決策樹(shù)分類(lèi)算法在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置可用性判斷中的研究與應(yīng)用

張坤++黃俊杰++王文爍++方圓++馬琳

摘要：利用決策樹(shù)分類(lèi)算法技術(shù)對(duì)各廠家輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控統(tǒng)計(jì)，通過(guò)對(duì)決策樹(shù)工具的深入研究得出輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置在通信、缺陷、數(shù)據(jù)有效性等方面分類(lèi)計(jì)算方式，提升對(duì)各類(lèi)裝置廠家設(shè)備質(zhì)量科學(xué)性評(píng)估。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)可用性計(jì)算 通信故障分析 設(shè)備缺陷分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0127-02

隨著國(guó)內(nèi)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)量及規(guī)模不斷擴(kuò)大，大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏專(zhuān)業(yè)的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)過(guò)濾和分析，各供電單位安裝了大量的輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置，積累了大量的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要工作便是根據(jù)各種狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)，但是裝置尤其是輸電監(jiān)測(cè)裝置的低可用性阻礙了工作的開(kāi)展。

輸變電監(jiān)測(cè)裝置的可用性主要依賴(lài)于幾個(gè)方面：一是監(jiān)測(cè)裝置采集量的準(zhǔn)確度；二是監(jiān)測(cè)參數(shù)的計(jì)算方法；三是裝置與主站之間的通信情況；另外還包括電源狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸頻率等其他因素。

目前，國(guó)內(nèi)外在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面主要集中于輸變電監(jiān)測(cè)裝置可靠性提高和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用方面。對(duì)于輸電線路監(jiān)測(cè)裝置，由于安裝位置的差異性、通信條件的差異性、環(huán)境的惡劣性方面差異較大，對(duì)于裝置可用性或數(shù)據(jù)有效性環(huán)節(jié)通常關(guān)注較多的為嚴(yán)重偏離正常值的數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)與線路設(shè)計(jì)緊密相關(guān)、需與線路試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)緊密結(jié)合使用，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性分析還需借助各類(lèi)數(shù)據(jù)分析工具，目前普遍缺少關(guān)注，主要為線路運(yùn)維人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主觀關(guān)注。對(duì)于變電監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置的可用性相對(duì)較高，運(yùn)維人員也主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備的可用性，目前數(shù)據(jù)可用性判斷主要為以下幾種。

（1）輸變電監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)有效性問(wèn)題。

此類(lèi)問(wèn)題的表現(xiàn)為：在一定時(shí)間段內(nèi)“統(tǒng)計(jì)時(shí)間”（為了便于計(jì)算和展示默認(rèn)為一個(gè)月，可以由用戶(hù)手動(dòng)設(shè)置修改），服務(wù)器可以接收到裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)，但是接收數(shù)據(jù)中包含無(wú)效數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)中包含無(wú)效數(shù)據(jù)。

（2）輸變電監(jiān)測(cè)裝置通信問(wèn)題。

此類(lèi)問(wèn)題的表現(xiàn)為：在一定時(shí)間段內(nèi)“統(tǒng)計(jì)時(shí)間”（為了便于計(jì)算和展示默認(rèn)為一個(gè)月，可以由用戶(hù)手動(dòng)設(shè)置修改），服務(wù)器接收數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)，即數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)。

（3）輸變電監(jiān)測(cè)裝置本體缺陷問(wèn)題。

此類(lèi)問(wèn)題的表現(xiàn)為：在一定時(shí)間段內(nèi)“本體缺陷時(shí)間”（為了便于計(jì)算和展示默認(rèn)為一個(gè)月，可以由用戶(hù)手動(dòng)設(shè)置修改），服務(wù)器接收不到數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)沒(méi)有此類(lèi)數(shù)據(jù)。

采用決策樹(shù)計(jì)算模式對(duì)以上3種類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)量化，并對(duì)每種類(lèi)型進(jìn)行決策計(jì)算，求出該類(lèi)型下評(píng)價(jià)分值。

決策樹(shù)是一個(gè)預(yù)測(cè)模型；他代表的是對(duì)象屬性與對(duì)象值之間的一種映射關(guān)系。樹(shù)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示某個(gè)對(duì)象，而每個(gè)分叉路徑則代表的某個(gè)可能的屬性值，而每個(gè)葉結(jié)點(diǎn)則對(duì)應(yīng)從根節(jié)點(diǎn)到該葉節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的路徑所表示的對(duì)象的值。決策樹(shù)僅有單一輸出，若欲有復(fù)數(shù)輸出，可以建立獨(dú)立的決策樹(shù)以處理不同輸出。數(shù)據(jù)挖掘中決策樹(shù)是一種經(jīng)常要用到的技術(shù)，可以用于分析數(shù)據(jù)，同樣也可以用來(lái)作預(yù)測(cè)。

一個(gè)決策樹(shù)包含三種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)：

決策樹(shù)學(xué)習(xí)也是資料探勘中一個(gè)普通的方法。在這里，每個(gè)決策樹(shù)都表述了一種樹(shù)型結(jié)構(gòu)，它由它的分支來(lái)對(duì)該類(lèi)型的對(duì)象依靠屬性進(jìn)行分類(lèi)。每個(gè)決策樹(shù)可以依靠對(duì)源數(shù)據(jù)庫(kù)的分割進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試。這個(gè)過(guò)程可以遞歸式的對(duì)樹(shù)進(jìn)行修剪。 當(dāng)不能再進(jìn)行分割或一個(gè)單獨(dú)的類(lèi)可以被應(yīng)用于某一分支時(shí)，遞歸過(guò)程就完成了，另外，隨機(jī)森林分類(lèi)器將許多決策樹(shù)結(jié)合起來(lái)以提升分類(lèi)的正確率。

決策樹(shù)同時(shí)也可以依靠計(jì)算條件概率來(lái)構(gòu)造。決策樹(shù)如果依靠數(shù)學(xué)的計(jì)算方法可以取得更加理想的效果。 數(shù)據(jù)庫(kù)已如下所示：（x， y） = （x1， x2， x3…， xk， y）相關(guān)的變量 Y 表示我們嘗試去理解，分類(lèi)或者更一般化的結(jié)果。 其他的變量x1， x2， x3 等則是幫助我們達(dá)到目的的變量。如圖1所示。

1 單個(gè)裝置可用性量化方法

輸變電監(jiān)測(cè)裝置的可用性量化結(jié)果包括輸變電監(jiān)測(cè)裝置本體缺陷量化結(jié)果、通信問(wèn)題、數(shù)據(jù)有效性量化結(jié)果兩種。

1.1 輸變電監(jiān)測(cè)裝置通信問(wèn)題量化方法

主要表現(xiàn)為在一定時(shí)間段（需要相關(guān)人員手動(dòng)設(shè)置）內(nèi)，根據(jù)裝置的有沒(méi)有上傳數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算裝置通信問(wèn)題比例，即數(shù)據(jù)中出現(xiàn)缺值。具體方法是通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的缺失數(shù)據(jù)的判斷和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而得到輸變電監(jiān)測(cè)裝置通信問(wèn)題量化結(jié)果：

1.2 輸變電監(jiān)測(cè)裝置本體缺陷問(wèn)題量化方法

由現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)工作人員負(fù)責(zé)手動(dòng)輸入，并確認(rèn)為輸變電監(jiān)測(cè)本體缺陷問(wèn)題裝置，進(jìn)而組織人員維修或?qū)嵤┢渌麢z修方法。

輸變電監(jiān)測(cè)裝置本體缺陷問(wèn)題量化分值只有0（缺陷）和1（正常）兩種。在一定時(shí)間段（以自然月為最小時(shí)間單位）內(nèi)取正常裝置狀態(tài)的平均值。

其中，裝置正常天數(shù)是指服務(wù)器能夠接收到數(shù)據(jù)的天數(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到。

1.3 單個(gè)輸變電監(jiān)測(cè)裝置可用性量化方法

一個(gè)輸變電監(jiān)測(cè)裝置的可用性量化的最終結(jié)果為前面三種量化結(jié)果的平均值。

單個(gè)輸變電監(jiān)測(cè)裝置可用性量化結(jié)果為：

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)表如表1：

2 總體裝置可用性量化方法

同一廠家同一類(lèi)型的裝置可用性量化結(jié)果：

同一線路同一類(lèi)型的裝置可用性量化結(jié)果可參照（公式4）計(jì)算。

總結(jié)：通過(guò)輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行狀態(tài)的研究，結(jié)合決策樹(shù)分類(lèi)算法工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類(lèi)輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置質(zhì)量的提升，提高了對(duì)全網(wǎng)輸變電設(shè)備有效監(jiān)控，保障了電網(wǎng)運(yùn)行安全。