探究关于贝叶斯网络的架空输电线路运行状态评估系统

段尚琪 许德斌 陈辅辉 黄双得 王胜伟 周自更

【摘 要】输电线路的运行状态对整个系统有着重要的影响。贝叶斯网络能够很好地表示变量的相关性及随机性，还能够使用双向推理技术反推出输电线路中潜伏的问题，为线路的正常运行提供保障。为降低架空输电线路运行的风险，提高输电效率，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，利用贝叶斯网络的优势达到对输电线路实时监控的目的。

【关键词】贝叶斯网络 架空输电线路 运行状态评估系统

1贝叶斯网络的概念

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。贝叶斯网络的结构特征是有向却无环，主要应用之一是双向推理的技术，它不仅可以由因导果（前向推理），还能够由果推因（后向推理）。下面给出贝叶斯网络的结构图（图1）。

如图1所述，贝叶斯网络可以很清楚地表示变量之间的关系，如变量间的条件独立及因果关系。若变量之间条件独立，则说明两变量之间没有联系，表现在图中则为两变量之间无有向线段相连；若变量间有因果关系，则说明两变量之间有依赖关系，在图中则表现为变量之间存在有向线段连接。贝叶斯网络之所以可以解决不确定知识及未知领域的问题，就在于它可以将问题简化，贝叶斯网络对变量间的条件独立性进行假定，只需考虑那些与此变量存在因果关系的变量，可以将问题缩小范围以达到简化的效果。

2贝叶斯网络架空输电线路评估系统运行综述

在设备状态评价工作的基础上，通过使用贝叶斯网络对设备的运行状态进行重新评估，找到整个线路的设备隐患及小故障，从根本上缩减设备非计划停运时间。原有的设备状态评估工作需要耗费大量的人力和物力，且执行效果没有预想中好。而且这种设备状态评估虽可使我们得到有效的数据，但是对缩减线路非计划停运时间的效果仅停留在表面。而本文中所述的评估技术，将对架空输电线路运行状态的评估建立在贝叶斯网络之上，利用贝叶斯网络这种世界领先的数据挖掘技术，在原状态评价的数据基础上更深层次地挖掘数据，从而将状态评估得到数据的作用发挥出来，帮助生产基层解决实际问题。

3实例分析

某地区有一条110kV的架空输电线路，该线路的总长为9.64km，全程杆塔共计46基，包括混凝土杆塔21基，铁塔15基，带有拉线装置的杆塔10基；导线和地线45档，其连接器共记31个；全程绝缘子共计1624个，包括合成绝缘子98个，金具1024个，瓷质绝缘子520个；基础及接地装置共43基。由以上数据可整理出该地区架空输电线路的子事件对各个装置运行状态的影响概率，通过矩阵表现出来则图2所示。

图2

图2中矩阵的第1行至第5行分别代表了杆塔、绝缘子、金具、导线和地线、基础及接地装置这5个重要部件的对应子事件对自身运行状态的影响概率显示，第6行则显示了架空输电线路重要组成部件对自身运行状态的影响概率显示。

4系统功能详细说明

我公司的整个系统包括一个贝叶斯协处理机（通用计算卡），一台服务器（用来存储输入输出数据），以及一套自主开发的算法。

第一步，元素拷贝内核函数设计。内核函数的工作原理是：被设计成并行数据处理的内核Kernal的CUDA程序，被发送到设备上的栅格Grid上执行，Grid里包含若干个Block块。元素拷贝内核函数的声明为__global__voidkernel（float*d1，float*d2，float*d3，float*d4，float*d5）。被__global__限定词声明的函数将作为一个内核Kernal函数，在主机上调用，在GPU上执行。

第二步，贝叶斯内核函数设计。贝叶斯内核函数的工作原理与Kernel内核函数基本一致，只是Kernel内核函数除了输送参数外，不做其他处理，NaiveBayes内核函数需按照算法的要求对参数进行处理。

第三步，贝叶斯主机代码设计。首先进行数据排序及传输，其次将数据以矩阵排列表示，映射到GPU纹理中，实现并行及浮点运算。

我公司开发的软件系统包括：

（1）使用B/S架构，用户端使用浏览器就能完成全部输入、查询、输出报表、打印功能；（2）提供手工输入某条线路在某年的状态检修定级报告；（3）提供历年来外部系统导入所有线路的状态检修定级报告数据；（4）提供预测界面，输出某条线路未来某个时段发生注意、异常、严重的概率，根据状态评价数据，通过贝叶斯网络原理分析出架空输电线路可能发生的隐性故障。提供各种统计图输出，实现基本的GIS地图功能，使分析评估结果能有效结合地理信息进行展现。

参考文献：

[1]张慧勇.基于贝叶斯网络的交通事故态势研究[J].吉林大学，2014（06）.

[2]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）.