杜海紅，陳黎明，王冬冬，石 卓

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽合肥 230041；2.國網(wǎng)阜陽供電公司，安徽阜陽 236000；3.國網(wǎng)合肥供電公司，安徽合肥 230061）

檢測關(guān)鍵電力設(shè)備時，載波技術(shù)的實(shí)施不受所選應(yīng)用元件的限制，只要有電線，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸[1]。然而電力載波信號的波動能力較強(qiáng)，當(dāng)其波動水平超過既定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)時，會造成電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測失準(zhǔn)問題。為解決上述問題，有學(xué)者根據(jù)極化/去極化電流法原則，計算電容器絕緣狀態(tài)下的特征參量，通過求解載波信號波動系數(shù)的方法確定賦值參量的取值區(qū)間[2]。然而該方法在提升電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測準(zhǔn)確性方面的促進(jìn)作用相對較弱。

Mask R-CNN 是一個實(shí)例分割算法，其應(yīng)用目的在于將所得目標(biāo)檢測結(jié)果分割成多個關(guān)聯(lián)成分。在構(gòu)建主體網(wǎng)絡(luò)的過程中，主機(jī)元件會同時定義多個Mask R-CNN節(jié)點(diǎn)樣本以供下級設(shè)備元件選擇，由于關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層次之間的連接關(guān)系滿足深度殘差篩選原則，因此隨著待測對象存儲量的增大，網(wǎng)絡(luò)主體中的信息互傳關(guān)系不會發(fā)生改變[3-4]。Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)體系增大了輸入節(jié)點(diǎn)的連接個數(shù)，在協(xié)調(diào)目標(biāo)對象之間信息傳輸關(guān)系的同時，求解Mask 指標(biāo)參量的具體數(shù)值，不但能夠避免數(shù)據(jù)信息文本出現(xiàn)過度溢出的情況，還可以更改輸出節(jié)點(diǎn)所處的位置，節(jié)約目標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸時長。為此，文中將該方法應(yīng)用于電力關(guān)鍵設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)檢測中，以優(yōu)化電力關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測效果。

1 Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型

檢測電力關(guān)鍵設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)時，Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型負(fù)責(zé)定義具體的電力載波信號編碼協(xié)議，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間布局形式調(diào)節(jié)Align 節(jié)點(diǎn)所處的連接位置，將RPN 協(xié)議進(jìn)行獨(dú)立處理，使得整個協(xié)議作用區(qū)域成為樣本空間，以保證R-CNN 網(wǎng)絡(luò)主體能夠?qū)d波信號進(jìn)行準(zhǔn)確提取[5-6]。完整的Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型布局結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖

由于Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建以R-CNN網(wǎng)絡(luò)主體為基礎(chǔ)，因此Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型保留了R-CNN 網(wǎng)絡(luò)主體對于載波信號的處理能力。

2 電力設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)檢測

2.1 定義小波基

在電力系統(tǒng)中，電力載波信號的傳輸行為與正弦波類似，但由于信號波段中包含了大量的振蕩成分，直接檢測會導(dǎo)致波動幅值無限擴(kuò)張[7]。而小波基樣本的選取則可以將信號波段中的振蕩成分完全挑選出來，在保證信號樣本傳輸完整性的同時，將賦值波動量控制在既定數(shù)值范圍之內(nèi)，定義式如下：

其中，χ表示正弦波動系數(shù)，c表示電力載波信號的完整度特征，Z表示振蕩樣本取值系數(shù)，取值區(qū)間為[1,N]，α表示電力載波信號的波動指數(shù)。小波基定義作為檢測電力設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵步驟，不但可以將波段振蕩成分提取出來，還可以將這些信號參量整合成數(shù)據(jù)集合的形式，從而減少主機(jī)元件提取檢測樣本時對波段振蕩參量的二次識別次數(shù)[8]。

2.2 電力載波暫態(tài)系數(shù)

電力載波暫態(tài)系數(shù)可以分析載波信號的傳輸能力。在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型中，由于小波基樣本值始終保持不變，因此,檢測主機(jī)可以根據(jù)電力載波暫態(tài)系數(shù)取值結(jié)果判斷電力關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[9-10]。設(shè)a1,a2,…,an表示n個不相等的小波基樣本特征，且a1,a2,…,an均不等于0 的取值條件同時成立。

設(shè)λ表示載波信號暫態(tài)判別系數(shù)，s表示載波信號波動向量的初始賦值，?表示載波傳輸信號的分類系數(shù)，由此得到電力載波暫態(tài)系數(shù)求解結(jié)果為：

為穩(wěn)定電力載波信號在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型中的傳輸能力，要求暫態(tài)系數(shù)取值應(yīng)屬于(0,1]的數(shù)值區(qū)間。

2.3 電量阻抗特征

電量阻抗特征是指電力關(guān)鍵設(shè)備對載波信號波動傳輸特性的抑制作用能力，在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型中，由于電力載波暫態(tài)系數(shù)的取值區(qū)間相對較為局限，因此阻抗特征指標(biāo)的計算數(shù)值越大，表示電力關(guān)鍵設(shè)備對載波信號波動傳輸特性的抑制作用能力越強(qiáng)[11-12]。電量阻抗特征求解表達(dá)式為：

式中，ΔG表示電力載波信號的單位輸出總量，f表示信號波段劃分系數(shù)，γ表示波幅導(dǎo)向量，φ表示波頻導(dǎo)向量。電量阻抗特征的求解需要以電力載波暫態(tài)系數(shù)為基礎(chǔ)，因此在定義計算表達(dá)式時，要求導(dǎo)向量γ、φ的取值參考波動系數(shù)等于1 時的信號傳輸波動特性。

2.4 連續(xù)閾值區(qū)間

連續(xù)閾值區(qū)間是一個不間斷的閾值指標(biāo)取值范圍，在該區(qū)間內(nèi)，電力載波信號的波動能力相對較弱，故而波動特征參量的取值始終等于1。在不考慮最小閾值節(jié)點(diǎn)、最大閾值節(jié)點(diǎn)的情況下，可認(rèn)為連續(xù)閾值區(qū)間內(nèi)的電力載波信號的波動特征取值完全相等。規(guī)定在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型中，閾值節(jié)點(diǎn)定義系數(shù)小于零表示求解連續(xù)閾值區(qū)間時，該節(jié)點(diǎn)不在參考范圍之內(nèi)[13-14]。設(shè)Imin表示最小閾值節(jié)點(diǎn)定義系數(shù)，Imax表示最大閾值節(jié)點(diǎn)定義系數(shù)，其取值均小于0。由此，將連續(xù)閾值區(qū)間定義式表示為：

2.5 奇異值檢測系數(shù)

奇異值檢測系數(shù)影響電力載波信號的分布狀態(tài)，在連續(xù)閾值區(qū)間內(nèi)，奇異值指標(biāo)的取值越大，載波信號的分布越集中。在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型連接形式保持不變的情況下，奇異值檢測系數(shù)求解受到階段載波值、波段檢測參量兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響[15-16]。

設(shè)E1、E2表示兩個不相等的階段載波值，且E1∈W、E2∈W的取值條件恒成立，表示載波E1與E2的平均值，若電力關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)保持不變，則階段載波值取值也保持不變。波段檢測參量可表示為，在連續(xù)閾值區(qū)間內(nèi)，系數(shù)取值恒大于自然數(shù)1。

奇異值檢測系數(shù)定義式為：

式中，θ表示載波運(yùn)行狀態(tài)評估系數(shù)。對于電力關(guān)鍵設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)的檢測應(yīng)以Mask R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，在聯(lián)合小波基參量、電量阻抗特征等物理指標(biāo)的同時，完成對奇異值檢測系數(shù)的準(zhǔn)確計算。根據(jù)奇異值檢測系數(shù)計算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)電力關(guān)鍵設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)的檢測。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)選擇LTC2943CDD-1#TRPBF 型號的電量計元件作為實(shí)驗(yàn)對象，將其與ADE7758ARW 邏輯器相連，置于220 V 的電壓環(huán)境中，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得電力回路中的電流等于22.3 A。表1 所示為實(shí)驗(yàn)相關(guān)器件的參數(shù)情況。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

利用Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型控制搭載Win 10 操作系統(tǒng)的檢測主機(jī)，將主機(jī)元件接入電力檢測回路中，閉合控制開關(guān)，所得變量記為實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)；將各個電力設(shè)備示數(shù)歸零，斷開控制開關(guān)；利用極化/去極化電流法控制實(shí)驗(yàn)主機(jī)，再次閉合控制開關(guān)，所得變量記為對照組數(shù)據(jù)；對比實(shí)驗(yàn)組、對照組變量數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

電力載波信號波動幅度用來描述電力主機(jī)對關(guān)鍵設(shè)備元件運(yùn)行狀態(tài)的檢測能力。在圖2 所示電量回路中，電力載波信號的波動幅度越大，表示傳輸信號的波動能力越強(qiáng)，此情況下，電力主機(jī)更難實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備元件運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測。

圖2 電量回路

圖3 反映了實(shí)驗(yàn)組、對照組電力載波信號波幅在正、負(fù)傳輸方向上的數(shù)值變化情況（時間軸上半部分表示電力載波信號在正傳輸方向上的波動幅值，下半部分表示電力載波信號在負(fù)傳輸方向上的波動幅值）。

圖3 實(shí)驗(yàn)組波動幅值

分析圖3 可知，實(shí)驗(yàn)組電力載波信號在正傳輸方向上的波幅最大值為16.7 dB，在負(fù)傳輸方向上的波幅最大值為15.9 dB，二者差值僅為0.8 dB。

分析圖4 可知，對照組電力載波信號的傳輸頻率與實(shí)驗(yàn)組一致。對照組電力載波信號在正傳輸方向上的波幅最大值為21.5 dB，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，增大了4.8 dB；電力載波信號在負(fù)傳輸方向上的波幅最大值為28.0 dB。

圖4 對照組波動幅值

綜合圖3 和圖4 可知，對照組與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，增大了12.1 dB。整個實(shí)驗(yàn)過程中，對照組電力載波信號在正、負(fù)傳輸方向上的波幅差值為6.5 dB，高于實(shí)驗(yàn)組差值水平，即實(shí)驗(yàn)組方法對于電力載波信號波動傳輸行為的控制能力更強(qiáng)。

綜上可知，基于Mask R-CNN 的檢測方法能夠有效控制電力載波信號在正、負(fù)傳輸方向上的波動情況，使其波幅呈現(xiàn)出較為對稱的分布狀態(tài)，且可以將波幅數(shù)值保持在較低水平。即所提方法能夠更好地解決因載波信號大幅波動而造成的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測失準(zhǔn)問題。

4 結(jié)束語

在Mask R-CNN 網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，電力關(guān)鍵設(shè)備載波運(yùn)行狀態(tài)檢測方法重新定義了小波基向量，聯(lián)合電力載波暫態(tài)系數(shù)求解電量阻抗特征，通過建立連續(xù)閾值區(qū)間的方法，確定奇異值檢測系數(shù)的取值范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法能夠有效控制電力載波信號的波動能力，解決因載波信號大幅波動而造成的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測失準(zhǔn)問題，對于維護(hù)電力關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行起到一定的促進(jìn)作用。