基于人工智能的電力通信實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)

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(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)性能比較差，在電力通信實(shí)時監(jiān)測應(yīng)用中響應(yīng)時間較長，為此提出基于人工智能的電力通信實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。對通信監(jiān)測儀和報警器進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測結(jié)果警報。利用卡爾曼濾波算法對通信數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)定閾值對比，輸出電力通信狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計系統(tǒng)響應(yīng)時間短于傳統(tǒng)系統(tǒng)，響應(yīng)性能更優(yōu)越。

關(guān)鍵詞：人工智能;電力通信;實(shí)時監(jiān)測;通信監(jiān)測儀;報警器

中圖分類號：TN915.07 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)行。由于電力系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各個單元之間通信量較大，受到外部因素和內(nèi)部因素影響，電力通信存在一定的安全隱患，經(jīng)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)測[1]。相關(guān)研究人員研發(fā)了電力通信實(shí)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(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對電力通信狀態(tài)進(jìn)行分析。但是在實(shí)際應(yīng)用中大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)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(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時響應(yīng)性能比較差，響應(yīng)時間比較長，無法達(dá)到電力通信實(shí)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(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)研究。此次試圖利用人工智能技術(shù)提高系統(tǒng)的智能化和信息化，從優(yōu)化實(shí)時響應(yīng)性能角度出發(fā)，在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而形成一套新的系統(tǒng)，為電力通信實(shí)時監(jiān)測提供技術(shù)支撐。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要包括通信監(jiān)測儀、報警器、服務(wù)器以及顯示器，四個設(shè)備由系統(tǒng)電源電路連接實(shí)現(xiàn)供電，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時測量，通過wifi將數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)服務(wù)器上，由服務(wù)器完成對通信數(shù)據(jù)處理和分析，并將分析結(jié)果發(fā)送給報警器，觸發(fā)報警器報警，并將監(jiān)測結(jié)果繪制成報告發(fā)送到顯示器上進(jìn)行顯示[2]。由于服務(wù)器和顯示器為系統(tǒng)基礎(chǔ)硬件設(shè)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(shè)計進(jìn)行詳細(xì)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(shè)備，其主要作用是負(fù)責(zé)采集到電力通信運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)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(shè)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(shè)計了RS485/USB轉(zhuǎn)換器，利用RS485/USB轉(zhuǎn)換器對通信總線接口和通信監(jiān)測儀接口進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過該轉(zhuǎn)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(jìn)行電子掃描，將掃描到的數(shù)據(jù)由解析裝置進(jìn)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(jī)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(jié)果進(jìn)行報警，用于提示工作人員，此次選擇的是DGR公司生產(chǎn)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(jié)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(jié)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(yán)重程度而定，故障越嚴(yán)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(shè)計

2.1通信數(shù)據(jù)預(yù)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(shè)備自身的采集殘差，導(dǎo)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(dá)到監(jiān)測需求，因此需要對電力通信數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。此次利用卡爾曼濾波算法對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，計算出通信數(shù)據(jù)預(yù)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(jìn)行濾波，從而達(dá)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(shù)對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)設(shè)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(yàn)均值;S表示電力通信誤碼率的先驗(yàn)方差。將公式（5）計算結(jié)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(shè)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(jìn)行維護(hù);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(jié)果。

3實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某電力通信總線設(shè)備為實(shí)驗(yàn)對象，利用此次設(shè)計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該電力通信狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(shè)定為5.5m，監(jiān)測頻率設(shè)定為3.65GHz，監(jiān)測信號發(fā)射頻率設(shè)定為3.64GHz，數(shù)據(jù)讀取周期設(shè)定為0.01s。實(shí)驗(yàn)共采集到23.26GB電力通信數(shù)據(jù)，監(jiān)測時間為24h，共進(jìn)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(jīng)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(shè)定為6.5%，系統(tǒng)監(jiān)測情況如下表所示。

實(shí)驗(yàn)以響應(yīng)時間為檢驗(yàn)兩種系統(tǒng)的指標(biāo)，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(jié)果為結(jié)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(yīng)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(jié)論：設(shè)計系統(tǒng)平均響應(yīng)時間比較短，最短為0.005s，基本為實(shí)時監(jiān)測，這是因?yàn)樵O(shè)計系統(tǒng)采用了人工智能技術(shù)，利用人工智能技術(shù)對通信狀態(tài)進(jìn)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(yīng)時間更短一些。而傳統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時間比較長，做大響應(yīng)時間為5.264s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計系統(tǒng)，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了，在響應(yīng)性能方面設(shè)計系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力通信實(shí)時監(jiān)測。

4結(jié)束語

此次利用人工智能技術(shù)設(shè)計一套新的電力通信實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)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(yīng)性能，有助于提高電力通信安全性與可靠性，能夠?yàn)殡娏νㄐ殴收暇S護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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