基于貝葉斯網絡的架空輸電線路狀態評估及其隱形故障診斷

陳輔輝 許德斌 段尚琪 黃雙得 王勝偉 周自更

【摘 要】為了隨時掌握架空輸電線路的運行狀態，降低人力物力財力的浪費，并且提高線路的可靠性，本公司研究出了一種基于貝葉斯網絡的架空輸電線路狀態評估方法。貝葉斯網絡常被用于解決未知領域的問題，可以靈活地展示出變量的隨機性及相關性，還能夠進行不確定性推理，因此，使用貝葉斯網絡對架空輸電線路狀態進行評估有很強的科學性。

【關鍵詞】貝葉斯網絡 架空輸電線路 狀態評估 故障判斷

1貝葉斯網絡

貝葉斯網絡方法是一種將因果知識體系與概率相關內容相結合的信息表示框架，它以概率分析及圖論不確定知識為基礎，來進行模型的推理和表達。貝葉斯網絡有向卻無環，如圖1所示。

圖1中各個節點代表貝葉斯網絡中的隨機變量，而有向線段表示的則是各個隨機變量之間的關系，子節點與父節點之間的條件概率有重要的意義，可以清楚地表示各個變量之間的關系強度。

貝葉斯網絡有向卻無環。網絡中各個節點代表貝葉斯網絡中的隨機變量，而有向線段表示的則是各個隨機變量之間的關系，子節點與父節點之間的條件概率有重要的意義，可以清楚地表示各個變量之間的關系強度。

2狀態評估的數學模型

假設一架空輸電線路中有桿塔n基，其中混凝土桿塔m基，鐵塔h基，另外帶有拉線裝置的桿塔有l基，由此以9個子事件將桿塔狀態劃分，將其分別表示為x1，x2…x9，9個事件的具體含義如下表所示：

接下來將事件的狀態劃分三類，即良好、注意及不良事件，將事件評定標準，并將每類標準的事件做出詳細的統計，每個子事件對桿塔以運行狀態影響概率來表示。將這9個子事件的不良狀態個數設為w1，w2…w9，與之相對應的運行狀態影響概率為t1，t2…t9，則桿塔的不良運行狀態概率如下：

（1）

（1）式是將9個基本事件的狀態包含在內，對整體的架空輸電線路桿塔不良運行狀態概率進行計算。對于任意一個基本事件，整條線路的桿塔會被綜合在一起，整體進行考慮。由此，桿塔的注意運行狀態概率及良好運行狀態概率都可以由計算得出。根據一系列分析得出的線路運行狀態概率能夠幫助工作人員深入了解架空輸電線路運行的狀態。

3防風險措施

傳統的故障檢修方式是定期維修，這樣的維修方式存在著很大的問題。定期維修方式在一定程度上耗損了很大的人力、物力及財力，對線路進行維修造成設備的不必要停電或者嚴重停電，對電力設施可靠性有很大的影響。以狀態檢修相關需求為依據，將三至六年內自身的實際使用情況及可靠性計算出來，然后以計算出的結果作為對其進行調整檢修的重要依據，進行一系列的協調，主要包括基建、檢修及用戶工程之間的協調、線路與變電之間的協調、配電和輸變電之間的協調及一、二次之間的協調，使綜合檢修確立的目標可以最優完成，從而可以在平穩的基礎上提高可靠性指標。真正掌握停電次數，使實際停電次數得到有效的控制，科學合理地完成線路檢修工作。原有的檢修沒有達到應有的效果，例如，在相同的間隔內，設備不盡相同，其檢修周期、檢修時間及使用性能不能夠很好地統一，經常會出現今年校驗保護，明年就要檢修年關，這樣沒能夠將檢修合理安排，科學統一。只要將檢修的策略進行科學合理的調整，就可以將檢修協調統一。在某個特定的檢修期內，只有將按間隔計算的停電次數真正掌握之后，才能綜合地提高線路可靠性指標。這種方式周期長、見效慢，但是長期堅持下去，將會對整體有一個大的提升。

4系統功能說明

nVidia公司的GPU能夠實現并行數據高速緩沖，可以并行計算龐大的數據，因此具有強大的并行功能。GPU將CUDA作為編程平臺，在編譯過程中，GPU輔助主CPU進行編譯，主機上運行的大量數據可以交由GPU進行處理。CUDA的API兼容標準是C語言庫，所以在程序中要聲明函數調用是在CPU或GPU上。利用CUDA實現GPU上的算法加速要通過以下幾點進行：

（1）元素拷貝內核函數設計；

（2）貝葉斯內核函數設計。應注意的是NaiveBayes內核函數需按照算法的要求對參數進行處理；

（3）貝葉斯主機代碼設計。首先進行數據排序及傳輸，將排序結果進行比對，并找出逆序數的原理，由于涉及到的數據量龐大且數據類型種類繁多，如果僅僅依靠CPU進行處理效率會非常低下，因此考慮將數據以矩陣排列表示，映射到GPU紋理中，以此來實現并行及浮點運算。

5結語

將貝葉斯網絡與架空輸電線路評估結合起來，不僅能夠科學準確地得到線路運行的狀態數據，還可以反推出線路運行中存在的潛在威脅，為線路的及時修繕提供了可靠信息，對架空輸電線路狀態評估方法的發展有重要的促進作用。

參考文獻：

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