基于贝叶斯网络的架空输电线路状态评估及其隐形故障诊断

陈辅辉 许德斌 段尚琪 黄双得 王胜伟 周自更

【摘 要】为了随时掌握架空输电线路的运行状态，降低人力物力财力的浪费，并且提高线路的可靠性，本公司研究出了一种基于贝叶斯网络的架空输电线路状态评估方法。贝叶斯网络常被用于解决未知领域的问题，可以灵活地展示出变量的随机性及相关性，还能够进行不确定性推理，因此，使用贝叶斯网络对架空输电线路状态进行评估有很强的科学性。

【关键词】贝叶斯网络 架空输电线路 状态评估 故障判断

1贝叶斯网络

贝叶斯网络方法是一种将因果知识体系与概率相关内容相结合的信息表示框架，它以概率分析及图论不确定知识为基础，来进行模型的推理和表达。贝叶斯网络有向却无环，如图1所示。

图1中各个节点代表贝叶斯网络中的随机变量，而有向线段表示的则是各个随机变量之间的关系，子节点与父节点之间的条件概率有重要的意义，可以清楚地表示各个变量之间的关系强度。

贝叶斯网络有向却无环。网络中各个节点代表贝叶斯网络中的随机变量，而有向线段表示的则是各个随机变量之间的关系，子节点与父节点之间的条件概率有重要的意义，可以清楚地表示各个变量之间的关系强度。

2状态评估的数学模型

假设一架空输电线路中有杆塔n基，其中混凝土杆塔m基，铁塔h基，另外带有拉线装置的杆塔有l基，由此以9个子事件将杆塔状态划分，将其分别表示为x1，x2…x9，9个事件的具体含义如下表所示：

接下来将事件的状态划分三类，即良好、注意及不良事件，将事件评定标准，并将每类标准的事件做出详细的统计，每个子事件对杆塔以运行状态影响概率来表示。将这9个子事件的不良状态个数设为w1，w2…w9，与之相对应的运行状态影响概率为t1，t2…t9，则杆塔的不良运行状态概率如下：

（1）

（1）式是将9个基本事件的状态包含在内，对整体的架空输电线路杆塔不良运行状态概率进行计算。对于任意一个基本事件，整条线路的杆塔会被综合在一起，整体进行考虑。由此，杆塔的注意运行状态概率及良好运行状态概率都可以由计算得出。根据一系列分析得出的线路运行状态概率能够帮助工作人员深入了解架空输电线路运行的状态。

3防风险措施

传统的故障检修方式是定期维修，这样的维修方式存在着很大的问题。定期维修方式在一定程度上耗损了很大的人力、物力及财力，对线路进行维修造成设备的不必要停电或者严重停电，对电力设施可靠性有很大的影响。以状态检修相关需求为依据，将三至六年内自身的实际使用情况及可靠性计算出来，然后以计算出的结果作为对其进行调整检修的重要依据，进行一系列的协调，主要包括基建、检修及用户工程之间的协调、线路与变电之间的协调、配电和输变电之间的协调及一、二次之间的协调，使综合检修确立的目标可以最优完成，从而可以在平稳的基础上提高可靠性指标。真正掌握停电次数，使实际停电次数得到有效的控制，科学合理地完成线路检修工作。原有的检修没有达到应有的效果，例如，在相同的间隔内，设备不尽相同，其检修周期、检修时间及使用性能不能够很好地统一，经常会出现今年校验保护，明年就要检修年关，这样没能够将检修合理安排，科学统一。只要将检修的策略进行科学合理的调整，就可以将检修协调统一。在某个特定的检修期内，只有将按间隔计算的停电次数真正掌握之后，才能综合地提高线路可靠性指标。这种方式周期长、见效慢，但是长期坚持下去，将会对整体有一个大的提升。

4系统功能说明

nVidia公司的GPU能够实现并行数据高速缓冲，可以并行计算庞大的数据，因此具有强大的并行功能。GPU将CUDA作为编程平台，在编译过程中，GPU辅助主CPU进行编译，主机上运行的大量数据可以交由GPU进行处理。CUDA的API兼容标准是C语言库，所以在程序中要声明函数调用是在CPU或GPU上。利用CUDA实现GPU上的算法加速要通过以下几点进行：

（1）元素拷贝内核函数设计；

（2）贝叶斯内核函数设计。应注意的是NaiveBayes内核函数需按照算法的要求对参数进行处理；

（3）贝叶斯主机代码设计。首先进行数据排序及传输，将排序结果进行比对，并找出逆序数的原理，由于涉及到的数据量庞大且数据类型种类繁多，如果仅仅依靠CPU进行处理效率会非常低下，因此考虑将数据以矩阵排列表示，映射到GPU纹理中，以此来实现并行及浮点运算。

5结语

将贝叶斯网络与架空输电线路评估结合起来，不仅能够科学准确地得到线路运行的状态数据，还可以反推出线路运行中存在的潜在威胁，为线路的及时修缮提供了可靠信息，对架空输电线路状态评估方法的发展有重要的促进作用。

参考文献：

[1]吴欣，郭创新，曹一家.基于贝叶斯网络及息时序属性的电力系统故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2010（05）.

[2]韩富春，刘亚新，贾雷亮.老旧架空输电线路运行状态评估标准的研究[J].山西电力，2005（03）.