基于農(nóng)村電力系統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)辦電終端故障錄波分析展示研究

段笑晨，王 延，白 冰，董 冰，孫繼科

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心，天津 300120）

0 引 言

故障錄波分析展示系統(tǒng)用于向客戶展示發(fā)生故障線路的錄波圖及其分析結(jié)果。而農(nóng)電營(yíng)銷(xiāo)辦電終端指安裝的農(nóng)電營(yíng)業(yè)廳的終端服務(wù)設(shè)備，一般由基于IBM架構(gòu)的計(jì)算機(jī)設(shè)備、觸摸屏設(shè)備、配套攝像頭以及鍵盤(pán)等外設(shè)組成。該故障錄波分析展示系統(tǒng)是電力營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中營(yíng)銷(xiāo)人員與客戶交流的重要媒介，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，可以有效改善農(nóng)電營(yíng)銷(xiāo)的服務(wù)水平，改善客戶交互環(huán)境，提升農(nóng)電公司形象[1-3]。

1 故障錄波分析系統(tǒng)的基本構(gòu)成

將原始錄波圖數(shù)據(jù)輸入到故障錄波分析系統(tǒng)中，首先使用傅里葉分析法對(duì)其中的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域提取，發(fā)現(xiàn)50 Hz工頻之外的雜波頻率和偏離額定電壓之外的故障電壓[4-8]。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在頻域特征庫(kù)中對(duì)比故障類型，并生成分析報(bào)告。該系統(tǒng)輸出的3個(gè)結(jié)果包括分時(shí)提取后的輕量化錄波圖數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)頻域特征分析后可以明確故障原因的故障波形輕量化數(shù)據(jù)以及對(duì)故障波形進(jìn)行特征庫(kù)對(duì)比后的分析報(bào)告。

圖1為故障錄波分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)流圖，其中核心算法包括對(duì)錄波圖的特征聚類分析、頻域特征提取分析以及對(duì)頻域特征故障類型進(jìn)行識(shí)別的機(jī)器學(xué)習(xí)分析等，具體算法如下。

圖1 故障錄波分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)流圖

1.1 錄波圖特征聚類分析算法

使用相似性衡量（Similarity Measurement，SM）聚類算法分析錄波圖的電壓峰值和電流峰值分布，因?yàn)殡妷轰洸▓D和電流錄波圖中電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)均為線性一維數(shù)據(jù)，所以SM聚類可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效升維，詳細(xì)的提取方案如圖2所示。

圖2 錄波圖數(shù)據(jù)SM聚類提取方案圖

對(duì)圖2中得到的SMRU(t)、SMRI(t)以及SM(t)分析結(jié)果分別進(jìn)行minmax投影，獲得的數(shù)據(jù)選取min maxX(t)＞0.85的錄波圖代碼段，可以有效提取錄波圖數(shù)據(jù)中的故障波形時(shí)間區(qū)域。minmax計(jì)算方法為：

式中：Xt為t時(shí)刻的錄波圖發(fā)生值，該發(fā)生值適用于包括電壓、電流、阻抗、電壓差值以及電流差值等任何錄波圖數(shù)據(jù)；minX(t)和maxX(t)指錄波圖序列X(t)中的最小值和最大值。提取使min maxX(t)＞0.85的所有t值并獲得其前后一定周期的錄波圖數(shù)據(jù)，可以排除正常波形的數(shù)據(jù)，使錄波圖數(shù)據(jù)得到輕量化處置[9,10]。

1.2 錄波圖頻域特征提取算法

使用傅里葉變換法提取故障錄波圖中的信息，可以有效獲得錄波圖頻率信息中不等于50 Hz所有干擾波形的單列簡(jiǎn)諧波數(shù)據(jù)的頻率。傅里葉變換的基函數(shù)為：

式中，f(t)為時(shí)域特征數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)，F(xiàn)(ω)為頻域特征數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)，ω、t分別為頻域指針和時(shí)域指針，e為自然常數(shù)。使用一次傅里葉變換后會(huì)得到不同頻率特征下的波形振幅關(guān)系數(shù)據(jù)，排除50 Hz頻率下的數(shù)據(jù)，提取其他所有在傅里葉函數(shù)中得到表達(dá)的特征數(shù)據(jù)，即可得到回路中被干擾的波形。

1.3 故障類型識(shí)別機(jī)器學(xué)習(xí)算法

常見(jiàn)的農(nóng)電故障包括單相及多相小電流接地、相間小電流短路、負(fù)載不均衡導(dǎo)致的中性點(diǎn)相位偏移、無(wú)功功率過(guò)高、用電線路阻性損耗、強(qiáng)干擾源、設(shè)備電弧放電等。在實(shí)際錄波圖故障分析中，選擇傅里葉變換后的5列最強(qiáng)雜波，將其干擾功率和發(fā)生頻率數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出一個(gè)評(píng)價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障類型的有效識(shí)別。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3中，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共輸入10個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（Double格式），輸出1個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（Double格式），將輸出數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)庫(kù)中的故障類型進(jìn)行比對(duì)，以提出評(píng)價(jià)結(jié)果。

該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義為對(duì)上述的升維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，可設(shè)定3個(gè)隱藏層，分別包含7、5、1個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)函數(shù)為降維處理中最容易表現(xiàn)數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)的多項(xiàng)式回歸函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體為：

式中，Xi為上一層輸入的第i個(gè)數(shù)據(jù)，Y為該節(jié)點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)，j為多項(xiàng)式階數(shù)，N為上一層的輸入數(shù)據(jù)總量，Aj為第j階多項(xiàng)式的待回歸系數(shù)。

2 故障錄波分析系統(tǒng)的應(yīng)用效果

某縣區(qū)農(nóng)電公司擁有電表戶2.8×104戶，其中1.1×104戶應(yīng)用了該革新系統(tǒng)，1.7×104戶仍然使用傳統(tǒng)故障分析展示系統(tǒng)。比較該系統(tǒng)自2019年2月投運(yùn)到2020年2月的應(yīng)用數(shù)據(jù)，分析其應(yīng)用效果。

2.1 客戶投訴受理能力

一年考察期內(nèi)，全轄區(qū)內(nèi)共發(fā)生客戶投訴411起，占全部客戶量的1.47%，使用傳統(tǒng)系統(tǒng)和革新系統(tǒng)的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的客戶投訴率基本一致。但受理客戶投訴后，兩個(gè)區(qū)域的客戶投訴處理結(jié)果滿意度有所區(qū)別?？蛻敉对V受理能力如表1所示。

表1 客戶投訴受理能力

表1中，革新系統(tǒng)支持下的客戶滿意率為85.8%，高于傳統(tǒng)系統(tǒng)支持下的客戶滿意率81.5%，且革新系統(tǒng)支持下獲得的完全滿意率為53.7%，高于傳統(tǒng)系統(tǒng)下的43.4%。該數(shù)據(jù)表現(xiàn)證實(shí)，即便客戶對(duì)農(nóng)電服務(wù)發(fā)生嚴(yán)重分歧意見(jiàn)后，該系統(tǒng)的展示功能可以讓用戶獲得更高的滿意度。

2.2 竊電維權(quán)交涉能力

一年考察期內(nèi)，全轄區(qū)共發(fā)現(xiàn)竊電行為101起，占全部客戶量的0.35%，使用傳統(tǒng)系統(tǒng)和革新系統(tǒng)的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的竊電發(fā)生率基本一致。發(fā)現(xiàn)竊電行為后，電力計(jì)量部門(mén)和電力營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)一般會(huì)主動(dòng)執(zhí)行聯(lián)合行動(dòng)，與竊電行為用戶進(jìn)行前期交涉，當(dāng)交涉無(wú)果時(shí)，法務(wù)部門(mén)會(huì)進(jìn)行相關(guān)民事索賠訴訟或刑事自訴訴訟。該系統(tǒng)主要用于在現(xiàn)場(chǎng)交涉過(guò)程中向用戶展示相關(guān)的錄波圖數(shù)據(jù)以提供交涉依據(jù)，或?qū)⑵渥鳛樽C據(jù)向法庭提交。竊電維權(quán)交涉能力表現(xiàn)如表2所示。

表2 竊電維權(quán)交涉能力

表2中，革新系統(tǒng)支持下的現(xiàn)場(chǎng)交涉成功率達(dá)到65.9%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的35.0%，代表該系統(tǒng)在交涉過(guò)程中具有更強(qiáng)的說(shuō)服力。而經(jīng)過(guò)交涉無(wú)果且訴訟敗訴的交涉失敗率，傳統(tǒng)系統(tǒng)支持下占6.7%，革新系統(tǒng)支持下占4.9%，革新系統(tǒng)的交涉失敗率相助低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

3 結(jié) 論

使用基于SM聚類特征提取、傅里葉分析頻率特征提取以及機(jī)器學(xué)習(xí)故障類型判定等錄波圖分析方法，在農(nóng)電辦電終端提供輕量化和可視化的故障錄波波形展示服務(wù)。將新舊系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，革新系統(tǒng)支持下的客戶滿意率為85.8%，高于傳統(tǒng)系統(tǒng)支持下的客戶滿意率81.5%，的現(xiàn)場(chǎng)交涉成功率達(dá)到65.9%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的35.0%，代表該系統(tǒng)在交涉過(guò)程中具有更強(qiáng)的說(shuō)服力和服務(wù)能力。