CN108805427A - 一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统 - Google Patents

一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统，该系统包括：数据采集模块，用于实时获取配电网的运行状态数据；数据处理模块，用于对获取的数据进行处理，得到描述配电网运行状态的状态信息；运行状态评估模块，用于根据经数据处理模块处理的数据进行配电网运行状态评估；风险预警模块，用于根据评估结果，评定配电网运行状态的风险等级，根据得到的风险等级发出相应的报警信号。本发明通过对实时采集的配电网的运行状态数据进行分析，进而对配电网的威胁行为进行感知，并根据感知的威胁行为对配电网运行状态进行评估和预测，进而报警，使得电力工作人员能够及早发现问题，进而配电网中的威胁行为可能带来的风险和损失降到最低。

Description

一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统
技术领域
本发明涉及电力信息安全领域，尤其涉及一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统。
背景技术
配电网是电力系统的重要组成部分，随着社会经济的发展和人们生活水平的提升，人们对配电网的建设和管理提出了更高的要求。但是在传统的配电网运行状态评估中，受限于较窄的数据采集渠道或较低的数据集成和处理能力，使得研究人员难以从其中挖掘出更有价值的信息。而今由于配电自动化、用电信息采集等应用系统的推广应用，对于有千条馈线的大规模配电网来说，配电网中会产生指数级增长的海量异构、多态的数据，因此如何运用日趋成熟的大数据技术来分析处理这些数据，并有效挖掘出横向数据之间的关系和预测数据走向，为配电网的安全运行和优质服务提供支撑成为我们亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统，该风险预警系统包括：
数据采集模块，包括多个传感器，用于实时获取配电网的运行状态数据，配电网的运行状态数据设备运行状态信息、配电网运行环境信息和配电网的线路信息；
数据处理模块，用于对获取的运行状态数据进行处理，得到用于描述配电网运行状态的状态信息；
运行状态评估模块，用于对经数据处理模块处理的运行状态数据进行配电网运行状态评估；
风险预警模块，用于根据运行状态评估模块的评估结果，评定配电网运行状态的风险等级，同时根据得到的风险等级发出相应的报警信号。
有益效果：该系统通过对实时采集的配电网的运行状态数据进行分析，进而对配电网中的威胁行为进行感知，并根据感知的威胁行为对配电网运行状态进行评估和预测，进而进行报警，使得电力工作人员能够及早发现问题，进而将配电网中的威胁行为可能带来的风险和损失降到最低。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的框架结构图；
图2为本发明数据处理模块的框架结构图；
图3为本发明运行状态评估模块的框架结构图。
附图标记：
数据采集模块1；数据处理模块2；运行状态评估模块3；风险预警模块4；防御模块5；第一数据处理单元21；第二数据处理单元22；威胁行为感知单元31；威胁行为评估单元32；威胁行为预测单元33；可信度评估子单元321；威胁程度评估子单元322；运行状态综合评估子单元323。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统，该风险预警系统包括：
数据采集模块1，包括多个传感器，用于实时获取配电网的运行状态数据，配电网的运行状态数据设备运行状态信息、配电网运行环境信息和配电网的线路信息；
数据处理模块2，用于对获取的运行状态数据进行处理，得到用于描述配电网运行状态的状态信息；
运行状态评估模块3用于对经数据处理模块2处理的运行状态数据进行配电网运行状态评估；
风险预警模块4，用于根据运行状态评估模块3的评估结果，评定配电网运行状态的风险等级，同时根据得到的风险等级发出相应的报警信号。
有益效果：该系统通过对实时采集的配电网的运行状态数据进行分析，进而对配电网中的威胁行为进行感知，并根据感知的威胁行为对配电网运行状态进行评估和预测，进而进行报警，使得电力工作人员能够及早发现问题，进而配电网中的威胁行为可能带来的风险和损失降到最低。
作为优选，该风险预警系统还包括防御模块5，防御模块5用于接收来自风险预警模块4的报警信号，并根据接收到的报警信号运行相应的防御指令。
作为优选，参见图2，数据处理模块2包括第一数据处理单元21和第二数据处理单元22；
第一数据处理单元用于对获取的运行状态数据进行清洗、去冗和格式转换，形成统一、标准、规范化的数据格式；
第二数据处理单元用于对将第一数据处理单元处理后的运行状态数据进行特征融合，得到能够描述配电网运行状态的状态信息。
有益效果：通过设置数据处理模块2对获取的配电网运行状态数据进行处理，能够有效地去除配电网运行状态数据中的冗余数据，降低了数据维度，有较少的数据去描述配电网的运行状态，降低后续对威胁行为识别的复杂度，提高了该风险预警系统的工作效率。
运行状态评估模块3包括威胁行为感知单元31、威胁行为评估单元32和威胁行为预测单元33；
威胁行为感知单元31，用于根据配电网运行状态的状态信息，对配电网中的威胁行为进行感知；
威胁行为评估单元32，用于对感知的威胁行为进行评估；
威胁行为预测单元33，用于根据威胁行为评估单元32的评估结果和历史威胁行为数据，对威胁行为的未来走向进行预测，并将预测的结果传输至风险预警模块4。
作为优选，对配电网中的威胁行为进行感知，具体地，是通过计算各个配电网运行状态的状态信息和风险预警系统预存的配电网正常工作状态下的状态信息之间的匹配度值M，得到用于描述配电网中威胁行为的状态信息，其中，匹配度值的计算式子为：
式中，是状态信息si与状态信息的匹配度值，gsi是状态信息si的特征值，是与所述风险预警系统中预存的、与状态信息si对应的配电网正常工作状态下的状态信息的特征值，β是衰减因子，I是状态信息数
其中，当时，状态信息si能够用于描述配电网中的威胁行为，并将其状态信息存储至集合Y中，反之，当时，状态信息si用于描述配电网正常活动的状态信息，并将其状态信息存储至集合H中，遍历所有的状态信息，分别得到能够描述配电网中威胁行为的状态信息的集合Y＝y1,y2,…,yN}，和能够描述配电网正常活动的状态信息的集合H＝h1,h2,…,hS}，N为用于描述配电网中威胁行为的状态信息的个数，S为用于描述配电网中正常活动的状态信息的个数，且满足N+S＝M，λ是设定的阈值。
有益效果：利用上式计算经数据处理模块2得到的每一个配电网运行状态的状态信息和该风险预警系统预测的配电网正常工作状态下的状态信息之间的匹配度M，根据计算的匹配度值对得到的配电网运行状态的状态信息进行分类，获取能够描述配电网中威胁行为的状态信息，该算法进一步降低后续对配电网中威胁行为评估的计算复杂度，提高了工作效率，同时也减轻了后续的工作压力，并为下一步评估配电网中的威胁行为做好了准备，上述实施例中，通过设定一阈值，来对获取的配电网运行状态的状态信息进行分类，该做法能够检测出配电网在此之前没发生过的威胁行为。
作为优选，威胁行为评估单元32包括可信度评估子单元321、威胁程度评估子单元322和运行状态综合评估子单元323；
可信度评估子单元321，用于根据威胁行为感知单元31的感知结果，对配电网中每个威胁行为的可信度进行分析；
威胁程度评估子单元322，用于根据得到的威胁行为的可信度的分析结果以及配电网中各个设备自身的防御水平，分析威胁行为对各个设备的威胁程度；
运行状态综合评估子单元323，用于根据可信度评估子单元321的分析结果和威胁程度评估子单元322的分析结果，对配电网的运行进行综合评估。
作为优选，根据威胁行为感知单元31的感知结果，对配电网中每个威胁行为的可信度进行分析，其中，威胁行为k在t时刻时的可信度值的计算公式为：
式中，Rk(t)为威胁行为k在t时刻时的可信度值，pk(yn,t)为状态信息yn表示在t时刻时威胁行为k发生的概率值；θnk为在描述威胁行为k时，状态信息yn在状态信息集合Y中的权重值；Bnk是状态信息yn对威胁行为k的攻击能力的估计值；Fk是配电网对威胁行为k的防御能力值，且0≤k≤1，N为用于描述配电网中威胁行为的状态信息的个数。
有益效果：在本发明上述实施例中，在分析每个威胁行为的可信度时，不仅从威胁行为本身出发，考虑了威胁行为的攻击能力的影响，同时也考虑了配电网针对不同威胁行为的防御能力。这使得得到的每个威胁行为的可信度更具备针对性，能够准确地反映出每个威胁行为的可信度，有利于后续对配电网运行状态的进行准确估计以及预测。
作为优选，根据得到的威胁行为的可信度的分析结果以及配电网中各个设身的防御水平，分析威胁行为对各个设备的威胁程度，具体地，是采用下面的函数计算威胁行为对配电网中各个设备的威胁程度值：
式中，Qz(t)是t时刻时，威胁行为对设备z的威胁程度值，K是威胁行为个数，Rk(t)是威胁行为k在t时刻的可信度值，Ukz是威胁行为k对设备z造成的损失量化值，且0≤Ukz≤1，Dzk是设备z对威胁行为k的防御能力，Dbk是设备b对威胁行为k的防御能力，是设备z的平均防御能力，是设备b的平均防御能力，Δ是配电网中所有设备构成的集合。
有益效果：本发明上述实施例中，是为了得到所有威胁行为分别对每个设备的威胁程度值，在求各个设备的威胁程度值时，不仅将每个威胁行为对设备造成的损失考虑在内，同时利用每个设备本身的防御能力，分析了每个设备与配电网中其他设备的关联程度，进而获得每个设备受威胁行为的威胁程度值，该威胁程度值更能准确地反映出威胁行为对设备的威胁程度，有利于后续对配电网运行状态进行准确评估和预测配电网运行状态的未来走向。
在一个实施例中，根据可信度评估子单元321的分析结果和威胁程度评估子单元322的分析结果，对配电网的运行进行综合评估，具体地，是利用计算得到的每一个威胁行为的可信度值和所有威胁行为对每一个设备的威胁程度值，估计整个配电网的安全性能，得到整个配电网的安全性能值，其中，t时刻时，整个配电网的安全性能值的计算式为：
式中，E(t)是t时刻时整个配电网的安全性能值，Rk(t)是t时刻时威胁行为k的可信度值，Qz(t)是t时刻时威胁行为对设备a的威胁程度值，A是整个配电网中的设备数，K是威胁行为的个数。
有益效果：采用上式计算整个配电网的安全性能值，该算法不仅考虑威胁行为本身对配电网运行状态的影响，还考虑各个威胁行为的可信度，该做法能够对整个配电网的安全性能进行准确估测，进而有利于后续对配电网运行状态风险等级进行划分，进而发出相应报警信号。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于大数据的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，包括多个传感器，用于实时获取配电网的运行状态数据，所述配电网的运行状态数据包括设备运行状态信息、配电网运行环境信息和配电网的线路信息；
数据处理模块，用于对获取的运行状态数据进行处理，得到用于描述配电网运行状态的状态信息；
运行状态评估模块，用于对经所述数据处理模块处理的运行状态数据进行配电网运行状态评估；
风险预警模块，用于根据所述运行状态评估模块的评估结果，评定配电网运行状态的风险等级，同时根据得到的风险等级发出相应的报警信号。
2.根据权利要求1所述的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，还包括防御模块，所述防御模块用于接收来自所述风险预警模块的报警信号，并根据接收到的报警信号运行相应的防御指令。
3.根据权利要求2所述的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括第一数据处理单元和第二数据处理单元；
所述第一数据处理单元用于对获取的运行状态数据进行清洗、去冗和格式转换，形成统一、标准、规范化的数据格式；
所述第二数据处理单元用于对将所述第一数据处理单元处理后的运行状态数据进行特征融合，得到能够描述配电网运行状态的状态信息。
4.根据权利要求3所述的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，所述运行状态评估模块包括威胁行为感知单元、威胁行为评估单元和威胁行为预测单元；
所述威胁行为感知单元，用于根据所述配电网运行状态的状态信息，对配电网中的威胁行为进行感知；
所述威胁行为评估单元，用于对感知的威胁行为进行评估；
所述威胁行为预测单元，用于根据所述威胁行为评估单元的评估结果和历史威胁行为数据，对威胁行为的未来走向进行预测，并将预测的结果传输至风险预警模块。
5.根据权利要求4所述的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，所述对配电网中的威胁行为进行感知，具体地，是通过计算各个所述配电网运行状态的状态信息和所述风险预警系统预存的配电网正常工作状态下的状态信息之间的匹配度值M，得到用于描述配电网中威胁行为的状态信息，其中，匹配度值的计算式子为：
式中，是状态信息si与状态信息的匹配度值，gsi是状态信息si的特征值，是与所述风险预警系统中预存的、与状态信息si对应的配电网正常工作状态下的状态信息的特征值，β是衰减因子，I是状态信息数；
其中，当时，状态信息si能够用于描述配电网中的威胁行为，并将其状态信息存储至集合Y中，反之，当时，状态信息si用于描述配电网正常活动的状态信息，并将其状态信息存储至集合H中，遍历所有的状态信息，分别得到能够描述配电中威胁行为的状态信息的集合Y＝{y1,y2,…,yN}，和能够描述配电网正常活动的状态信息的集合H＝{h1,h2,…,hS}，N为用于描述配电网中威胁行为的状态信息的个数，S为用于描述配电网中正常活动的状态信息的个数，且满足N+S＝M，λ是设定的阈值。
6.根据权利要求5所述的配电网运行状态风险预警系统，其特征在于，所述威胁行为评估单元包括可信度评估子单元、威胁程度评估子单元和运行状态综合评估子单元；
所述可信度评估子单元，用于根据所述威胁行为感知单元的感知结果，对配电网中每个威胁行为的可信度进行分析；
所述威胁程度评估子单元，用于根据得到的威胁行为的可信度的分析结果以及配电网中各个设备自身的防御水平，分析威胁行为对各个设备的威胁程度；
所述运行状态综合评估子单元，用于根据所述可信度评估子单元的分析结果和所述威胁程度评估子单元的分析结果，对配电网的运行进行综合评估。
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