基于大數(shù)據(jù)平臺的配電網(wǎng)接地選線關鍵技術研究

杜銳

【摘 要】隨著我國的經(jīng)濟在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，我國配電網(wǎng)多采用小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地短路的概率高，如何進行準確的接地選線是一項重要課題。考慮大數(shù)據(jù)機器學習方法，基于大數(shù)據(jù)平臺對配電網(wǎng)接地選線關鍵技術進行研究，首次提出了綜合考慮電氣量與非電氣量的故障選線算法;搭建了基于Hadoop技術的配電網(wǎng)接地選線大數(shù)據(jù)平臺，應用接地故障選線的人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式存儲與分布式處理等相關技術，大大提高配電網(wǎng)選線的準確性;最后使用故障數(shù)據(jù)進行驗證，證實了該方法的可行性。

【關鍵詞】大數(shù)據(jù);接地選線;非電氣量;Hadoop平臺;人工神經(jīng)網(wǎng)絡

引言

“小電流接地系統(tǒng)”屬于中性點非有效接地系統(tǒng)，也稱為中性點不直接接地系統(tǒng)，主要有中性點不接地系統(tǒng)、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（諧振接地系統(tǒng)）兩種。目前，配電網(wǎng)采用以中性點經(jīng)消弧線圈接地為主的小電流接地系統(tǒng)。經(jīng)消弧線圈接地方式能自動消除瞬時的單相接地故障，具有跳閘次數(shù)少、能降低故障電流的優(yōu)點，但也存在一些缺點：如，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，單相故障時假如小電流接地選線裝置不跳閘，系統(tǒng)將長時間承受過電壓，對設備絕緣水平要求高。此外，目前各種原理的小電流選線裝置在實際運行中準確率并不高，特別是在高阻接地和弧光接地情況下，準確率更低。在消弧線圈補償故障電流的作用下，故障殘流小，配網(wǎng)智能終端難以檢測分辨接地故障電流，導致配網(wǎng)自動化系統(tǒng)因無法獲取接地故障信息而失效。

1大數(shù)據(jù)的定義與特征

關于大數(shù)據(jù)的定義，雖然業(yè)內(nèi)存在一些共識，但是尚沒有統(tǒng)一的定義。麥肯錫將大數(shù)據(jù)定義為規(guī)模超出了現(xiàn)有數(shù)據(jù)工具的抓取、存儲、處理、計算能力的數(shù)據(jù)集合.認為大數(shù)據(jù)是指對海量異構數(shù)據(jù)實現(xiàn)高速的捕捉、分析與發(fā)現(xiàn)的技術體系與架構。本文認為，大數(shù)據(jù)不僅是傳統(tǒng)軟件難以處理的數(shù)據(jù)集，也不僅是先進的數(shù)據(jù)分析與處理技術，而是海量異構數(shù)據(jù)、高性能大數(shù)據(jù)處理架構、先進的數(shù)據(jù)挖掘算法及大數(shù)據(jù)思維方式的有機結合，并在互聯(lián)網(wǎng)云計算、大數(shù)據(jù)可視化等相關領域的延伸。不同行業(yè)的大數(shù)據(jù)千差萬別，但是它們都具有五個典型特點，這五個特點通常也被稱為，"5個V"，分別是規(guī)模性（Volume），多樣性（Variety），高速性（Velocity），價值性（Value）和真實性（Veracity）。其中：規(guī)模性是指數(shù)據(jù)總量龐大，數(shù)據(jù)總量已經(jīng)普遍從GB，TB級上升到PB，EB，ZB級;多樣性是指數(shù)據(jù)類型復雜，來源不同且同時包含結構化、半結構化和非結構化數(shù)據(jù);高速性是指數(shù)據(jù)實時在以指數(shù)級別的速度在增長，同時也需要高速的數(shù)據(jù)處理速度;價值性是指數(shù)據(jù)是有價值的但是沒有得到充分利用，且其價值通常需要挖掘;真實性是指大數(shù)據(jù)來源于真實的社交網(wǎng)絡、企業(yè)等數(shù)據(jù)源，可以體現(xiàn)分析對象的真實特征。

2基于大數(shù)據(jù)平臺的機器學習配電網(wǎng)選線核心算法

2.1數(shù)據(jù)預處理和特征提取

數(shù)據(jù)預處理是指在數(shù)據(jù)挖掘前的數(shù)據(jù)處理，主要包括數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換與數(shù)據(jù)規(guī)約等技術，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合挖掘的數(shù)據(jù)。通過故障特征提取算法實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的預處理，進行降維操作，降低大數(shù)據(jù)的維度，保存有用數(shù)據(jù)，剔除無效數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的智能預處理功能，使數(shù)據(jù)更滿足挖掘需要。故障特征提取是指從原始數(shù)據(jù)中提取出具有重要物理意義或統(tǒng)計意義的特征數(shù)據(jù)，可以對原始數(shù)據(jù)進行有效降維。由于原始數(shù)據(jù)尤其是電氣數(shù)據(jù)維度太高，數(shù)據(jù)量太大，并且含有一些無用的信息，所以有必要進行特征提取，提取出有用的數(shù)據(jù)進行分析。故障特征提取有多種方法，為保證提取數(shù)據(jù)的有效性，一般根據(jù)傳統(tǒng)選線方法確定要提取的特征數(shù)據(jù)。本研究提取14種電氣量故障特征數(shù)據(jù)：故障類型（A相接地故障、B相接地故障、C相接地故障）、故障后各相電壓降落（故障后比故障前電壓有效值的降落），故障后零序電流幅值與相角，各出線零序電流的小波包能量，零序電流五次諧波幅值與相角，故障后首半波幅值與極性，故障后能量函數(shù)，暫態(tài)零模特征電流幅值與極性，F(xiàn)TU裝設處的零序電流幅值與相角。根據(jù)每一條出線獲得故障特征變量（體現(xiàn)故障測度），并歸一化。由于提取出的氣象數(shù)據(jù)已經(jīng)為數(shù)字量形式，故直接作為特征向量即可。電氣量與非電氣量故障特征共有20種。

2.2小電流接地選線裝置提升選線正確率的管理

（1）加強并網(wǎng)管理嚴格按小電流接地選線裝置技術規(guī)范、檢驗規(guī)范開展可研、初設審核、投運前驗收工作，確保小電流接地選線裝置功能配置、二次回路完善，各線路間隔零序CT接線正確、零序CT安裝質(zhì)量符合標準要求，遠動信號傳發(fā)正確。（2）加強日常管理持續(xù)開展小電流接地選線裝置選線情況統(tǒng)計。按月對各站小電流接地選裝置選線情況進行統(tǒng)計，對選線情況異常的開展排查，確保裝置運行正常、二次回路正確、遠動信號回傳正確。（3）開展專項整改對目前在運的小電流接地選線裝置開展全面梳理。對不具備跳閘功能的小電流選線裝置開展改造工作，增加跳閘箱、二次控制回路。對零序電流回路接線不正確、無零序CT的間隔，結合線路間隔停電，開展零序CT、回路整改工作。對于信號注入法原理的小電流接線選線裝置，出線未安裝信號探測器的，結合線路間隔停電，加裝信號探測器。

2.3數(shù)據(jù)預處理方法

實際配網(wǎng)系統(tǒng)中，常由于噪聲干擾或通訊等原因，導致原始數(shù)據(jù)存在錯誤值、空缺值、噪聲等，導致數(shù)據(jù)質(zhì)量降低，影響挖掘的準確度。因此，通過預處理來降低錯誤值、空缺值與噪聲的干擾，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。（1）空缺值空缺值是指數(shù)據(jù)中某一屬性值的缺失，數(shù)據(jù)的大范圍缺失是無法修復的，但是對于少數(shù)幾個值的空缺，通?？梢杂靡粋€值來進行填補。在確定這一填補值時，通常有幾種方法：1）使用一個常量來填補空缺值。2）使用缺失屬性均值來填補。3）預鋇（一個可能值來填補，如通過回歸來預測缺失值。在基于大數(shù)據(jù)的故障選線問題中，面對的原始數(shù)據(jù)主要是各類波形數(shù)據(jù)，而波形通常是連續(xù)的，因此若出現(xiàn)空缺值情況，可以通過插值的方法來確定空缺值。（2）噪聲數(shù)據(jù)噪聲是指互感器在測量電壓、電流是產(chǎn)生的隨機錯誤或偏差，包括錯誤值或者孤立點值。通常使用以下數(shù)據(jù)平滑技術進行處理：分箱法：分箱法考察數(shù)據(jù)周圍的值并將其分到不同的箱中，然后根據(jù)箱中數(shù)據(jù)的特點來平滑箱中數(shù)據(jù)，起到數(shù)據(jù)平滑作用。回歸法：回歸法通過尋找合適的回歸函數(shù)來將不同的變量互相關聯(lián)，然后使用其他變量來預測一個變量，起到數(shù)據(jù)平滑的效果。聚類法：聚類是一種識別孤立點或離群點的常用方法，那些明顯偏離聚類中的數(shù)據(jù)很可能是錯誤數(shù)據(jù)，通過對其刪除或更正可以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

結語

本文研究了利用大數(shù)據(jù)技術來解決配電網(wǎng)單相接地故障選線的難題。提出了利用多源電氣量與非電氣量數(shù)據(jù)，并且綜合考慮多種故障特征的一種新的配電網(wǎng)接地故障選線方法。在基于Hadoop技術的大數(shù)據(jù)平臺上，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的機器學習算法，對海量數(shù)據(jù)進行深度挖掘與精準擬合，從而大大提高了配電網(wǎng)選線的準確性。使用仿真數(shù)據(jù)與實際歷史故障數(shù)據(jù)進行了選線準確率驗證，證明了本方法的可行性。

參考文獻：

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[2]李燕妮，袁茂林.小電流接地選線裝置在配網(wǎng)中的應用[J].電子技術與軟件工程，2014（7）：170.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司齊河縣供電公司）