探究關(guān)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估系統(tǒng)

段尚琪 許德斌 陳輔輝 黃雙得 王勝偉 周自更

【摘 要】輸電線路的運行狀態(tài)對整個系統(tǒng)有著重要的影響。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能夠很好地表示變量的相關(guān)性及隨機性，還能夠使用雙向推理技術(shù)反推出輸電線路中潛伏的問題，為線路的正常運行提供保障。為降低架空輸電線路運行的風險，提高輸電效率，本公司研究出了一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路狀態(tài)評估方法，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢達到對輸電線路實時監(jiān)控的目的。

【關(guān)鍵詞】貝葉斯網(wǎng)絡(luò) 架空輸電線路 運行狀態(tài)評估系統(tǒng)

1貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概念

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法是一種將因果知識體系與概率相關(guān)內(nèi)容相結(jié)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(chǔ)，來進行模型的推理和表達。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征是有向卻無環(huán)，主要應(yīng)用之一是雙向推理的技術(shù)，它不僅可以由因?qū)Чㄇ跋蛲评恚€能夠由果推因（后向推理）。下面給出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖（圖1）。

如圖1所述，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以很清楚地表示變量之間的關(guān)系，如變量間的條件獨立及因果關(guān)系。若變量之間條件獨立，則說明兩變量之間沒有聯(lián)系，表現(xiàn)在圖中則為兩變量之間無有向線段相連；若變量間有因果關(guān)系，則說明兩變量之間有依賴關(guān)系，在圖中則表現(xiàn)為變量之間存在有向線段連接。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)之所以可以解決不確定知識及未知領(lǐng)域的問題，就在于它可以將問題簡化，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對變量間的條件獨立性進行假定，只需考慮那些與此變量存在因果關(guān)系的變量，可以將問題縮小范圍以達到簡化的效果。

2貝葉斯網(wǎng)絡(luò)架空輸電線路評估系統(tǒng)運行綜述

在設(shè)備狀態(tài)評價工作的基礎(chǔ)上，通過使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備的運行狀態(tài)進行重新評估，找到整個線路的設(shè)備隱患及小故障，從根本上縮減設(shè)備非計劃停運時間。原有的設(shè)備狀態(tài)評估工作需要耗費大量的人力和物力，且執(zhí)行效果沒有預(yù)想中好。而且這種設(shè)備狀態(tài)評估雖可使我們得到有效的數(shù)據(jù)，但是對縮減線路非計劃停運時間的效果僅停留在表面。而本文中所述的評估技術(shù)，將對架空輸電線路運行狀態(tài)的評估建立在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)之上，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)這種世界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在原狀態(tài)評價的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上更深層次地挖掘數(shù)據(jù)，從而將狀態(tài)評估得到數(shù)據(jù)的作用發(fā)揮出來，幫助生產(chǎn)基層解決實際問題。

3實例分析

某地區(qū)有一條110kV的架空輸電線路，該線路的總長為9.64km，全程桿塔共計46基，包括混凝土桿塔21基，鐵塔15基，帶有拉線裝置的桿塔10基；導(dǎo)線和地線45檔，其連接器共記31個；全程絕緣子共計1624個，包括合成絕緣子98個，金具1024個，瓷質(zhì)絕緣子520個；基礎(chǔ)及接地裝置共43基。由以上數(shù)據(jù)可整理出該地區(qū)架空輸電線路的子事件對各個裝置運行狀態(tài)的影響概率，通過矩陣表現(xiàn)出來則圖2所示。

圖2

圖2中矩陣的第1行至第5行分別代表了桿塔、絕緣子、金具、導(dǎo)線和地線、基礎(chǔ)及接地裝置這5個重要部件的對應(yīng)子事件對自身運行狀態(tài)的影響概率顯示，第6行則顯示了架空輸電線路重要組成部件對自身運行狀態(tài)的影響概率顯示。

4系統(tǒng)功能詳細說明

我公司的整個系統(tǒng)包括一個貝葉斯協(xié)處理機（通用計算卡），一臺服務(wù)器（用來存儲輸入輸出數(shù)據(jù)），以及一套自主開發(fā)的算法。

第一步，元素拷貝內(nèi)核函數(shù)設(shè)計。內(nèi)核函數(shù)的工作原理是：被設(shè)計成并行數(shù)據(jù)處理的內(nèi)核Kernal的CUDA程序，被發(fā)送到設(shè)備上的柵格Grid上執(zhí)行，Grid里包含若干個Block塊。元素拷貝內(nèi)核函數(shù)的聲明為__global__voidkernel（float*d1，float*d2，float*d3，float*d4，float*d5）。被__global__限定詞聲明的函數(shù)將作為一個內(nèi)核Kernal函數(shù)，在主機上調(diào)用，在GPU上執(zhí)行。

第二步，貝葉斯內(nèi)核函數(shù)設(shè)計。貝葉斯內(nèi)核函數(shù)的工作原理與Kernel內(nèi)核函數(shù)基本一致，只是Kernel內(nèi)核函數(shù)除了輸送參數(shù)外，不做其他處理，NaiveBayes內(nèi)核函數(shù)需按照算法的要求對參數(shù)進行處理。

第三步，貝葉斯主機代碼設(shè)計。首先進行數(shù)據(jù)排序及傳輸，其次將數(shù)據(jù)以矩陣排列表示，映射到GPU紋理中，實現(xiàn)并行及浮點運算。

我公司開發(fā)的軟件系統(tǒng)包括：

（1）使用B/S架構(gòu)，用戶端使用瀏覽器就能完成全部輸入、查詢、輸出報表、打印功能；（2）提供手工輸入某條線路在某年的狀態(tài)檢修定級報告；（3）提供歷年來外部系統(tǒng)導(dǎo)入所有線路的狀態(tài)檢修定級報告數(shù)據(jù)；（4）提供預(yù)測界面，輸出某條線路未來某個時段發(fā)生注意、異常、嚴重的概率，根據(jù)狀態(tài)評價數(shù)據(jù)，通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)原理分析出架空輸電線路可能發(fā)生的隱性故障。提供各種統(tǒng)計圖輸出，實現(xiàn)基本的GIS地圖功能，使分析評估結(jié)果能有效結(jié)合地理信息進行展現(xiàn)。

參考文獻：

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