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基于物联网技术的电网主设备管理创新模式探究
2017-08-21 10:30:38  作者:黄炜昭 吕启深等  来源:中国设计师网  
  •   电力产业作为我国社会经济现代化建设重要保证性力量,其发展一直与产业结构调整和社会生活有着密切关系。构建物联网技术下的电网主设备管理系统框架,鉴于物联网技术下将获取大量主设备采集数据,这就涉及到互联网信息背景下大数据信息挖掘,以此实现对于电网主设备运行状态监控和管理,本文选用数据挖掘技术ID3算法,并对该算法进行有效改进,试验结果表明,ID3算法改进前后,能够对电网主设备状态和运行进行有效监控和管理,改进后ID3算法具有较高执行效率。
  基于物联网技术的电网主设备管理创新模式探究

  深圳供电局有限公司 黄炜昭 吕启深 黄荣辉

  深圳市康拓普信息技术有限公司 邓琨 刘典安

  引言

  我国“十二五”规划中明确规定供电产业可持续发展战略,到2015年基本实现全面城市稳定供电效率达到100%,农村不应低于99.786%。为实现这一目标,供电企业必须要积极实现电网高端装备技术建设性投入和资产管理优化配置,实现科学性、可靠性和供电能力系统化协同提升。电力系统各个设备具有发输配统一化完成特点,这也就要求电网具有更加稳定运行,而确保电网稳定性运行核心关键性技术,就在于电网主设备可靠性。随着互联网信息、智能终端和传感器技术不断融合发展,为电力系统构建大数据框架背景下智能电网,提供核心技术性支持保障,这也为电力产业可持续健康发展,创造新机遇和挑战,如何有效构建信息流、业务流和电力流一体化运行体系,已经成为供电企业组织管理者和社会各方面研究人员关注一个热点问题。2010年,国务院政府工作报告明确指出,要积极加速物联网技术不断创新和应用,这也标志着我国将物联网技术提升为战略发展维度;欧美等国提出智慧地球概念,也就是说将互联网信息技术融入到工业生产各个部门和环节,同时,实现传感器智能化终端嵌入到社会经济生活各个领域,构成一个大平台环境下物联网体系[1,2]。我国社会经济发展和新城市化建设步伐不断加快,电网也迎来重大发展机遇,而现代电力网络化信息技术、状态监测和故障诊断,使得电网主要设备管理更加复杂化和多样化,为更好实现我国电网稳定运行和电力产业可持续发展,就需要应用现代智能终端技术,对于电网主电力设备进行信息化创新管理,本文在分析电网物联网框架基础上,依据智能信息处理技术,以电网主设备故障诊断为研究对象,应用数据信息挖掘技术ID3算法,实现物联网技术背景下的电网主设备管理模式创新[3]。

  1 电网主设备物联网创新管理框架

  电网主设备智能物联网技术是为电网稳定运行供电提高重要技术保障支撑平台,通过将电网与物联网核心技术融合,实现电网主设备运行各个环节智能化监控,能够有效提升智能电网信息流通速率和时效性,同时,能够实现电网主设备信息流的数据库管理,构建电网主设备信息感知服务平台,从而完成电网主设备智能化管理[4,5]。电网主设备物联网技术框架可分为3个基本层次,即感知层、网络层和服务应用层。一是电网主设备的物联网感知层,主要的功能是负责电网运用过程中各个环节,相关终端设备信息有效采集。同时,感知互动层选用电网多元化和多层次传感器,实现预判电网状态信息数据获取,例如电网采集专用摄像头。对于感知层可以进一步划分为两个主要部分,第一部分为通过各种类型传感器及智能化识别装置,获取对象的电网运行状态信息数据;第二部分是通过射频识别和无线传感器技术,实现第一部分网络化信息传输;二是网络层,主要完成对于感知层所获得各类传感器信息,进行广域和区域网内传输,主要信息传递通道是电力无线专业网络,同时,网络通讯可以通过第三方电信运行上完成,电网设备物联网技术数据化管理和处理,也需要在平台网络层中实现,这也是物联网关键性核心技术,关于所获得电网主设备传感器数据存储、查找和分析,可以通过计算机互联网云平台实现,云平台是智能化物联网技术重要组成部分。三是服务应用层,电网主设备物联网技术服务层主要完成,电网中大数据信息分析和处理,完成实际意义上电网主设备监控、故障诊断和报警。依据电网主设备物联网技术要求,可以将服务应用层分解,电网主设备运行状态监测和人机交互显示界面[6,7]。

  2 电力主设备故障诊断创新管理

  电网主设备物联网技术系统中,通过感知层能够准确获取电网主设备各个状态,例如传感器对于主设备状态和指标,而这里就需要一个桥梁性保障技术,即对电网设备状态和指标分析,并且在整个物联网电力主设备创新模式中,起到核心保障作用。随着互联网信息技术的不断创新和应用,数据挖掘手段已经成为在复杂环境和大数据背景下,获取有用信息的关键性技术,能够有效提取对应隐含性信息,并且通过信息传递技术,进行电网主设备的报警。电网稳定运行一个重要前提条件就是电力主设备无故障运行就需要建立可靠电力设备检修体系,通过对于电力主设备在线监测,实时获取电网运行数据,并通过数据挖掘技术,进行数据整合性和协同处理,以此获取整个电网异常和故障部位,并且做出相应故障预测和检修,实现电网运行可靠性增加和最优成本管理,电力主设备故障诊断创新管理平台如图1所示。

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  2.1 数据挖掘技术算法

  自1960年以来,数据挖掘策略树算法,在数据库数据统计、分析、预测和特征提取中,被科学界广泛应用于实践性操作。1986年由Quilan,提出机器学习和知识发现ID3算法,更加获得相应数据挖掘领域科学家的重视。决策树算法是一个由上至下,分类分层次操作统计性划分成数据库子项,通过迭代循环算法,实现最终数据评价准则。数据库数据挖掘决策树算法,树中每一个叶节点代表对应一个分类类别。通过建立决策树,可以由上而下进行数据库分类信息提取,首先基于树根部节点,通过任意一个节点所属分类进行子节点归类,直到创建叶节点,可以说叶节点就是数据库样本所对应分类特征[8]。

  2.2 ID3算法基本理论

  数据库数据挖掘信息ID3算法选用权重信息值,作为数据库属性关联节点区分类别指标。依据香农提出的信息理论和采样定理,其对应的信息和加权平均信息之间定义是:

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  2.3 ID3算法改进

  通过分析电网主设备故障状态和信息,构建ID3算法阶段属性特征值,并且用0,1表示,能够有效计算最高信息增益,从而实现物联网技术下电网主设备数据挖掘决策树模型。ID3算法在电网设备故障数据挖掘中存在一定的问题:

  (1)ID3算法使用需要在离散属性下使用;

  (2)ID3算法在选取信息熵增益过程中,评价主要是依据树状结构建立错误频率进行的。由于没有对树状结构的高度和内部节点个数进行引入式分析,而高度和节点直接点数据库数据预测的速度和规模有较大的影响作用会对ID3算法执行效率及计算结果产业不必要影响。

  对于ID3算法进行了如下改进:

  (1)ID3算法处理连续和离散属性,可以通过设置对应合适阀值,并且动态划分相应的数据;

  (2)关于ID3算法熵增益效率问题,选用电网主设备故障的信息比率替换相应信息增益,并进行电网主设备故障信息决策树属性,进行取值可能性考虑。

  改进ID3算法在决策树建立过程中,任意一个节点目标函数就是要确定数据库数据信息分类中属于该项节点特征新型纪律点。每一个节点再生数值能够有效反映数据库属性化优劣。应用最小信息加权平均熵值 指数,进行相应节点再生效应判断和评价, 指数可以对连续和离散型字段进行相应的划分,同时在相应计算机计算过程中,可以确定数据库数据类别,就可以完成对应操作,一个数据库库集合 中具有 个不同属性类别,则 指数计算公式为:

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  2.4 算法验证的比较分析试验

  选取物联网电力主设备感知层数据库集合,对眼选取了1000、5000、10000、15000、20000信息采集样本数据,进行电网主设备实验,并进行ID3算法改进前后,执行效率对比性试验,实验结果表明改进后ID3算法,电力主设备故障诊断分类结果具有一致性,真实验结果如图2所示,由图2可知,随着样本数量不断增加,改进数据挖掘ID3算法,执行效率上具有明显的提升。

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  3 结语

  我国社会经济健康稳步可持续发展和生活质量不断提高,需要电网提供更加稳定和高效能源性保障基础,这就需要对于电网中电力主设备,进行更加复杂化、全面化和特殊化实时监控和预警,从而实现更加安全稳定运行,而这一工作势必是一项理论与实践反复修正工作。本文建设性构建基于物联网核心技术下电网主设备管理系统,共分为3个层次,即感知、网络和服务应用,电网主设备管理核心问题就是对于设备运行状态监测和故障性报警预测, 这就涉及到在大数据平台下故障处理和分类。本文选用数据挖掘技术中的ID3算法,并对其进行必要改进,实验结构表明,ID3算法改进前后分类效果在误差范围内具有一致性,而改进ID3算法具有执行效率较高特点。

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  参考文献

  [1] 李勋,龚庆武,乔卉.物联网在电力系统的应用展望[J].电力系统保护与控制,2010(22).

  [2] 刘丙午.基于物联网技术的智能电网系统分析[J].中国流通经济,2013(02).

  [3] 王伟.基于物联网的电力巡检维护高效管理[J].上海电力学院学报,2014(01).

  [4] 萧展辉.面向智能电网的物联网应用体系建设[J].广东电力,2012(08).

  [5] 龚钢军.面向智能电网的物联网架构与应用方案研究[J].电力系统保护与控制,2011(20).

  [6] 王德文,宋亚奇,朱永利.基于云计算的智能电网信息平台[J].电力系统自动化,2010(22).

  [7] 冯艳.基于RFID和GPS技术的电力设备巡检系统研究[J].安庆师范学院学报(自然科学版),2012(03).

  [8] 纪怀猛.电力系统中的数据挖掘技术[J].长春工业大学学报(自然科学版),2014(2).

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