基于PHM的電力中間件故障報(bào)警

唐樂(lè) 趙創(chuàng)業(yè) 唐亮亮 肖建毅 胡亮

摘要

本文針對(duì)電力信息系統(tǒng)中間件的故障報(bào)警問(wèn)題展開研究，首先簡(jiǎn)要闡述了PHM技術(shù)的主要功能;然后就其中的數(shù)據(jù)處理的具體算法，提出了灰色馬爾科夫模型;接著進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于PHM的電力中間件故障報(bào)警流程;最后，以某電力信息系統(tǒng)中的heap堆棧進(jìn)行實(shí)例分析，證明了本文的研究結(jié)果具有可行性。

【關(guān)鍵詞】PHM技術(shù) 中間件 故障報(bào)警

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)信息化建設(shè)水平日益提高，目前已經(jīng)構(gòu)建起較為完善的信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過(guò)中間件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接。因此，對(duì)于我國(guó)目前的電力信息系統(tǒng)而言，中間件能否可靠運(yùn)行直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，目前我國(guó)電力信息系統(tǒng)中間件的檢查工作需要更新方式，利用新技術(shù)來(lái)打破人工檢查的制約。有鑒于此，本文基于PHM技術(shù)對(duì)電力信息系統(tǒng)中間件故障報(bào)警的問(wèn)題展開研究探討，以期推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)的信息化建設(shè)。

1 PHM技術(shù)概述

PHM即故障預(yù)測(cè)與健康管理，其原理是通過(guò)各種傳感器對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息進(jìn)行有效采集，然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將采集到的信息傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)小波變換、拉普拉斯分值等算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型對(duì)其進(jìn)行分析處理，以此監(jiān)控并診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否健康，從而在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)。PHM技術(shù)從功能方面而言主要有信息采集、信息處理、故障診斷等，具體如下：

（1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的采集與傳輸功能。PHM技術(shù)能夠通過(guò)各種傳感器來(lái)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸。

（2）信息處理功能。PHM技術(shù)能夠?qū)Σ杉降脑O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行處理，通過(guò)特征提取、選擇以及生成集合，為下一步流程提供支持。

（3）信息分析功能。PHM技術(shù)能夠?qū)⒔?jīng)過(guò)處理的信息與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比分析，以此作為故障診斷的依據(jù)。

（4）預(yù)測(cè)功能。PHM技術(shù)能夠根據(jù)信息分析所得出的結(jié)果，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合性的預(yù)測(cè)，其中涵蓋了可能發(fā)生的故障、設(shè)備壽命等。

（5）決策輔助功能。PHM技術(shù)能夠根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)擬定相關(guān)策略，為實(shí)際維修工作提供決策支持。

（6）通信接口功能。PHM技術(shù)能夠提供通信接口，以此滿足信息展示、信息傳輸?shù)刃枨蟆?/p>

2 基于PHM技術(shù)的中間件故障特征量算法

如上文中所述，PHM技術(shù)的眾多功能中包括了信息采集、處理以及分析等。就信息處理功能而言，中間件的運(yùn)行故障具有較為復(fù)雜的特征，而這些特征不僅彼此間存在著關(guān)聯(lián)，還有一部分是冗余的，因此會(huì)導(dǎo)致信息處理將面對(duì)較大的計(jì)算量。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)對(duì)中間件的故障特征進(jìn)行篩選，濾除其中不相關(guān)的部分，以此降低干擾并提高效率。因此，本文提出灰色狀態(tài)下的馬爾科夫預(yù)測(cè)模型。

2.1 灰色預(yù)測(cè)算法

灰色預(yù)測(cè)算法是一種基于單變量的微分方程模型，能夠很好地處理線性數(shù)據(jù)，但并不適用于波動(dòng)較大的非線性數(shù)據(jù)，因此該算法在短期預(yù)測(cè)方面較為理想，而中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)方面的效果卻難以滿足需求。對(duì)此，本文結(jié)合采用灰色預(yù)測(cè)算法與馬爾科夫模型，以此構(gòu)建出灰色馬爾科夫模型。該模型能夠利用灰色預(yù)測(cè)算法來(lái)大致計(jì)算出時(shí)間序列的趨勢(shì)，然后通過(guò)馬爾科夫模型對(duì)圍繞于時(shí)間序列而波動(dòng)的數(shù)據(jù)序列變化矩陣進(jìn)行校正，從而得出準(zhǔn)確的中間件故障預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.2 灰色馬爾科夫模型

本文提出以灰色馬爾科夫模型來(lái)進(jìn)行中間件的故障預(yù)測(cè)，其具體方法如下所述：

首先，構(gòu)建灰色預(yù)測(cè)算法模型。將中間件運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的原始序列設(shè)為X，則：

其中，{x₁，x₂，…，x_m}為基礎(chǔ)序列，{x_m+1，…，x_n}為對(duì)比序列。

然后，以灰色預(yù)測(cè)算法對(duì){x₁，x₂，…，x_m}進(jìn)行輪詢預(yù)測(cè)，以此得出預(yù)測(cè)序列戈，即：在此基礎(chǔ)上算出相對(duì)波動(dòng)變化率E_i：

設(shè)空間狀態(tài)為H，在不同的波動(dòng)變化率下，H被等分為k個(gè)，即：

因此，當(dāng)時(shí)間序列為可預(yù)測(cè)時(shí)，可得出如下統(tǒng)計(jì)矩陣：

由統(tǒng)計(jì)矩陣可以進(jìn)步得出描述各狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律的矩陣，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣：

當(dāng)確定某時(shí)間序列的空間狀態(tài)H時(shí)，在狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣中可以找到所對(duì)應(yīng)值，接著可以通過(guò)下面的公式得出最終預(yù)測(cè)結(jié)果：

3 基于PHM的電力中間件故障報(bào)警流程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在構(gòu)建灰色馬爾科夫模型后，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于PHM的電力中間件故障報(bào)警流程，如圖1所示。

從圖1可以看到，基于PHM的電力中間件故障報(bào)警流程包括以下步驟：

步驟一，訓(xùn)練數(shù)據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，首先構(gòu)建中間件的參數(shù)模型，然后根據(jù)此模型對(duì)中間件的運(yùn)行狀態(tài)以及配置參數(shù)等進(jìn)行采集;

步驟二，數(shù)據(jù)處理。對(duì)所采集的中間件原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，篩選掉冗余特征以及不完整或無(wú)關(guān)的特征;

步驟三，以灰色馬爾科夫模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出最終的預(yù)測(cè)結(jié)果，然后通過(guò)得出該結(jié)果的絕對(duì)誤差值;

步驟四，計(jì)算置信區(qū)間。通過(guò)上一步的最終預(yù)測(cè)結(jié)果與絕對(duì)誤差值來(lái)得出對(duì)應(yīng)時(shí)間序列下的置信閾值;

步驟五，報(bào)警。對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果與置信閾值進(jìn)行對(duì)比，以此判斷該結(jié)果是否達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，若超出則啟動(dòng)報(bào)警功能;

步驟六，結(jié)果評(píng)估。當(dāng)啟動(dòng)報(bào)警功能后，對(duì)該報(bào)警結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

4 實(shí)例驗(yàn)證

本文以某電力信息系統(tǒng)中的heap堆棧進(jìn)行實(shí)例分析。首先以該信息系統(tǒng)中的200個(gè)heap堆棧的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本，以上文所述的流程進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)灰色馬爾科夫模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2中以圓圈標(biāo)出了預(yù)測(cè)值超出置信閾值的情況，可以看到以灰色馬爾科夫模型所預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際值相符。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)如何有效進(jìn)行電力信息系統(tǒng)中間件故障報(bào)警展開研究。對(duì)于電力信息系統(tǒng)而言，利用PHM技術(shù)能夠有效地對(duì)中間件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和診斷，提前預(yù)測(cè)出可能發(fā)生的故障，從而使中間件檢查工作從目前以事后維修為主的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)測(cè)的狀態(tài)。此外，PHM技術(shù)還能提供最優(yōu)的維修策略，幫助工作人員快速地完成維修工作，顯著提高工作效率和資源的利用率。

參考文獻(xiàn)

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