of theplatform,the data mining technology was used to analyze the preprocessed power signal data,and the data group division wascompleted.According to the association rules and historical data characteristics,the corresponding results of the data group were judgedand output.The test results show that the fault data recognition rate and positive judgment rate of the designed platform are high,whichmeets the expected requirements.It can be seen that the platform has outstanding performance and good application effect.Keywords:data mining;technical supervision;electric power signal;recognition rate;positive judgment rate0引言在电力系统高速发展的过程中，智能化技术逐渐与之结合，构建了现代化电力系统1-2)。对电力系统进行实时监督对于其发展具有重要的现实意义。国内外相关学者对此展开了研究，聂春雷等3提出了基于大数据与人工智能技术的电力在线监督平台设计，结合电网公司的特征，考虑大数据和人工智能技术的应用，设计了电力系统在线技术监督平台。龙建平等4 提出了一种火电厂环保远程技术监督平台的设计，通过构建大气污染物监测、排污许可监督、环保技术监督、环保电价管理、环保税管理和设备故障分析等6 大功能模块，提高了环保技术监督工作效率以及环保技术监督服务水平以上研究在电力系统的监督工作中取得了一定的使用效果。但以上平台应用于电力在线技术监督平台的设计中，存在数据处理能力不高的问题，所得监督效果正判率不高，影响平台应用效果。为此，本文提出一种基于数据挖掘的电力在线技术监督平台，以期获取可靠性更高的监督结果，为电力系统的日常维护提供判定条件。1基于数据挖掘的电力在线技术监督平台硬件优化针对当前电力在线技术监督平台部分使用性能不高的问题，定稿日期：2 0 2 2-0 3-0 5基金项目：国网甘肃省电力公司科技攻关项目（2 0 339 9 49 4）框架如图1所示。该平台将信号采集器采集到的数据通过传感器传输到外设层的存储器和处理层的独立数据处理器中。1.1平台前端采集传感器设计本文将电力系统的监测设备设定为传感器的形式。传感器的连接方式如图2 所示，传感器的型号为BA50L-AV/I,输出电流时，负载40 0 Q（12 V 供电）或8 0 0 Q2（2 4V供电）。在此电路中增加电压型转换器模拟电压信号，同时使用MAX8875作为稳压电路，以此控制传感器运行的稳定程度。在传感器电路中采用USB供电，并在此电路中设定电路基础电压标准以及外部电压标准两种形式，以保证此传感器可在平台中稳定运行。研究中应用数据挖掘技术对其展开相应的设计，平台硬件控制层处理层外设层信号解调器集线器R控制终端存储器独立数据处理器信号采集器图1电力在线技术监督平台硬件框架输出猴传感器R,电源图2传感器连接端样式ElectricalAutomation21PowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期1.2数据存储器设计此次平台中使用的数据存储器为NANDFLASH芯片，其芯片对于平台的供电要求相对较低，数据存储区域较大，可实现对多种数据的同时处理5。在每个存储单元设定加载行位置，可通过总线对其数据库中的页数展开查询，由于数据量较大，将数据页设定为16 kB的存储空间以及12 8 B的空闲空间。为满足平台的数据存储要求以及数据读取需求，在存储器芯片划分为多个存储阵列，并对其进行分组，以此实现多元数据同期处理。在对存储器进行内部划分后，将其有序连接在中央控制芯片下端。1.3中央控制芯片选型作为平台的核心器件，中央控制芯片承载着数据处理以及指令传输的重要任务。因此，将其控制芯片设定为一种高集成、低能耗的微型控制器，支持多种数据存储速度，并设有多个指令收发器，在其外围设定多个接脚。芯片基本结构如图3所示。RAM连接器收发器接口串行控制器核心GPIF存储i/O接口图3中央控制芯片基础结构根据图3的基础结构，设定中央控制器基础架构，并根据平台运行要求设定相应的芯片参数，为后续的平台软件优化提供开发环境。2基于数据挖掘的电力在线技术监督平台软件设计2.1电力信号数据挖掘处理假设处理后的电力信息数据第1代信息群中包含n中信息类型s，则此时数据类型之间的平均距离可表示为6：2d(s.)d=豆(1)n(n-1)式中：s，为第i种信息类型；d为数据类型之间的平均距离；l为电力信息数据的代数；n为信息类型的数量。根据上式，对平台中的数据多样性进行定义，则有：ddd.dmaxD(2)max1ddmax式中：dmax为预设的计算参数。使用上述两个公式调节第1代信息群中的数据群核心、数据群半径r以及数据群变化半径R。=o+8.D(3)r=To+8,(1-D)(4)R=Ro+8r(1-D)(5)式中：8 8,R分别为相应参数的调节范围；oTo、R。分别为初始的数据群核心、初始的数据群半径和初始的数据群变化半径。使用上述公式可完成数据群组的划分。在不断地送代计算中，数据组之间的相似度逐渐提升，数据多样性不断下降，实现了电力信号数据挖掘处理，最终得到数据分类结果。将此分类结果作为后续监督预警过程中的数据基础。2.2电力在线技术监督预警在完成电力信号数据分类后，将分类结果与历史故障数据特征进行比对，实现电力在线技术监督预警功能。具体计算过程如下。假设处理后的数据组为G,故障数据组特征为H。此时,G中包含H的概率可表示为p（G U H）。根据关联规则原理7，通过支持度（support）、置信度（confidence）、提升度（lift）三个指标来度量电力在线技术监督预警功能的关联规则，则有：support(G=H)=p(GUH)(6)conidence(GH)=p(G|H)(7)此时，两者的关联性可表示为：lift(G,H)=P(GUH)(8)p(G)p(H)若lift(G,H）=1,则此时数据组为故障数据组,应对其进行预警;lift(G,H）1,则此时数据组与故障数据组较为接近,应进行严密监督。对上述内容进行整合后，实现平台的基础功能。3平台应用测试本文提出了一种基于数据挖掘的电力在线技术监督平台。为验证此平台具有一定的使用价值，构建系统测试环节，进行平台功能测试和平台性能测试。3.1平台功能测试在进行测试前，需要分析平台的基础硬件连接情况。经多次检查确定平台的硬件框架连接稳定，可进行后续的功能测试。本次测试用例与测试结果如表1所示。表1功能测试用例及结果测试测试用例测试用例测试结果结果分析模块序号用户登录平台服务器均正常运行，可成功登录符合预期1模块用户使用正确的用户名及平台结果要求密码登录此平台信息处理平台数据库可正常运行，符合预期在数据库中增2模块在数据库中添加相关数据结果要求加了相应的数据数据统计对预设电力数据进行统可完成数据分符合预期2分析模块计分析，获取数据特征析，获取相应结果要求结果电力设备在平台数据库中增加电数据库中导人符符合预期4管理模块力设备数据电力设备数据结果要求技术监督对电力设备的某个技术可对电力设备备符合预期5模块进行监测，获取监督结果进行在线监督结果要求经过多轮功能模块测试可以发现，平台通过全部的测试用例，整个平台能够正常运行，且实现平台的基本功能。目前此平台可达到预期的设计要求，对其使用可进行基础的电力在线技术监督。22ElectricalAutomation上接第19 页）PowerSystem&Automation电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期电力系统及其自动化3.2平台性能测试3.2.1平台性能测试环境在平台性能测试过程中，使用VC+语言构建平台性能测试环节，对平台的电力在线技术监督情况进行分析。测试环境硬件配置如下：CPUIntel3.6GHz；RA M 8 G B。设定9 组不同的故障样本，完成平台测试内容，并对测试结果加以分析。3.2.2平台性能测试过程采用预设的平台性能测试样本，对平台运行效果加以分析。将数据输入平台中，统计平台故障数据识别量以及正判量，作为评价平台在线技术监督效果的主要标准。此两组指标计算过程设定如下：W=Q/W(9)V=T/Q(10)式中：为平台输出的识别率；Q为平台各组别中的数据识别量；W为各组别中的数据总量；u为平台输出的正判率；T为识别结果中正确的故障类别识别结果。将识别率与正判率的基础数据取值范围设定为94.00%,96.00%，则测试结果在此区间内，可证实平台具有的应用效果。根据上述设定，完成平台性能测试。3.2.3平台性能测试结果分析根据上述设定内容完成平台测试环节，并将测试结果与文献3方法和文献4方法进行性能对比，其中测试的识别率结果如图4所示，正判率结果如图5所示。由图4和图5可知，本文设计平台的识别率与正判率测试结果均符合预设要求，在9 4%9 6%之间。且本文平台的识别率与正判率均高于文献3方法和文献4方法。主要是本文设计的平台应用了电力信号数据挖掘处理技术，更容易完成电力信100r本文平台方法文献3方法一文献4方法9896（%）/率咕94929088123456789测试组序号图4识别率测试结果参考文献：【1王建元，朱永涛，秦思远。基于方向行波能量的小电流接地系统故障选线方法J：电工技术学报，2 0 2 1，36（19）：40 8 5-40 9 6。【2 赖平，周想凌，邱丹小电流接地系统暂态电流频率特性分析及故障选线方法研究J.电力系统保护与控制，2 0 15，43（4）：51-57.【3苏小青，余锐，白杰，等利用暂态零序电流波形特征的谐振接地系统故障选线方法J：电力电容器与无功补偿，2 0 19，40（4）：106-111.100r本文平台方法文献3方法文献4方法9896(%)/率味工亚94929088123456789测试组序号图5正判率测试结果号数据分类。可见，本文设计平台的监督结果输出可靠。平台性能更出众，应用效果更佳。4丝结束语本文设计了一种基于数据挖掘的电力在线技术监督平台。通过硬件和软件设计，挖掘电力信号数据，实现了电力在线技术监督预警。最后通过性能测试，得到了比传统方法更高的电力信号故障识别率和正判率，表明本文设计平台监督结果输出更可靠，性能测试结果好,应用效果好。在日后的研究中还需对平台在不同的应用环境中进行性能测试，进一步优化系统软件，力求得到最优监督结果。参考文献：【1张国斌，张叔禹，刘永江，等基于大数据与人工智能技术的电力在线技术监督平台建设方案J热力发电，2 0 19，48（9）：9 410 0.【2 刘炎，夏向阳，李明德，等高压电力电缆轨迹法在线监测方法J电力科学与技术学报，2 0 19，34（3）：2 0 2-2 10.【3聂春雷，肖忠良基于大数据与人工智能技术的电力在线监督平台设计J.通信电源技术，2 0 2 0，37（6）：12 3-12 4.【4龙建平，张志勇，赵全中，等火电厂环保远程技术监督平台的设计与应用J广西电力，2 0 2 0，43（2）：7 0-7 4.【5曹明良，李国和，冯，等基于电力系统大数据治理的软件数据平台设计与研究J.计算技术与自动化，2 0 2 0，39（3）：135-139.【6 杨政，尹春林，蔡迪，等。一种基于成词率和谱聚类的电力文本领域词发现方法J.电子技术应用，2 0 2 1，47（10）：2 9-32；37【7 李俊楠，李伟，李会君，等基于大数据云平台的电力能源大数据采集与应用研究J电测与仪表，2 0 19，56（12）：10 4-10 9.【作者简介】郝金鹏（19 8 5一），男，黑龙江尚志人，本科，高级工程师，研究方向：输电设备运维检修及技术监督管理。4冯光，管廷龙，王磊，等利用电流电压导数线性度关系的小电流接地系统接地故障选线J.电网技术，2 0 2 1，45（1）：2 1-2 9.【5刘谋海，方涛，姜运，等基于暂态主频分量相关性分析的故障选线方法J电力系统保护与控制，2 0 16，44（2）：7 4-7 9.【6 刘柱，曹敏，董涛基于波形相似度的小电流接地故障选线J.电力系统保护与控制，2 0 17，45（2 1）：8 9-9 5.【作者简介】王铭（19 7 7 一），女，山东烟台人，硕士，副教授，从事配电网自动化技术研究工作。