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(yùn)行狀態(tài)對(duì)整個(gè)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(jī)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(wèn)題，為線路的正常運(yùn)行提供保障。為降低架空輸電線路運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，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(píng)估方法，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)達(dá)到對(duì)輸電線路實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

【關(guān)鍵詞】貝葉斯網(wǎng)絡(luò) 架空輸電線路 運(yùn)行狀態(tài)評(píng)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(shí)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(shí)為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行模型的推理和表達(dá)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征是有向卻無(wú)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(dú)立及因果關(guān)系。若變量之間條件獨(dú)立，則說(shuō)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(wú)有向線段相連；若變量間有因果關(guān)系，則說(shuō)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(shí)及未知領(lǐng)域的問(wèn)題，就在于它可以將問(wèn)題簡(jiǎn)化，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)變量間的條件獨(dú)立性進(jìn)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(wèn)題縮小范圍以達(dá)到簡(jiǎn)化的效果。

2貝葉斯網(wǎng)絡(luò)架空輸電線路評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行綜述

在設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行重新評(píng)估，找到整個(gè)線路的設(shè)備隱患及小故障，從根本上縮減設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間。原有的設(shè)備狀態(tài)評(píng)估工作需要耗費(fèi)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(píng)估雖可使我們得到有效的數(shù)據(jù)，但是對(duì)縮減線路非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的效果僅停留在表面。而本文中所述的評(píng)估技術(shù)，將對(duì)架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)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(píng)價(jià)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(píng)估得到數(shù)據(jù)的作用發(fā)揮出來(lái)，幫助生產(chǎn)基層解決實(shí)際問(wèn)題。

3實(shí)例分析

某地區(qū)有一條110kV的架空輸電線路，該線路的總長(zhǎng)為9.64km，全程桿塔共計(jì)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(gè)；全程絕緣子共計(jì)1624個(gè)，包括合成絕緣子98個(gè)，金具1024個(gè)，瓷質(zhì)絕緣子520個(gè)；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(duì)各個(gè)裝置運(yùn)行狀態(tài)的影響概率，通過(guò)矩陣表現(xiàn)出來(lái)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(gè)重要部件的對(duì)應(yīng)子事件對(duì)自身運(yùn)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(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)的影響概率顯示。

4系統(tǒng)功能詳細(xì)說(shuō)明

我公司的整個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)貝葉斯協(xié)處理機(jī)（通用計(jì)算卡），一臺(tái)服務(wù)器（用來(lái)存儲(chǔ)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(jì)。內(nèi)核函數(shù)的工作原理是：被設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)內(nèi)核Kernal函數(shù)，在主機(jī)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(jì)。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(duì)參數(shù)進(jìn)行處理。

第三步，貝葉斯主機(jī)代碼設(shè)計(jì)。首先進(jìn)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(shí)現(xiàn)并行及浮點(diǎn)運(yùn)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(bào)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(jí)報(bào)告；（3）提供歷年來(lái)外部系統(tǒng)導(dǎo)入所有線路的狀態(tài)檢修定級(jí)報(bào)告數(shù)據(jù)；（4）提供預(yù)測(cè)界面，輸出某條線路未來(lái)某個(gè)時(shí)段發(fā)生注意、異常、嚴(yán)重的概率，根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，通過(guò)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(jì)圖輸出，實(shí)現(xiàn)基本的GIS地圖功能，使分析評(píng)估結(jié)果能有效結(jié)合地理信息進(jìn)行展現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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