基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，可對架空輸電線路運行狀態(tài)進行實時評估。它將影響輸電線路運行狀態(tài)的各種因素作為條件屬性集、線路的運行狀態(tài)作為決策屬性，構(gòu)建輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)樣本訓(xùn)練得到條件概率表，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)特有的雙向推理技術(shù)，不僅能夠通過因果推理判斷線路的運行狀態(tài)，還能由診斷推理識別狀態(tài)隱患；當存在評估偏差時能夠通過自反饋系統(tǒng)預(yù)警和修正，實時動態(tài)修正評估數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)以適應(yīng)更新，切實保障輸電線路的健康運行。
【專利說明】基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)運行安全技術(shù)，具體涉及一種基于自反饋的雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國電力建設(shè)的快速增長，電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模日益增大，對架空輸電線路的安全穩(wěn)定運行、監(jiān)控及保護提出了更高的要求。架空輸電線路自投運起，就必須保證其輸電的能力以及運行的安全性和可靠性水平，在線路運行過程中出現(xiàn)的各種狀態(tài)，都在一定程度上影響整個線路的正常運行，甚至給整個電力系統(tǒng)的安全運行帶來了不同程度的影響和威脅。因此，如何提高架空輸電線路運行的效率，降低運行維護成本，確保線路長期正常穩(wěn)定的運行，已經(jīng)成為電力建設(shè)和發(fā)展迫切需要解決的關(guān)鍵問題。
[0003]輸電線路的運行狀態(tài)評估已成為國內(nèi)外研究的熱點，其評估效率及準確性對后續(xù)的檢修決策影響較大。因此，運用合理有效的手段，對架空輸電線路運行狀態(tài)的進行評估，研究監(jiān)測量與運行狀態(tài)之間的關(guān)系，對引起線路出現(xiàn)各種狀態(tài)的原因進行統(tǒng)計分析，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)跟蹤，切實準確掌握其運行狀態(tài)，還能針對不同的運行狀態(tài)評估結(jié)果及時采取相應(yīng)措施，從而延長線路的使用壽命，減少損失同時也保障了經(jīng)濟性和高效性。
[0004]目前，盡管已有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、馬爾科夫模型、故障樹分析法、蒙特卡羅模擬法、粗糙集等多種智能方法用于評估電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，但隨著電網(wǎng)規(guī)模的曰益擴大，對于輸電線路而言，當線路運行出現(xiàn)異常尤其是一些不確定性因素而導(dǎo)致線路故障的出現(xiàn)時，將會給線路的評估以及故障的診斷帶來難度，那么傳統(tǒng)智能運行狀態(tài)評估方法處理這種不確定性就顯得不夠。狀態(tài)評估的一些常用的傳統(tǒng)智能方法主要有以下不足:
[0005]1、架空輸電線路運行過程中呈現(xiàn)多種運行狀態(tài)，具有較大的隨機性和不確定性，而大部分傳統(tǒng)狀態(tài)評估方法僅關(guān)心線路運行出現(xiàn)故障狀態(tài)的情況，這樣容易忽視故障狀態(tài)出現(xiàn)前的一些不被注意到的狀況以及一些線路的異?，F(xiàn)象，
[0006]2、多數(shù)傳統(tǒng)狀態(tài)評估方法難以描述具有多態(tài)性的事件，把狀態(tài)評估僅分為正常和故障兩種情況分析，例如故障樹分析法和粗糙集法:故障樹分析法要求事件狀態(tài)的二態(tài)性和故障邏輯關(guān)系的確定性；粗糙集也不能處理偏好多屬性決策分類問題，對原始數(shù)據(jù)本身的模糊性缺乏相應(yīng)的處理方法。另外，故障樹中的邏輯門描述的都是確定性的邏輯關(guān)系，但對于輸電線路運行來說，有多種可能性導(dǎo)致其發(fā)生故障，上下級事件之間不一定存在確定的關(guān)系，這種情況下采用概率的方法來描述更為合適，而邏輯門卻不具有描述概率的能力。
[0007]3、在評估的效率、評估精度及評估規(guī)模方面，各種傳統(tǒng)評估方法差異較大，例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和蒙特卡洛法:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評估或預(yù)測對原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)要求較高，訓(xùn)練樣本數(shù)太少影響評估結(jié)果的精度，而過大的訓(xùn)練樣本集又會造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，訓(xùn)練時長，降低評估效率；蒙特卡洛法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相反，它對于大型系統(tǒng)富有成效，但其計算精度與計算時間的平方成反比，收斂速度較慢且誤差具有概率性；[0008]4、對于輸電線路運行狀態(tài)的評估過程，傳統(tǒng)方法只能定性地給出各負荷點的薄弱環(huán)節(jié)，但是，一般都不能定量給出某個元件或某幾個元件在整個系統(tǒng)可靠性中所占的地位，并且計算模型復(fù)雜、計算工作量隨系統(tǒng)規(guī)模呈指數(shù)關(guān)系增長，當系統(tǒng)中某些元件狀態(tài)已知時，現(xiàn)有方法很難計算出這些元件對整個系統(tǒng)或部分系統(tǒng)影響的條件概率，而這些條件概率對于改善和提高電力系統(tǒng)的可靠性是很有幫助的。
[0009]本發(fā)明在國家863計劃項目基金(2012AA050209)資助下，提出了《基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法》。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，能夠及時獲得線路運行狀況，掌握線路運行狀態(tài)，根據(jù)不同運行狀態(tài)對線路的運行作出及時的調(diào)整和維護，從而保證線路持續(xù)正常運行，減少不良狀況的出現(xiàn)，同時也切實保障了整個電力系統(tǒng)的正常運作。本發(fā)明具有雙向評估、自主反饋修正的優(yōu)勢，不僅實時高效、準確率高，而且評估內(nèi)容更加全面，為線路健康運行的改進提供依據(jù)。
[0011]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了的技術(shù)方案是:
[0012]一種基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其包括以下步驟:
[0013]步驟1、數(shù)據(jù)采集與處理:以架空輸電線路為對象，通過運行巡檢、在線監(jiān)測、預(yù)防性試驗和臺賬等獲取架空輸電線路運行的相關(guān)數(shù)據(jù)；對采集的數(shù)據(jù)進行量化處理，對必要數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理后的數(shù)據(jù)作為步驟2的輸入；
[0014]步驟2、自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估:所述自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與參數(shù)學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)推理與判斷；其中，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析是將架空輸電線路運行狀態(tài)各評估指標參量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行量化處理，建立架空輸電線路運行狀態(tài)評估的指標參量體系；所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與參數(shù)學(xué)習(xí)是依據(jù)狀態(tài)評估的指標參量體系建立架空輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行學(xué)習(xí)；所述網(wǎng)絡(luò)推理與判斷包括因果推理和診斷推理組成的雙向推理以及評估結(jié)果反饋；
[0015]步驟3、評估結(jié)果輸出與評估數(shù)據(jù)庫的管理:將步驟2獲得的評估結(jié)果輸出并反饋給評估數(shù)據(jù)庫。
[0016]所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析的方法包括以下步驟:
[0017]步驟2.1、構(gòu)建架空輸電線路運行狀態(tài)的評估指標參量體系，該評估指標參量體系構(gòu)建的方法是將步驟I的數(shù)據(jù)作為初始指標參量，刪除次要或優(yōu)先級較低的指標參量，保留重要的或優(yōu)先級較高的指標參量，以形成評估指標參量體系；所述指標參量包括設(shè)計值、規(guī)定值或運行經(jīng)驗值；
[0018]步驟2.2、架空輸電線路運行狀態(tài)的各評估指標參量數(shù)據(jù)的預(yù)處理與先驗估值。
[0019]步驟2.1中，所述初始指標參量包括架空輸電線路的基礎(chǔ)及防護設(shè)施、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串、金具、防雷設(shè)施及接地裝置、線路防護區(qū)共7個部件的指標參量以及影響該7個部件運行狀態(tài)的各基本部件單元構(gòu)成各部件的指標參量。
[0020]所述基礎(chǔ)及防護設(shè)施的指標參量包括:拉線基礎(chǔ)埋深以及拉線棒銹蝕；所述桿塔的指標參量包括:桿塔傾斜度、桿或塔頂撓度、桿塔橫擔(dān)歪斜度、鐵塔、鋼管塔主材彎曲度以及混凝土桿裂紋；
[0021]所述導(dǎo)地線的指標參量包括:腐蝕、斷股、損傷和閃絡(luò)燒傷的情況、導(dǎo)線弧垂及對地距離、導(dǎo)地線腐蝕、交跨距離、地線上揚、線路覆冰、舞動；
[0022]所述絕緣子串的指標參量包括:絕緣子串傾斜情況、復(fù)合絕緣子檢測、瓷質(zhì)盤形懸式絕緣子檢測、復(fù)合絕緣子外觀檢查、盤型或瓷質(zhì)絕緣子清掃、外觀檢查情況、絕緣子污移1 ;
[0023]所述金具的指標參量包括:金具銹蝕、磨損、裂紋、變形情況、屏蔽環(huán)、均壓環(huán)、間隔棒、防振錘、重錘片、護線條、阻尼線等保護金具情況、接續(xù)金具變形情況、金具裂紋、螺栓擰緊力矩值；
[0024]所述防雷及接地裝置的指標參量包括:接地引下線斷開的基數(shù)、接地電阻值、接地引下線銹蝕、損傷直徑、接地體埋深、絕緣地線間隙、防雷間隙、預(yù)防性試驗指標；
[0025]所述線路防護區(qū)的指標參量包括:架空輸電線路對下方各類桿線、樹木以及建設(shè)的公路、橋梁等的交跨距離、通道內(nèi)樹木、建筑情況。
[0026]所述步驟1.2具體包括:
[0027]根據(jù)各個指標參量中的設(shè)計值、規(guī)定值或運行經(jīng)驗值設(shè)定各個指標參量的狀態(tài)屬性值，以P (Ci=l，2，3,4)表示狀態(tài)屬性(正常、注意、異常和嚴重)概率，作為各指標參量的先驗估值；基本思路是根據(jù)歷史觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計一段時間(例如以年為時間段統(tǒng)計)內(nèi)監(jiān)測出的各基本單元處于某種狀態(tài)的次數(shù)或數(shù)量與總監(jiān)測次數(shù)或總數(shù)量的比值即狀態(tài)出現(xiàn)頻率作為狀態(tài)屬性概率的估值。所述先驗估值的計算如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、數(shù)據(jù)采集與處理:以架空輸電線路為對象，通過運行巡檢、在線監(jiān)測、預(yù)防性試驗和臺賬等獲取架空輸電線路運行的相關(guān)數(shù)據(jù)；對采集的數(shù)據(jù)進行量化處理，對必要數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理后的數(shù)據(jù)作為步驟2的輸入； 步驟2、自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估:所述自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與參數(shù)學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)推理與判斷；其中，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析是將架空輸電線路運行狀態(tài)各評估指標參量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行量化處理，建立架空輸電線路運行狀態(tài)評估的指標參量體系；所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與參數(shù)學(xué)習(xí)是依據(jù)狀態(tài)評估的指標參量體系建立架空輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行學(xué)習(xí)；所述網(wǎng)絡(luò)推理與判斷包括因果推理和診斷推理組成的雙向推理以及評估結(jié)果反饋； 步驟3、評估結(jié)果輸出與評估數(shù)據(jù)庫的管理:將步驟2獲得的評估結(jié)果輸出并反饋給評估數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析的方法包括以下步驟: 步驟2.1、構(gòu)建架空輸電線路運行狀態(tài)的評估指標參量體系，該評估指標參量體系構(gòu)建的方法是將步驟1的數(shù)據(jù)作為初始指標參量，刪除次要或優(yōu)先級較低的指標參量，保留重要的或優(yōu)先級較高的指標參量，以形成評估指標參量體系；所述指標參量包括設(shè)計值、規(guī)定值或運行經(jīng)驗值； 步驟2.2、架空輸電線路運行狀態(tài)的各評估指標參量數(shù)據(jù)的預(yù)處理與先驗估值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟2.1中，所述初始指標參量包括架空輸電線路的基礎(chǔ)及防護設(shè)施、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串、金具、防雷設(shè)施及接地裝置、線路防護區(qū)共7個部件的指標參量以及影響該7個部件運行狀態(tài)的各基本部件單元構(gòu)成各部件的指標參量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于， 所述基礎(chǔ)及防護設(shè)施的指標參量包括:拉線基礎(chǔ)埋深以及拉線棒銹蝕；所述桿塔的指標參量包括:桿塔傾斜度、桿或塔頂撓度、桿塔橫擔(dān)歪斜度、鐵塔、鋼管塔主材彎曲度以及混凝土桿裂紋； 所述導(dǎo)地線的指標參量包括:腐蝕、斷股、損傷和閃絡(luò)燒傷的情況、導(dǎo)線弧垂及對地距離、導(dǎo)地線腐蝕、交跨距離、地線上揚、線路覆冰、舞動； 所述絕緣子串的指標參量包括:絕緣子串傾斜情況、復(fù)合絕緣子檢測、瓷質(zhì)盤形懸式絕緣子檢測、復(fù)合絕緣子外觀檢查、盤型或瓷質(zhì)絕緣子清掃、外觀檢查情況、絕緣子污穢； 所述金具的指標參量包括:金具銹蝕、磨損、裂紋、變形情況、屏蔽環(huán)、均壓環(huán)、間隔棒、防振錘、重錘片、護線條、阻尼線等保護金具情況、接續(xù)金具變形情況、金具裂紋、螺栓擰緊力矩值； 所述防雷及接地裝置的指標參量包括:接地引下線斷開的基數(shù)、接地電阻值、接地引下線銹蝕、損傷直徑、接地體埋深、絕緣地線間隙、防雷間隙、預(yù)防性試驗指標； 所述線路防護區(qū)的指標參量包括:架空輸電線路對下方各類桿線、樹木以及建設(shè)的公路、橋梁等的交跨距離、通道內(nèi)樹木、建筑情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟2.2具體包括: 根據(jù)各個指標參量中的設(shè)計值、規(guī)定值或運行經(jīng)驗值設(shè)定各個指標參量的狀態(tài)屬性值，以Ρ((；=1，2，3，4)表示狀態(tài)屬性概率，作為各指標參量的先驗估值；所述狀態(tài)屬性包括正常、注意、異常和嚴重，所述先驗估值的計算如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與參數(shù)學(xué)習(xí)包括以下步驟: 步驟2.3、架空輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建；所述的架空輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由基礎(chǔ)及防護設(shè)施、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串、金具、防雷設(shè)施及接地裝置、線路防護區(qū)這7個部件以及影響各部件運行狀態(tài)的若干各基本部件單元共同構(gòu)成的有向無環(huán)圖； 步驟2.4、架空輸電線路運行狀態(tài)評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)學(xué)習(xí)；所述參數(shù)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的條件概率分布，采用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)的學(xué)習(xí)和基于貝葉斯統(tǒng)計學(xué)的學(xué)習(xí)，當數(shù)據(jù)不完備時采用基于EM算法的學(xué)習(xí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述條件概率為子節(jié)點同父節(jié)點的相關(guān)關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)推理與判斷包括以下步驟: 步驟2.5、架空輸電線路運行狀態(tài)的雙向推理，所述雙向推理包括前向因果推理和后向診斷推理； 其中，所述前向因果推理即由原因推至結(jié)果，其方法是:結(jié)合歷史信息和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用鏈規(guī)則和條件獨立性將聯(lián)合概率分解，改變節(jié)點的消元順序及求和與乘積運算的先后秩序，求某節(jié)點指標的狀態(tài)概率；所述后向診斷推理由結(jié)果推至原因，識別薄弱點，其方法是:利用相鄰節(jié)點傳遞的信息和條件概率計算，以求得后驗概率； 步驟2.6、推理結(jié)果的判定，取狀態(tài)概率以及后驗概率中的最大值作為最終的評估結(jié)果，最后狀態(tài)結(jié)果輸出評語為“正常、注意、嚴重和異?！?4種； 步驟2.7、當評估結(jié)果與實際狀況不一致時，對于產(chǎn)生較大評估偏差進行相關(guān)的條件概率的修正，并同時更新評估數(shù)據(jù)庫。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟3中評估數(shù)據(jù)庫的管理包括: 在評估數(shù)據(jù)庫中輸入并實時更新架空輸電線路運行狀態(tài)的各指標參量；架空輸電線路運行狀態(tài)的各指標參量的先驗估值的更新；架空輸電線路運行狀 態(tài)的各指標參量的條件概率表的更新與修正。
【文檔編號】G06Q50/06GK103793853SQ201410027588
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】常安, 陳岳, 王海軍, 宋云海, 鄧軍, 李晉偉, 張晗, 林冰垠, 周榮 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心, 廣州安電測控技術(shù)有限公司