基于改进型随机森林算法的配网抢修故障量评估方法.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023文章编号：10 0 7-7 57 X（2 0 2 3)0 8-0 18 2-0 4基于改进型随机森林算法的配网抢修故障量评估方法方鹏森，印欣，王荣辉，李龙，石岩1，赵冬云1（1.国网哈密供电公司，新疆，哈密8 39 0 0 0；2.国网新疆电力有限公司，新疆，乌鲁木齐8 30 0 0 0）摘要：为了提高配网抢修故障量质量和效率，提出了基于改进型随机森林算法的配网抢修故障量评估。进行设计了配电网抢修故障系统，包括监控主站、通信模块和故障定位监测模块三个部分。采用故障定位监测技术，通过数据通信与处理，实现配电网故障的快速抢修；采用改进型随机森林算法，实现配网故障抢修量的评估。实验表明，所提出的系统抢修故障量评估准确性在90%上下波动，最高可达97%，提高了配网抢修故障量评估能力。关键词：随机森林；配网抢修；故障量评估；大数据；定位监测中图分类号：TM723Evaluation Method of Distribution Network Emergency Repair Fault QuantityFANG Pengsen,YIN Xin,WANG Ronghui,LI Long,SHI Yan,ZHAO Dongyun(1.State Grid Hami Electric Power Supply Company,Hami 839000,China;2.State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Wulumuqi 830000,China)Abstract:In order to improve the quality and efficiency of the distribution network emergency repair failure quantity,this paperproposes an improved random forest algorithm to evaluate the distribution network emergency repair failure quantity.A distri-bution network emergency repair failure system is designed,including the monitoring master station,the communication mod-ule and the fault location monitoring module.The three parts use fault location monitoring technology to realize rapid repair ofdistribution network faults through data communication and processing,and use an improved random forest algorithm to evalu-ate the amount of emergency repairs of distribution network faults.Experiments show that the evaluation accuracy of the sys-tems emergency repair failure volume studied in this paper fluctuates around 90%,the maximal value reaches 97%,which im-proves the evaluation capability of the distribution network emergency repair failure volume.Key words:random forest;emergency repair of distribution network;fault quantity evaluation;big data;location monitoring搜索的方法，实现了配网故障抢修的功能，但该系统对配网0引言故障的判断存在着不足。随着人们用电量的需求量增大，电网的供应服务存在着基于上述文献中的不足，本文提出了改进型随机算法的许多质量上的问题，直接影响到人们的生活水平，提高电网配网抢修故障量评估的方法，设计了配电网抢修故障系统，的服务质量和快速有效的进行对配网的抢修是一个非常重实现了配电网故障的快速抢修，接着采用改进型随机森林算要的环节。法，实现配网故障抢修量的评估，最后设计了配网故障抢修为了提高配网故障抢修的质量和速度，文献 1提出了效率的提升系统，对配网数据系统进行管理，实现提高配网基于GIS的配网故障抢修系统，该系统采用GIS技术进行配故障抢修的效率 3。网故障的定位，实现配网故障自动保护装置的功能，但该系1配电网抢修故障系统的设计统在故障信息准确获取方面还存在着不足，获取配网故障定位信息不够准确，要提高配网故障信息的准确性，还需进一步研究；文献 2 提出了一种改进型LSTM-RF算法的配网故障抢修系统，该系统通过使用LSTM-RF算法，采取网格作者简介：方鹏森（1990 一），男，本科，助理工程师，研究方向为配网抢修指挥；印欣（198 8 一），男，硕士，高级工程师，研究方向为智能配电网；王荣辉（1990 一），男，本科，助理工程师，研究方向为配网运维；李龙（198 8 一），男，本科，助理工程师，研究方向为配网运维；石岩（198 9一），男，本科，工程师，研究方向为配网调控；赵冬云（1991一），男，本科，助理工程师，研究方向为配网调控。182开发应用文献标志码：ABased on Improved Random Forest Algorithm微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期本文设计的配电网抢修故障系统包括监控主站、通信模块和故障定位监测模块三个部分，故障定位监测模块通过对配电网的故障检测得到配电网故障数据，故障数据经过通信Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023模块传送至监控主站，故障显示的同时带领抢修人员实现配电网故障的快速抢修 4。配电网抢修故障系统如图1所示。监控主站网线GPRS通信管理机柱上故障定位监测终端TAOTAPOTAO-TA线路1:1线路1:N电源模块TV三相电流/三相电压/TA零序电压8路状态量(预留)采集模块图1配电网抢修故障系统结构图故障定位监测模块对配电网的电网数据实时监测，通过模数转换后传送至数据核心处理分析模块，数据核心处理分析模块采用过流速断法进行对短路故障的判断，采用全电流法进行对接地故障的判断。判断到有故障发生时，故障定位监测模块将故障信息通过GPRS无线传输方式传送至监控主站 51。监控主站完成配电网故障信息的接收后，进行数据解析，监控主站使用故障区段快速定位的矩阵算法，实现对配电网故障信息的排序矩阵进行逻辑运算，获得配电网故障的所在区段，从而实现配电网故障区段的准确定位。系统自动将检测出的配电网故障区段信息发送至工作人员的监控主站界面显示，由专业人员进行对配电网故障的快速抢修，实现配电网的供电恢复 6-7。在设计采集模块时，使用了AD7606芯片，该芯片具有16位同步采样模数数据采集系统（DAS），8 个采集通道，并且采样速率高达2 0 0 kSPS，内部有保护电路，能够接受16.5V的电压。核心处理模块采用了ADSP-BF518芯片，能够对采集到的电压、电流信号进行读取，负责对信号进行解析，运算出配电网的故障信息量，最后采用GPRS无线通信的方式将信息传送至监控主站。无线通信模块采用的是GPRS无线通信模块，数据传输速率为17 1.2 kbit/s，但在实际中有外界的影响传输速率为4010 0 k b it/s，能够满足配电网故障信息的传输。设计电源模块时，采用的是TV十蓄电池的供电方式，来满足系统中的用电需求，TV上的交流电压经过整流滤波后变成直流电压，通过稳压模块进行转换成十2 4V的稳定电压。此电源模块在线路正常时，变换器在给系统供电的同时给蓄电池充电，若线路出现异常，则变成蓄电池通过变换器给系统供电。开发应用2改进型随机森林算法的配网抢修故障量评估本文设计了配网抢修故障量评估系统，并采用改进型随机森林算法，实现配网故障抢修量的评估。首先建立配网故障抢修量的评估系统，基于统计方法和数据挖掘技术，选取随机森林算法，配电网故障抢修量评估系统包括信息内网、信息外网和Internet三个部分 9，基于改进型随机森林算法GPRS通信网络的配网抢修故障量评估系统的结构如图2 所示。ArcGIS地理故障抢修应信息服务器“用服务器全部样本信息内网线路N:1线路N:N调试MMMI接口采集32位转换嵌入式平台电路核心处理模块微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期字祥本字祥本2子祥本字样本in一分类器一分类器2无线通信模块随机森林投票结束图2 改进型随机森林算法的配网抢修故障评估本实用新型通过ArcGIS地理信息服务器进行配网故障信息的定位，将信息传送至配网故障抢修应用服务器，经过数据库服务器双机热备的数据分析，将故障信息经过网络传送到外网，以短信的方式进行发送给抢修工作人员，实现配网故障抢修工单直接派送的功能。利用改进型随机森林算法进行配网故障抢修量的评估，假设给定种群中有L个粒子，其中第i个粒子的M维空间位置矢量为 X,=(Xi,Xi2,.,XD),其中i=(1,2,L),d=(1,2，,M),速度为;=（Ui，U i2，U a d）,将位置矢量X,代入目标函数，即可对特征取值的优劣性进行评价。配网采集样本的特征取值表达式为Va=wua+cirand)(pia-XD)+C2rand()(pid-XiD)XiD=XiD+Uid式中，表示惯性权重，C1和c2表示加速度常数，rand()表示随机函数，在0 一1范围内随机波动。完成特征样本的选取，接着进行采用随机森林的方式进行对配网故障抢修量的误差计算，进行误差计算的表达式为.183数据库服务营销器双机热备中间库分类器分器in数据服务器服务器交换机负载均衡网络隔离装置REST消息推送短信平台IDSIDS控制台防火墙Internet信息外网(1)(2)Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023式中，eooB（i)表示第i个特征选取值的数值误差，k表示粒子群对随机森林的决策树。通过误差的计算进行对配网故障量的评估计算为MAPE=n式中，T，表示真实的配网故障抢修量，P；表示预测的配网故障抢修量，n表示预测点的个数，如果预测配网故障抢修量与预测配网故障抢修量的误差较小，则MAPE的值也越小，表示配网故障抢修量的评估值较好。3配网故障抢修效率提升的设计本文对配网故障抢修效率提升进行了设计，根据配网故障的类型情况，配网调控中心接收到SCADA发送的配网故障、调度员进行转入配网故障和不同类型的故障来源，专业抢修员在5min内在系统中完成抢修工单的填写。配网故障抢修效率提升流程如图3所示。生产抢修值班中心调控中心设备异常应急抢修是获取抢修信息香TCM记录归档确认抢修资源调度图3配网故障抢修效率提升流程图为了提升配网故障抢修的效率，本文结合GA技术计算进行对系统配置的优化，进行配网故障抢修模型的搭建，配网无约束函数的总效率模型为Nmin F=P,D;=P;/(X,-X)+(Y,-Y)NZ(CaT)V(X,-X)?+(Y,-Y)式中，P，表示影响配网抢修驻点到各个负荷点每公里的时间因素之和,X,Y即X,Y；分别二维坐标系统下的驻点地址（X，Y），T 表示固定区域下的负荷与驻点计划年限，入表示计划年限维护成本系数。对此模型进行优化处理，其中配网故障抢修驻点配置新模型为min C=(1+a)+=(1+ro)-12g.PiD;N开发应用式中，Cz（S,)表示第i个配网故障抢修驻点，S，表示第i个eOOB=ZeooB(i)/kT,-PiX100%T专业现场工程师收到抢修信息，相关人员组织抢修否是否符合现场抢修是现场抢修抢修任务终解ro(l+ro)微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期(3)以供电负荷、抢修密度进行折算化的配网抢修故障驻点的抢修能力，r。表示投资回收率，m表示投资的回收年限，同时也是一个区域抢修年限，表示经济性折算系数，N表示配网故障抢修故障之和，j：表示由第i个配网抢修驻点负责抢修的抢修负责区域的集合，g；表示标志i抢修负责区域是否由(4)i配网故障抢修点负责的参数（0 或1），P，表示区域点故障容量，其容量反映区域故障频度，D；表示第i个配网故障抢修点与第；个配网故障区域之间的距离。通过优化后的改进模型，有利于规划合理路径、缩短抢修准备时间，可在现场抢修完成后，通过移动端录人进行回单,并基于大数据分析的故障预测信息对故障进行判断和定位，能够统计、分析和实现数据查询，从而提高配网故障抢修效率。4实验结果与分析为了验证本文研究的系统的有效性，做了相关的实验加以验证，对系统的测试可分为软件测试和硬件测试，由于条件有限，本次实验首先进行实验平台的搭建，在实验平台上进行系统的仿真测试，实验环境参数如表1所示。表1实验环境参数硬件环境参数硬件设计2.7 GHz MP Xeon Inter内部空间2 GB硬盘512 GB软件环境参数操作平台Windows7与Android网络状态2.4GHzWDR6500测试工具MicrosoftVisual Studio2010实验平台架构示意图如图4所示。抢单系统停电信息抢修进度发布工单详细抢单行进路现场勘查线导航(5)交换机身份验证抢修管理数据管理工单管理Cz(S,)+图4实验平台架构示意图本次实验采用的实验数据为某电网公司的配网故障类(6)型的故障次数，实验数据如表2 所示。.184SSM通信系统防火墙Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023故障类型变压器开关用户停电电线杆故障熔丝熔断其他本次实验首先进行对系统的性能进行测试，测试主要包括系统故障抢修量最大响应时间，把故障的数量作为自变量进行实验的测试，测试结果与文献 1和文献 2 的实验结果进行对比，并对本文系统实验测试结果进行对比分析，实验结果对比如图5所示。/16+本文系统-+-文献+文献 2 806420由图5可知，本文研究的系统在对系统性能的测试中，随着抢修故障的数量的增加，系统故障抢修最大响应时间也缓慢上升，并且当抢修故障数量增加到40 个时，系统故障抢修最大响应时间为6.32 s，并且在故障数量低于40 个时，系统故障抢修最大响应时间均低于6.32 S；文献 1在抢修故障量增加到40 个时，系统故障抢修最大响应时间为12 s；文献 2 在对系统性能的测试中，抢修故障量增加到40 个时，系统故障抢修最大响应时间为13s，与本文研究的系统相比，该系统在性能方面存在着不足。基于上述对系统性能的测试中，本文进一步对系统配网抢修故障量评估的准确性进行测试，测试结果并与文献 1和文献 2 进行对比，实验结果对比如图6 所示。100%/40200510152025303540451配网抢修故障量/个图6 实验结果对比图由图6 可知，随着配网抢修故障量的变化，抢修故障量评估准确性在90%上下波动，并且最低在8 6%，最高可达97%；文献 1准确性最低为59%，最高可达8 2%，与本文研开发应用表2 实验数据究的系统相比存在着差距；文献 2 准确性最低为52%，最高故障次数故障类型22架空线72电缆157配电房故障8电力井盖问题10电线遭盗窃4710抢修故障数量/个图5实验结果对比图本文系统-文献+文献 2 微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期故障次数可达7 8%，与本文研究的系统相比存在着较大的不足。395总结30为了提高配网抢修故障的质量和速度，本文提出了改进28型随机森林算法的配网故障抢修量的评估，设计了配电网抢15修故障系统，包括监控主站、通信模块和故障定位监测模块15三个部分，故障定位监测模块通过对配电网的故障检测，得到配电网故障数据，故障数据经过通信模块传送至监控主站，进行故障显示同时带领抢修人员实现配电网故障的快速抢修，然后采用改进型随机森林算法，实现配网故障抢修量的评估，最后设计了配网抢修故障效率的提升系统，实现配网抢修故障效率的提升。本文所研究的系统还存在着一定的不足，在针对抢修故障量的评估时，若超出评估的范围时，抢修故障量可能会监测不到，因此还需要进一步的对区域范围进行改进。1马瑞，张海波，王建雄，等.考虑负荷时变性的配电网故障抢修恢复策略LJ.电力科学与技术学报，2 0 19，34(2):20-27.2030参考文献402 林剑文自动化设备在10 kV配网故障抢修中的应用研究 J.企业技术开发（学术版），2 0 19,38（6：7 4-7 5.3 孟军，施萱轩，陈中等.配电网故障抢修驻点选址与抢修任务分配优化策略J.广东电力，2 0 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