基于深度學(xué)習(xí)的電力通信網(wǎng)運行趨勢與業(yè)務(wù)風(fēng)險分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力通信網(wǎng)安全領(lǐng)域，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的電力通信網(wǎng)運行 趨勢與業(yè)務(wù)風(fēng)險分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)是國家專用通信網(wǎng)之一，是電力系統(tǒng)重要組成部分，是電網(wǎng)調(diào)度 自動化、電網(wǎng)運營市場化和電網(wǎng)管理信息化的基礎(chǔ)，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重 要手段。當(dāng)前，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)以光纖、數(shù)字微波傳輸為主，衛(wèi)星、電力線載波、電纜、無線電 等多種通信方式并存，已實現(xiàn)了對除臺灣外所有省、自治區(qū)、直轄市的覆蓋，承載的業(yè)務(wù)涉 及語音、數(shù)據(jù)、遠動、繼電保護、電力監(jiān)控、移動通信等領(lǐng)域。
[0003] 當(dāng)前，電力通信網(wǎng)絡(luò)的運行維護目前基本上是基于設(shè)備告警的運行狀態(tài)管理模式 和基于周期計劃的檢修管理模式。為了改變一直以來單純依賴設(shè)備告警的被動處理模式， 亟需一套電力通信網(wǎng)運行趨勢分析模型和算法，來預(yù)測通信網(wǎng)發(fā)展趨勢，并為進一步研究 故障預(yù)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。然而，電力系統(tǒng)的特殊性決定了電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)上不同業(yè)務(wù)的 網(wǎng)絡(luò)資源占用的時空復(fù)雜性，因而在眾多變換復(fù)雜的因素共同影響下，對電力通信網(wǎng)運行 的趨勢進行精細預(yù)測變得異常困難，常規(guī)的回歸分析方法與統(tǒng)計建模方法的預(yù)測精度急劇 下降，進而在網(wǎng)絡(luò)運行趨勢預(yù)測基礎(chǔ)上對電力通信網(wǎng)進行安全風(fēng)險評估，其可信度將呈現(xiàn) 幾何級數(shù)下降。
[0004] 此外，電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的通信專網(wǎng)，承載著電力生產(chǎn)和管理的全部業(yè)務(wù)， 其系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生任何故障都可能對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴重威脅。有效地 評估電力通信網(wǎng)上運行的系統(tǒng)業(yè)務(wù)風(fēng)險，對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、維護與管理以及提高整個網(wǎng)絡(luò)運 行的可靠性等諸多方面都有著實際意義。當(dāng)前常用的評估方法有：層次分析法、模糊綜合評 判法、主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，但是由于電力通信網(wǎng)的復(fù)雜性和某些風(fēng)險因素的不 確定性，使得目前的評估方法都很難做出準確的評估，且指標體系不科學(xué)，指標數(shù)量繁多， 不能很好地反映評價各對象之間的相關(guān)性，評估過程的主觀性較大。
[0005] 因此，在電力通信網(wǎng)運行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)成的大數(shù)據(jù)背景下，結(jié)合當(dāng)前新 一代人工智能技術(shù)，運用深度學(xué)習(xí)設(shè)計一套統(tǒng)一的集成學(xué)習(xí)框架，對電力通信網(wǎng)運行趨勢 預(yù)測與業(yè)務(wù)風(fēng)險評估進行集成分析，二者集成一起分析既可以提高精度又可以提高效率。 而深度學(xué)習(xí)其動機在于建立、模擬人腦進行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模仿人腦的機制來解 釋數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)背景下對電力通訊網(wǎng)這種復(fù)雜的非完全結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，使用深度學(xué)習(xí)的方 法對其進行分析是必然而有效的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提出一種基于深度學(xué)習(xí)的電力 通信網(wǎng)運行趨勢與業(yè)務(wù)風(fēng)險分析方法，更準確地評估電力通信網(wǎng)運行狀況，并為電力通信 網(wǎng)業(yè)務(wù)風(fēng)險控制提供準確依據(jù)。
[0007] 該方法依據(jù)深度學(xué)習(xí)理論，構(gòu)建了一個多層的深度置信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將區(qū)縣所轄的 電力通信網(wǎng)歷史運行與監(jiān)測數(shù)據(jù)及相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并充分利 用該深度網(wǎng)絡(luò)強大的多輸出能力，把運行趨勢預(yù)測與業(yè)務(wù)風(fēng)險評估的各類可能組合作為不 同輸出模式，最終訓(xùn)練出能夠綜合判別本區(qū)縣電力通信網(wǎng)運行模式的深度模型。再將電力 通信網(wǎng)的歷史運行數(shù)據(jù)與實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為該模型的測試數(shù)據(jù)，利用訓(xùn)練的深度網(wǎng)絡(luò) 模型參數(shù)即可最終得到電力通信網(wǎng)運行趨勢預(yù)測與業(yè)務(wù)風(fēng)險評估結(jié)果，從而更準確地評估 電力通信網(wǎng)運行狀況，并為電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)風(fēng)險控制提供準確依據(jù)。
[0008] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0009] 一種基于深度學(xué)習(xí)的電力通信網(wǎng)運行趨勢與業(yè)務(wù)風(fēng)險分析方法，包括下述步驟：
[0010] 步驟1、從電力通信傳輸網(wǎng)管的接口采集電力通信網(wǎng)的歷史性能數(shù)據(jù)，所述電力通 信網(wǎng)的歷史性能數(shù)據(jù)為當(dāng)前監(jiān)測時間段之前一段時間的電力通信網(wǎng)誤碼率與光功率；
[0011] 步驟2、查閱電力通信網(wǎng)管理文檔，獲取電力通信網(wǎng)主要業(yè)務(wù)及各業(yè)務(wù)重要度評 級；查閱電力通信網(wǎng)建設(shè)相關(guān)資料，建立電力通信網(wǎng)的鄰接圖，并在鄰接圖中計算出電力通 信網(wǎng)中任意兩節(jié)點之間的最短路徑，再利用最短路徑獲得電力通訊網(wǎng)絡(luò)的鄰接圖中任意一 條邊的介數(shù)；
[0012] 步驟3、查閱電力通信網(wǎng)相關(guān)歷史記錄獲取電力通信網(wǎng)在當(dāng)前監(jiān)測時間段之前任 一時間段的歷史總業(yè)務(wù)風(fēng)險度，以及同一時間段中電力通信網(wǎng)的鄰接圖中任意一條邊所承 載的業(yè)務(wù)種類與數(shù)量，并用同一條邊的介數(shù)對其進行加權(quán)，獲得任意一條邊在當(dāng)前監(jiān)測時 間段之前的任一時間段的歷史業(yè)務(wù)風(fēng)險度；從電力通信網(wǎng)所覆蓋的各級電力公司、變電站 獲取在當(dāng)前監(jiān)測時間段時，電力通信網(wǎng)的鄰接圖中任意一條邊所承載的業(yè)務(wù)種類與數(shù)量， 并用同一條邊的介數(shù)對其進行加權(quán)，獲得任意一條邊在當(dāng)前監(jiān)測時間段的實時業(yè)務(wù)風(fēng)險 度；
[0013] 步驟4、構(gòu)造一個多層的深度置信網(wǎng)絡(luò)，其輸入層為任意時間段之前一段時間的電 力通信網(wǎng)歷史性能數(shù)據(jù)，以及該時間段的電力通信網(wǎng)中所有邊的實時業(yè)務(wù)風(fēng)險度，輸出為 該時間段的電力通信網(wǎng)運行趨勢預(yù)測與實時總業(yè)務(wù)風(fēng)險度的組合；利用步驟1，2,3中的數(shù) 據(jù)對該深度置信網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，計算出該深度置信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；
[0014] 步驟5、在監(jiān)測時間段之時，將當(dāng)前監(jiān)測時間段之前一段時間的電力通信網(wǎng)歷史性 能數(shù)據(jù)，以及當(dāng)前監(jiān)測時間段的電力通信網(wǎng)中所有邊的實時業(yè)務(wù)風(fēng)險度導(dǎo)入步驟4中的深 度置信網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，預(yù)測出電力通信網(wǎng)在當(dāng)前監(jiān)測時間段的運行趨勢以及實時總業(yè)務(wù) 風(fēng)險度；
[0015] 步驟6、在當(dāng)前監(jiān)測時間段結(jié)束后，再次從電力通信傳輸網(wǎng)管的接口采集當(dāng)前監(jiān)測 時間段電力通信網(wǎng)的真實性能數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)按時序添加到電力通信網(wǎng)歷史性能數(shù)據(jù)中； 將當(dāng)前監(jiān)測時間段的電力通信網(wǎng)中所有邊的實時業(yè)務(wù)風(fēng)險度數(shù)據(jù)按時序添加到所有邊的 歷史業(yè)務(wù)風(fēng)險度數(shù)據(jù)中；將當(dāng)前監(jiān)測時間段的電力通信網(wǎng)實時總業(yè)務(wù)風(fēng)險度按時序添加到 歷史總業(yè)務(wù)風(fēng)險度數(shù)據(jù)中，再用更新后的各類歷史數(shù)據(jù)重新對步驟4中的深度置信網(wǎng)絡(luò)進 行訓(xùn)練，更新該深度置信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并在下一監(jiān)測時間段重復(fù)步驟5,獲得下一監(jiān)測時間段 的運行趨勢以及實時總業(yè)務(wù)風(fēng)險度。
[0016] 作為進一步具體的技術(shù)方案，所述步驟1中的電力通信網(wǎng)的歷史性能數(shù)據(jù)為當(dāng) 前監(jiān)測時間段之前N個時間段的電力通信網(wǎng)歷史誤碼率OPi，…，0PN與歷史光功率ES^… ，ESN，每個時間段長6小時，不同時間段之間無時間間隔，其中OPpESi為距離當(dāng)前監(jiān)測時間 段最遠時間段的誤碼率與光功率，〇PN、ESN為當(dāng)前監(jiān)測時間段之前一個時間段的誤碼率與光 功率。
[0017] 作為進一步具體的技術(shù)方案，所述步驟2中的電力通信網(wǎng)主要業(yè)務(wù)包括繼電保護 Si、安全穩(wěn)定控制s2、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)s3、輸變電狀態(tài)監(jiān)測s4、變電站綜合監(jiān)控s5、調(diào)度電話s6、配 網(wǎng)自動化S7、配網(wǎng)運行監(jiān)控Ss、通信智能化管理系統(tǒng)S9、調(diào)度會商系統(tǒng)業(yè)務(wù)Si。、營銷業(yè)務(wù)管 理系統(tǒng)sn、客戶聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)S12、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)S13、95598及故障搶修管理系統(tǒng)S14、電能質(zhì) 量管理系統(tǒng)S15、用戶用電信息采集S16、電力市場交易運營S17、數(shù)據(jù)中心Sls、SG-ERPS19、會 議電視系統(tǒng)S2。、行政電話業(yè)務(wù)S21，其中下標中的阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示其前的業(yè)務(wù)的重要度 評級。
[0018] 作為進一步具體的技術(shù)方案，所述步驟2中的電力通信網(wǎng)的鄰接圖是將該網(wǎng)絡(luò) 覆蓋區(qū)域內(nèi)的750kV變電站、樞紐330kV變電站及各級區(qū)縣公司本部作為圖的η個節(jié)點 Α，…，νη，而將各節(jié)點之間架設(shè)的通訊線路作為圖的m條邊ei，…，^，每條邊長度為1 ;利用 Dijkstra算法計算鄰接圖中任意兩節(jié)點u，v之間的最短路徑。
[0019] 作為進一步具體的技術(shù)方案，利用Dijkstra算法計算鄰接圖中任意兩節(jié)點u，v之 間的最短路徑的具體做法如下：
[0020] (1)把η個節(jié)點Vl，…，vn的集合V分成兩個子集S與T，初始時，S= {u}，u的距 離為〇,T=ν-S，即包含除了u之外的其他節(jié)點，若u與T中頂點V有邊，則u，V距離為1， 若v不是u的出鄰接點，則u，v距離為無窮大;
[0021] (2)從T中選取一個距離u最小的頂點t，把t，加入S中；
[0022] (3)以t為新考慮的中間點，修改T中各頂點的距離；若從節(jié)點u到節(jié)點v的經(jīng)過 節(jié)點t的距離比原來不經(jīng)過節(jié)點t的距離短，則修改節(jié)點v的距離值，修改后的距離值為節(jié) 點t的距離加上邊長度；
[0023] (4)重復(fù)⑵和⑶直到所有節(jié)點都包含在S中；
[0024] 按上述方法，計算出電力通信網(wǎng)的鄰接圖中所有節(jié)點對之間的最短路徑，再分別 統(tǒng)計經(jīng)過每條邊的最短路徑的數(shù)目，作為該邊的介數(shù)，m條邊ei，…，eni的介數(shù)分別為B ，Bm〇
[0025] 作為進一步具體的技術(shù)方案，所述步驟3獲取電力通信網(wǎng)中一系列業(yè)務(wù)風(fēng)險數(shù) 據(jù)，具體步驟如下：
[0026] (1)所述步驟3中電力通信網(wǎng)在當(dāng)前監(jiān)測時間段之前任一時間段的歷史總業(yè)務(wù)風(fēng) 險度，是指當(dāng)前監(jiān)測時間段之前N個時間段的歷史總業(yè)務(wù)風(fēng)險度Pi，…，PN，每個時間段長6 小時，不同時間段之間無時間間隔，通過查閱電力通信網(wǎng)相關(guān)規(guī)范與歷史記錄，將整個電力 通信網(wǎng)在6小時長內(nèi)總業(yè)務(wù)風(fēng)險度劃分為1~K，共計K個級別，而Pi,…，PN的取值均為 1~K中的某一個值；
[0027] (2)所述步驟3中各時段的電力通信網(wǎng)中各邊的歷史業(yè)務(wù)風(fēng)險數(shù)據(jù)是按如下 方法獲?。河涗浉鳉v史時間段的鄰接圖A，…，化中各邊所承載業(yè)務(wù)情況[Cn，…，ClnJ，… ，[CN1，…，CN丄其中的任一元素表示第i時間段的第j條邊所承載的業(yè)務(wù)情況，其具體表 達形式為q= …，則h中的任一元素表示第i時間段的第j條邊所承載的第k 種業(yè)務(wù)的數(shù)量，如果該時段該邊不承載該業(yè)務(wù)，則此元素值為0,則第i時間段的第j條邊的 實時業(yè)務(wù)風(fēng)險度為巧=巧￡4?，其中為步驟2中計算出的第j條邊的介數(shù)，Sk為步驟 k=4 2中獲取的第k種業(yè)務(wù)的重要度評級；
[0028] (3)所述步驟3中當(dāng)前監(jiān)測時間段的電力通信網(wǎng)中所有邊的實時業(yè)務(wù)風(fēng)險度是通 過下述方法獲得的：記錄當(dāng)前監(jiān)測時間段時鄰接圖匕中各邊所承載業(yè)務(wù)情況[Cm…，CJ， 其中的任一元素表示當(dāng)前監(jiān)測時間段的第j條邊實時承載的業(yè)務(wù)情況，其具體表達形式 為…,<卞則中的任一元素 < 表示當(dāng)前監(jiān)測時間段中第j條邊實時承載的第 k種業(yè)務(wù)的數(shù)量，如果該時段該邊不承載該業(yè)務(wù)，則此元素值為0,則當(dāng)前監(jiān)測時間段的第j 條邊的