邊云協(xié)同下的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

白明輝，苗宏佳，張婉明，寧巖，孫文宇

（國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，河北承德 067000）

邊云協(xié)同是多數(shù)部署邊緣計算方法中的關鍵處理原則，可根據(jù)應用場景邊緣側(cè)節(jié)點的分布情況，確定協(xié)同方案的實際實施強度，大體上包含智能協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、應用協(xié)同、資源協(xié)同等幾種不同的執(zhí)行方向?！斑呍啤币步小霸七吘墶?，指的是中心云服務在網(wǎng)絡邊緣側(cè)的延伸行為，在邏輯關系上，它屬于中心云的核心組成部分，其主要能力的提供及處理都必須依賴中心云服務之間的緊密協(xié)同關系[1-2]。在實際應用過程中，邊云協(xié)同能夠針對所涉及場景的表現(xiàn)情況，對相關數(shù)據(jù)信息量進行妥善的安排與規(guī)劃。

在電網(wǎng)應用環(huán)境中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘型統(tǒng)計策略在標識映射條件的支持下，對各項電氣異常數(shù)據(jù)參量進行重排處理，再根據(jù)殘余電壓的具體數(shù)值結(jié)果，確定單向挖掘指令的實際執(zhí)行深度[3-5]。然而此類方法對于電量數(shù)據(jù)的處理能力相對有限，并不能將電氣設備異常行為的所有表現(xiàn)形式全部考慮在內(nèi)。為解決此問題，提出基于邊云協(xié)同的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，在邊緣云架構的支持下，計算數(shù)據(jù)處理響應比的具體數(shù)值，再根據(jù)數(shù)據(jù)降維的實施條件，得到準確的統(tǒng)計度量數(shù)值結(jié)果。

1 電氣網(wǎng)絡的邊云協(xié)同體系

電氣網(wǎng)絡的邊云協(xié)同體系由邊緣云架構、統(tǒng)計任務格式條件、數(shù)據(jù)處理響應比三部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 邊緣云架構

電氣網(wǎng)絡的邊緣云架構由應用層、邊緣服務層、邊緣云場景三部分共同組成，如圖1 所示。其中，邊緣服務層由應用開發(fā)接口、設備接入中間件、服務提供中心、數(shù)據(jù)中心等多個結(jié)構共同組成。服務提供中心直接與上級應用開發(fā)接口相連，在已知電氣設備主機運行情況的前提下，應用層體系的執(zhí)行能力越強，電氣網(wǎng)絡邊云協(xié)同體系的穩(wěn)定性程度就越高。數(shù)據(jù)中心負責與下級設備接入中間件相連，能夠根據(jù)云執(zhí)行主機的具體執(zhí)行能力，更改體系內(nèi)電氣數(shù)據(jù)資源的管理與控制情況，并可在維護資源共享交換水平的前提下，對電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)進行定向化的分析與處理[6]。

圖1 邊緣云架構形式

1.2 統(tǒng)計任務格式條件

統(tǒng)計任務格式條件包含服務要求、數(shù)據(jù)信息、認證token、客戶端標識號、時間戳、標識號6 個主要信息條件。

1）服務要求：表示電氣設備出現(xiàn)異常行為的情況下，各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計任務對邊云協(xié)同體系服務的具體要求，如實時性、可靠性等。

2）數(shù)據(jù)信息：表示電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計任務的實際數(shù)據(jù)信息。

3）認證token：電氣網(wǎng)絡邊云協(xié)同體系利用認證token 驗證數(shù)據(jù)統(tǒng)計任務的合法性，并拒絕不合理的服務連接請求[7-8]。

4）客戶端標識號：客戶端是數(shù)據(jù)統(tǒng)計任務請求的發(fā)起方，包括邊云網(wǎng)絡設備及體系平臺用戶，所有數(shù)據(jù)字段都能表明電氣執(zhí)行任務的來源。

5）時間戳：統(tǒng)計任務產(chǎn)生的時間，用于避免數(shù)據(jù)信息的重復出現(xiàn)。

6）標識號：標識電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計任務的唯一編號。

1.3 數(shù)據(jù)處理響應比

邊云協(xié)同體系的任務處理時間主要消耗在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)匯總等多個方面。電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)處理響應比是一種定向化的信息參量指標，表示信息參量在單位時間內(nèi)的消化與執(zhí)行情況，一般來說，數(shù)據(jù)處理響應比的物理數(shù)值越大，電氣網(wǎng)絡邊云協(xié)同體系的穩(wěn)定性水平也就越高[9-10]。在不考慮其他干擾條件的情況下，數(shù)據(jù)處理響應比指標同時受到異常記錄數(shù)據(jù)單位傳輸量、統(tǒng)計判別時間兩項物理量的直接影響。設代表異常記錄數(shù)據(jù)單位傳輸量，Δt代表統(tǒng)計判別時長，聯(lián)立上述物理量，可將數(shù)據(jù)處理響應比計算結(jié)果表示為：

式中，μ表示邊云協(xié)同體系中的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)判別系數(shù)，λ表示數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征值，表示待統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息的協(xié)同處理均值量。

2 電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在電氣網(wǎng)絡邊云協(xié)同體系的支持下，按照數(shù)據(jù)降維、iTree 構造、統(tǒng)計度量計算的處理流程，完成邊云協(xié)同下電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法的設計與應用。

2.1 數(shù)據(jù)降維

數(shù)據(jù)降維是一種重要的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計與度量方法，可在邊云協(xié)同環(huán)境下，分析待統(tǒng)計數(shù)據(jù)參量之間的關聯(lián)性關系，一方面可保障物理信息參量之間的特征相似性，另一方面也能夠避免數(shù)據(jù)信息過量負荷行為的出現(xiàn)[11-12]。對于電氣網(wǎng)絡的邊云協(xié)同體系來說，任何一種信息參量的偏轉(zhuǎn)都有可能導致異常記錄數(shù)據(jù)的維度條件出現(xiàn)相對混亂的狀態(tài)。設k代表異常記錄數(shù)據(jù)的原始維度存在條件，隨著電氣設備運行時間的延長，該項物理系數(shù)在單位時間內(nèi)的最大值結(jié)果能夠達到物理數(shù)值y，聯(lián)立式（1），可將電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)的降維處理結(jié)果表示為：

式中，β表示電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)之間的相似性特征，qmax表示統(tǒng)計量的最大值結(jié)果，I表示待統(tǒng)計數(shù)據(jù)參量的原始存在特征值。

2.2 iTree構造

iTree 結(jié)構決定了電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)在單位時間內(nèi)的傳輸方向，可在已知邊云協(xié)同原則作用能力的基礎上，對最高電氣利用率、電量負荷率、電量數(shù)據(jù)傳輸行為等統(tǒng)計量特征進行重新規(guī)劃，不但能夠輔助異常記錄數(shù)據(jù)集合的制定，也可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征的定義與安排。一個完整的iTree 結(jié)構需要同時包含統(tǒng)計量節(jié)點、特征統(tǒng)計行為等多項應用指標[13-14]。其中，統(tǒng)計量節(jié)點直接與電氣設備的負荷曲線對應，一般情況下，iTree 結(jié)構中的節(jié)點數(shù)量越多，電氣設備負荷曲線的偏移程度越大。特征統(tǒng)計行為則與待統(tǒng)計的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)對應，記錄了電氣設備在邊云協(xié)同環(huán)境下的運行狀態(tài)與連接狀態(tài)，能夠使異常記錄數(shù)據(jù)長期呈現(xiàn)出絕對穩(wěn)定的存在狀態(tài)。iTree 結(jié)構的構造流程圖如圖2 所示。

圖2 iTree結(jié)構的構造流程圖

2.3 統(tǒng)計度量計算

統(tǒng)計度量描述了電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)所具備的集合應用能力，在iTree 結(jié)構之中，由于邊云協(xié)同體系始終保持相對穩(wěn)定的存在狀態(tài)，所以統(tǒng)計度量條件能夠決定數(shù)據(jù)信息參量的最終統(tǒng)計與處理結(jié)果[15-16]。規(guī)定g1、g2、…、gn分別代表n個不同的數(shù)據(jù)指標量統(tǒng)計權限值，在邊云協(xié)同環(huán)境中，系數(shù)值n的可取值結(jié)果必須為正整數(shù)，且隨著待統(tǒng)計電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)量的增大，系數(shù)值n的取值結(jié)果也會不斷增大。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將統(tǒng)計度量計算結(jié)果表示為：

式中，μ表示基于iTree 結(jié)構的電氣網(wǎng)絡邊云協(xié)同體系穩(wěn)定系數(shù)，f表示電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)集合中的信息統(tǒng)計條件，χ表示既定的電氣設備異常運行數(shù)據(jù)標度量。至此，完成各項系數(shù)指標的計算與處理，在邊云協(xié)同原則的支持下，實現(xiàn)電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法的順利應用。

3 實例分析

以50 min 作為實驗時長，每隔5 min 對圖3 所示電氣設備主機中的運行數(shù)據(jù)信息進行一個記錄，整合所有記錄數(shù)據(jù)，并從中選取多個異常記錄信息作為實驗對象。在整個實驗過程中，對實驗組數(shù)據(jù)信息采取邊云協(xié)同下的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，對對照組數(shù)據(jù)信息采取數(shù)據(jù)挖掘型統(tǒng)計處理策略。

圖3 電氣設備主機

規(guī)定電壓不超過220 V、電流不超過35 A 為非異常數(shù)據(jù)記錄結(jié)果，表1 記錄了實驗過程中，異常數(shù)據(jù)、非異常數(shù)據(jù)的具體存在情況。

表1 電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)采集

分析表1可知，在第15 min、第20 min、第30 min、第35 min、第45 min 時，電氣設備狀態(tài)數(shù)據(jù)均屬于異常數(shù)據(jù)，因此該次實驗必須分5 組同時進行。

測量在上述5 種情況下，待統(tǒng)計數(shù)據(jù)電量行為的具體變化情況，電量行為變化趨勢如圖4 所示。

圖4 電量行為變化趨勢

分析圖4 可知，實驗組待統(tǒng)計數(shù)據(jù)電量行為始終保持相對穩(wěn)定的波動存在狀態(tài)；對照組待統(tǒng)計數(shù)據(jù)電量行為的變化趨勢基本與實驗組保持一致，但其均值水平卻相對較低。從極限值角度來看，實驗組最大值9.7×105C，與之對應的時間節(jié)點為第35 min，此時的電壓數(shù)值為223 V，電流數(shù)值為36.2 A；對照組最大值7.0×105C，與之對應的時間節(jié)點為第45 min，此時的電壓數(shù)值為234 V，電流數(shù)值為36.0 A，與實驗組數(shù)值相比，電量水平下降了2.7×105C。實驗組最小值為8.9×105C，與之對應的時間節(jié)點為第20 min，此時的電壓數(shù)值為226 V，電流數(shù)值為36.8 A；對照組最小值2.1×105C，與之對應的時間節(jié)點為第30 min，此時的電壓數(shù)值為232 V，電流數(shù)值為35.7 A，與實驗組數(shù)值相比，電量水平下降了6.8×105C。若僅從自體差值的角度來看，實驗組最大電量、最小電量之間的物理差值為0.8×105C，而對照組最大電量、最小電量之間的物理差值為4.9×105C，其數(shù)值遠高于實驗組。

綜上可知，在基于邊云協(xié)同記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法的作用下，電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)的電量行為明顯更穩(wěn)定，極大值、極小值之間的物理差值水平相對較低，能夠從電量數(shù)據(jù)的角度上，將所有電氣設備的異常行為全部考慮在內(nèi)，較為符合實際應用需求。

4 結(jié)束語

電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法在邊云協(xié)同原則的作用下，對原有邊緣云架構進行完善，一方面定義統(tǒng)計任務格式的具體類型，另一方面計算數(shù)據(jù)處理響應比的實際數(shù)值。在已知數(shù)據(jù)降維條件的前提下，iTree 結(jié)構能夠提供較為全面的參考因素，不僅可實現(xiàn)對統(tǒng)計度量值的有效計算，也可避免電壓、電流等外界要素對電氣設備運行狀態(tài)的影響。實驗結(jié)果表明，對于已知的電氣設備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)來說，電量行為變化程度明顯縮小，可輔助后續(xù)信息參量整合與處理指令的順利進行，在穩(wěn)定記錄異常數(shù)據(jù)表現(xiàn)行為方面具有較強的實際應用價值。