数据挖掘方法在电力电缆状态评估中的应用研究

论文摘要

供电线路中的电缆所占的比重很大,工业、企业部门所使用的电缆在运行一段时间后,由于各种原因会发生老化,留下事故隐患,如不及时采取措施可能造成重大的经济损失。电缆的绝缘状态通常可以分为良好、不好、差和故障四种,以电缆的日常检修数据、试验数据和在线监测数据为基础,对电缆的状态进行评估具有重要的工程价值和实用意义。数据挖掘是从大量数据中挖掘出隐含的、先前未知的、对决策有潜在价值的知识和规则。为了保证系统的完整性,易于集成,本文在开发高精度的电缆状态监测装置基础上,利用有线、无线通讯以及网络技术收集数据,利用数据挖掘手段对电缆的状态进行评估。主要工作及结论如下:①对电力电缆绝缘系统的老化机理,及其状态检测方法做了概述。介绍了数据挖掘技术的分类及其在电力行业中的应用。②介绍了附加低频信号的在线检测原理和实现方式。由于泄露电流和介质损失正切tanδ具有代表性,故本文采用低频信号迭加方法,利用傅立叶变换技术对低频泄露电流和介质损失正切角进行计算,并将测量数据通过SCADA系统传输到数据分析工作站中进行分析。③运用数据挖掘理论对孤立点和中心点进行挖掘。对于数据的不一致性和空缺数据问题,本文采用基于回归技术的空缺值填充方法来提高数据挖掘的质量。④阐述了在线时序数据挖掘的神经网络分析方法。首先运用简单的线性和正弦模型对时序数据的变化趋势进行预测,此后采用三层的前向神经网络模型,在隐层神经元数量的判断上采用将离散变量进行连续化的松弛优化算法,并按照BP算法将神经元的数据与权重系数一起进行训练,取得了较好的效果。⑤论述了基于决策树技术的电缆绝缘状态评估方法。将决策树技术应用于电缆绝缘状态的判断中,得到电缆在线和离线实验数据之间的关联性不是很大,可以单独形成决策子树;对子树的合成必须有相关联的属性,这种相关联的属性可以转化为一个可以结合两棵子树的公共属性;对于电缆的在线监测数据,由于受运行环境的影响,并没有确切的判断电缆绝缘状态的标准,在形成分类规则时必须选取那些能够根据经验或离线试验确定状态的数据集合。通过实际电缆的各种数据,采用SPSS软件进行实际应用,最终的仿真结果说明数据挖掘方法的应用能够精确地评估出电力电缆状态。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电缆绝缘系统的老化机理与诊断
• 1.2.2 电缆绝缘系统的状态监测
• 1.2.3 数据挖掘技术及其在电力行业的应用
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 附加低频信号的在线测量原理
• 2.1 概述
• 2.2 体系结构
• 2.3 数据测量和采集
• 2.3.1 取样回路
• 2.3.2 单片微处理系统
• 2.3.3 信号发生单元
• 2.4 工频tanδ计算方法
• 2.4.1 DFT（离散傅立叶变换）
• 2.4.2 低频泄漏电流的计算
• 2.5 本章小结
• 3 数据预处理与聚类孤立点检测方法
• 3.1 概述
• 3.2 数据类型和结构
• 3.2.1 电缆的名牌参数
• 3.2.2 在线测量数据
• 3.2.3 检修试验数据
• 3.3 孤立点挖掘
• 3.3.1 电缆检测数据的孤立点
• 3.3.2 k-中心点聚类的梯度优化算法
• 3.3.3 时序数据的k-中心点聚类分解算法
• 3.3.4 基于距离的孤立点检测
• 3.4 空缺数据的处理
• 3.4.1 忽略元组
• 3.4.2 根据中心点填充空缺值
• 3.4.3 根据平均值填充空缺值
• 3.4.4 根据回归算法填充空缺值
• 3.5 数据处理实用算例
• 3.5.1 中心点的计算
• 3.5.2 量测点与中心点距离计算及判断
• 3.6 本章小结
• 4 在线时序数据挖掘与神经网络分析
• 4.1 概述
• 4.2 趋势分析
• 4.2.1 移动平均或中心点法
• 4.2.2 最小二乘法
• 4.3 周期或季节性分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 周期性参数估计
• 4.4 BP神经网络分析
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 离散变量表示的神经网络模型
• 4.4.3 BP算法
• 4.4.4 在电缆状态监测中的应用
• 4.5 算例
• 4.6 本章小结
• 5 基于决策树技术的电缆绝缘状态评估
• 5.1 概述
• 5.2 决策树
• 5.2.1 C4.5算法
• 5.2.2 CART算法
• 5.2.3 CHAID算法
• 5.3 决策树技术在电缆状态评估中的应用
• 5.3.1 电缆绝缘状态的分类
• 5.3.2 训练数据集的建立
• 5.3.3 判断决策树的建立
• 5.3.4 分类规则的产生
• 5.4 应用实例
• 5.4.1 原始数据处理
• 5.4.2 决策树分类
• 5.4.3 分类规则应用
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读工程硕士期间发表的论文