彭波濤

摘 要：由于傳統(tǒng)系統(tǒng)計算過程繁瑣，計算量較大，導致系統(tǒng)響應性能比較差，在電力通信實時監(jiān)測應用中響應時間較長，為此提出基于人工智能的電力通信實時監(jiān)測系統(tǒng)。對通信監(jiān)測儀和報警器進行設計，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測結果警報。利用卡爾曼濾波算法對通信數(shù)據(jù)進行降噪處理，提高數(shù)據(jù)精度，利用人工智能算法計算電力通信誤碼率，并與設定閾值對比，輸出電力通信狀態(tài)監(jiān)測結果。經實驗證明，設計系統(tǒng)響應時間短于傳統(tǒng)系統(tǒng)，響應性能更優(yōu)越。

關鍵詞：人工智能;電力通信;實時監(jiān)測;通信監(jiān)測儀;報警器

中圖分類號：TN915.07 文獻標識碼：A

引言

通信是電力系統(tǒng)中重要組成部分，是電力系統(tǒng)各個單元之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，因此有效的通信可以確保電力系統(tǒng)正常運行。由于電力系統(tǒng)內部結構比較復雜，各個單元之間通信量較大，受到外部因素和內部因素影響，電力通信存在一定的安全隱患，經常會發(fā)生電力通信故障，因此需要采取有效的監(jiān)測手段對電力通信狀態(tài)進行實時監(jiān)測[1]。相關研究人員研發(fā)了電力通信實時監(jiān)測系統(tǒng)，常用的監(jiān)測系統(tǒng)為基于大數(shù)據(jù)的電力通信實時監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用大數(shù)據(jù)技術對電力通信狀態(tài)進行分析。但是在實際應用中大數(shù)據(jù)技術運算過程比較繁瑣，需要海量的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)計算支撐，一套監(jiān)測流程下來需要消耗一定的時間，導致系統(tǒng)實時響應性能比較差，響應時間比較長，無法達到電力通信實時監(jiān)測需求，不能及時幫助工作人員發(fā)現(xiàn)電力通信故障。為了解決上述問題，本文提出基于人工智能的電力通信實時監(jiān)測系統(tǒng)研究。此次試圖利用人工智能技術提高系統(tǒng)的智能化和信息化，從優(yōu)化實時響應性能角度出發(fā)，在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎上進行優(yōu)化設計，從而形成一套新的系統(tǒng)，為電力通信實時監(jiān)測提供技術支撐。

1系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要包括通信監(jiān)測儀、報警器、服務器以及顯示器，四個設備由系統(tǒng)電源電路連接實現(xiàn)供電，其拓撲結構如下圖所示。

如上圖所示，通過USB接口將通信監(jiān)測儀與電網(wǎng)通信總線連接，對電網(wǎng)通信運行參數(shù)進行實時測量，通過wifi將數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)服務器上，由服務器完成對通信數(shù)據(jù)處理和分析，并將分析結果發(fā)送給報警器，觸發(fā)報警器報警，并將監(jiān)測結果繪制成報告發(fā)送到顯示器上進行顯示[2]。由于服務器和顯示器為系統(tǒng)基礎硬件設備，基本與傳統(tǒng)系統(tǒng)一致，在后續(xù)不做過多說明，以下將對通信監(jiān)測儀和報警器的選型與設計進行詳細說明。

1.1通信監(jiān)測儀的選型

通信監(jiān)測儀是系統(tǒng)的核心硬件設備，其主要作用是負責采集到電力通信運行數(shù)據(jù)，結合系統(tǒng)需求此次選擇德科的H7868型號的智能通信監(jiān)測儀。由于電力通信總線設備提供的是RS485接口，而該通信監(jiān)測儀的接口為USB接口，為了方便監(jiān)測儀與通信總線連接，設計了RS485/USB轉換器，利用RS485/USB轉換器對通信總線接口和通信監(jiān)測儀接口進行轉換，并經過該轉換器將通信總線上的數(shù)據(jù)傳送到通信監(jiān)測儀SFGOK芯片上[3]。通信監(jiān)測儀由掃描器、解析裝置兩部分組成，接通電源和通信總線后，由掃描器向通信總線進行電子掃描，將掃描到的數(shù)據(jù)由解析裝置進行解析處理，最后由SFGOK芯片完成對通信數(shù)據(jù)報文識別，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機上，用于系統(tǒng)計算。

1.2報警器的選型

報警器的作用是根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測結果進行報警，用于提示工作人員，此次選擇的是DGR公司生產的JFYRTY-A4SF型號報警器，該報警器體積比較小，重量比較輕[4]。將報警器安裝在電力通信總線上方，該報警器有紅色和綠色兩種警示光，如果系統(tǒng)監(jiān)測結果為電力通信狀態(tài)正常，不存在通信故障，則報警器會發(fā)出綠色警示光;如果系統(tǒng)監(jiān)測結果為電力通信狀態(tài)失常，存在通信故障，此時報警器會發(fā)出紅色警示光，并且觸發(fā)報警器語音功能，發(fā)出警報。警示光閃爍頻率和警報音量會根據(jù)電力通信故障嚴重程度而定，故障越嚴重，報警器的警報音量越大，警示光閃爍頻率越快。

2系統(tǒng)軟件設計

2.1通信數(shù)據(jù)預處理

系統(tǒng)在對電力通信數(shù)據(jù)采集時會受到外部因素干擾，以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設備自身的采集殘差，導致采集到的電力通信數(shù)據(jù)會存在噪聲，即采集數(shù)據(jù)精度沒有達到監(jiān)測需求，因此需要對電力通信數(shù)據(jù)進行預處理。此次利用卡爾曼濾波算法對通信數(shù)據(jù)進行降噪處理，計算出通信數(shù)據(jù)預測值，其計算公式如下：

公式（2）中，g表示電力通信數(shù)據(jù)方差，v*表示電力通信數(shù)據(jù)理想值[5]。利用上述公式計算出通信數(shù)據(jù)方差，根據(jù)該數(shù)值對采集的通信數(shù)據(jù)進行濾波，從而達到數(shù)據(jù)降噪的目的。

2.2基于人工智能的電力通信狀態(tài)監(jiān)測分析

電力通信狀態(tài)失常的表現(xiàn)為電力通信誤碼，因此以電力通信誤碼率作為電力通信狀態(tài)判斷的依據(jù)，利用人工智能技術對處理后的數(shù)據(jù)進行計算，其計算過程如下圖所示。

如上圖所示，利用人工智能技術設計電力通信誤碼率描述模型，其用公式表示如下：

公式（5）中，γ*表示電力通信誤碼率的先驗均值;S表示電力通信誤碼率的先驗方差。將公式（5）計算結果與通信數(shù)據(jù)代入到公式（3）中，求解出電力通信誤碼率。在系統(tǒng)中設定了一個誤碼率閾值，如果計算數(shù)值超過該閾值，則表示電力通信狀態(tài)為失常狀態(tài)，需要進行維護;如果計算數(shù)值未超過該閾值，則表示電力通信正常，根據(jù)該規(guī)則輸出監(jiān)測結果。

3實驗論證分析

實驗以某電力通信總線設備為實驗對象，利用此次設計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該電力通信狀態(tài)進行實時監(jiān)測。實驗準備了三個通信監(jiān)測儀和一個報警器，將通信監(jiān)測儀的監(jiān)測范圍設定為5.5m，監(jiān)測頻率設定為3.65GHz，監(jiān)測信號發(fā)射頻率設定為3.64GHz，數(shù)據(jù)讀取周期設定為0.01s。實驗共采集到23.26GB電力通信數(shù)據(jù)，監(jiān)測時間為24h，共進行50次監(jiān)測。利用公式（5）計算出誤碼率參數(shù)為1.26、1.64，經系統(tǒng)監(jiān)測該電力通信平均誤碼率為5.15%，系統(tǒng)的誤碼率閾值設定為6.5%，系統(tǒng)監(jiān)測情況如下表所示。

實驗以響應時間為檢驗兩種系統(tǒng)的指標，以通信監(jiān)測儀采集到第一個通信數(shù)據(jù)為開始時間，以系統(tǒng)輸出監(jiān)測結果為結束時間，利用OJHY軟件分別分析出，兩個系統(tǒng)監(jiān)測10次、20次、30次、40次、50次、60次時平均響應時間，具體數(shù)值如下表所示。

從表2中數(shù)據(jù)分析可以得出以下結論：設計系統(tǒng)平均響應時間比較短，最短為0.005s，基本為實時監(jiān)測，這是因為設計系統(tǒng)采用了人工智能技術，利用人工智能技術對通信狀態(tài)進行智能化分析，簡化了電網(wǎng)通信狀態(tài)計算流程，從而使系統(tǒng)監(jiān)測響應時間更短一些。而傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間比較長，做大響應時間為5.264s，遠遠大于設計系統(tǒng)，因此實驗結果證明了，在響應性能方面設計系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)電力通信實時監(jiān)測。

4結束語

此次利用人工智能技術設計一套新的電力通信實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)系統(tǒng)硬件與軟件方面的優(yōu)化與創(chuàng)新，并且提高了系統(tǒng)的監(jiān)測響應性能，有助于提高電力通信安全性與可靠性，能夠為電力通信故障維護提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻

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