[發明專利]基于隨機森林分類算法的線變關系校核方法

有效

• 申請號: 202210525860.1
• 申請日: 2022-05-16
• 公開（公告）號: CN114626487B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 康兵;周俊;許志浩;丁貴立;王宗耀;劉傳;高永民
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: G06F18/2431
• 分類號: G06F18/2431;G06F17/16;G06Q50/06;G06F18/214;G06F18/243
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 吳稱生

1.一種基于隨機森林分類算法的線變關系校核方法，其特征是，包括以下步驟：

S1：收集帶有線變關系標簽的10kV線路配電變壓器歷史某日的三相電壓幅值，得到電壓時間序列數據；

S2：對電壓時間序列數據進行預處理；首先剔除三相電壓幅值缺失占比超過設定比例的配電變壓器；對于數據缺失占比小于等于設定比例的配電變壓器使用三次多項式插值法進行缺失數據的填補，對于每一段[v_a,……v_b]含有缺失值的電壓時間序列數據取其前后兩個時刻的區間進行三次多項式的插值[v_a-2,v_a-1,v_a,……v_b,v_b+1,v_b+2]?；

；

式中a₀,a₁,a₂,a₃分別為三次多項式系數，y為三次多項式擬合后的電壓值，v為擬合所需的電壓值，v_a為a時刻的三相電壓幅值，v_a-1為a-1時刻的三相電壓幅值，v_a-2為a-2時刻的三相電壓幅值，v_b為b時刻的三相電壓幅值，v_b+1為b+1時刻的三相電壓幅值，v_b+2為b+2時刻的三相電壓幅值；

S3：對配電變壓器的三相電壓異常值采用異常時刻兩端的電壓均值予以替換；配電變壓器的電壓時間序列數據表示為V=[v₁,v₂,v₃,...,v₉₆]；同時設置一個滑動窗口W遍歷電壓時間序列數據V，滑動窗口大小為n，滑動步長為1；滑動窗口內的電壓時間序列數據表示為W=[v_i,v_i+1,v_i+2,...,v_i+n]，其中i為窗口左側三相電壓幅值數據的起始位置；將窗口后一位電壓數據v_i+n+1與滑動窗口W的平均值W_mean做差得到一個時間序列S；計算時間序列S的第一四分位數Q₁、第三四分位數Q₃、四分位距IQR=Q₃-Q₁，設定正常閾值范圍[Q₁-3×IQR,Q₃+3×IQR]，時間序列S中的值不在閾值范圍內的點對應的電壓時間序列數據則視為異常值；取異常值左右各2個三相電壓幅值的平均值進行填補；

S4：對配電變壓器的三相電壓幅值的進行平滑化處理；

任意一相的電壓時間序列數據表示為V=[v₁,v₂,v₃,...,v₉₆]，設置一個滑動窗口W遍歷電壓時間序列數據V，滑動步長為1；在t時刻滑動窗口W前后共2n+1個的數據為W=[v_t-n,...,v_t-1,v_t,v_t+1,...,v_t+n]，在t時刻的電壓幅值v_t擬合的公式為：

；

式中，β₀、β₁、β₂、β_k-1為對應的電壓幅值k-1階系數，x為擬合所需的電壓幅值，k為階數；

滑動窗口W的k-1階多項式矩陣形式為：

；

式中ε為擬合殘差項，n為窗口大小；

S5：對配電變壓器的三相電壓幅值預處理；?使用Z-Score方法將電壓時間序列數據V映射至均值為0，標準差為1的正態分布上：

；

式中，V_mean為電壓時間序列數據V的均值，V_std為電壓時間序列數據V的標準差，v_t^’為t時刻電壓幅值映射至正態分布區間的電壓幅值，映射后得到Z-Score標準化后的電壓時間序列數據V^’；

S6：對預處理后的電壓時間序列數據進行特征構造，生成特征矩陣；

S7：將步驟S6生成的特征矩陣輸入隨機森林模型學習調參得到基于隨機森林算法的線變關系校核模型；

S8：將待校核的線路配電變壓器的電壓數據通過預處理、特征構造生成特征矩陣，將特征矩陣輸入步驟S7訓練好的基于隨機森林算法的線變關系校核模型進行校核，輸出最終的校核結果；

步驟S6的過程如下：

S61：提取配電變壓器電壓幅值的偏度指標x_sk、峰度指標x_ku、分桶熵指標x_be：

；

；

；

式中，μ為Z-Score標準化后的電壓時間序列數據V’的均值，σ為Z-Score標準化后的電壓時間序列數據V^’的標準差，E為數學期望，maxbins為分桶個數，p_j為電壓時間序列數據落在第j個桶的概率，len(V)為電壓時間序列數據的長度；

S62：提取電壓時間序列數據V大于平均值的最長連續子序列長度指標記為x_lam；提取配電變壓器所屬線路的配電變壓器數量指標記為x_m；提取配電變壓器所屬線路下轄專變數量占配電變壓器所屬線路所有配電變壓器的比例指標記為x_zb；

S63：提取配電變壓器所屬線路下轄配電變壓器之間的電壓相關性ρ_X，Y：

；

式中，cov(X,Y)是X和Y的協方差，σ_x、σ_y分別是X和Y的標準差；X和Y分別代表兩組電壓時間序列數據的電壓幅值；

；

式中，配電變壓器相關性矩陣P的主對角線為配電變壓器與其自身的皮爾遜相關系數恒為1，其余位置分別是配變電壓時間序列兩兩之間的皮爾遜相關系數關于主對角線對稱，m為配電變壓器所屬線路下配電變壓器的數量；接著取配電變壓器相關性矩陣P中每列的平均值作為配電變壓器對線路的相關系數ρ_trans=[ρ₁,ρ₂,ρ₃,...,ρ_m]最后將配電變壓器的相關性記為x_ρ；

S64：提取配電變壓器所屬線路下轄配變相關性均值記為：取ρ_trans均值并記為x_ρl；

S65：提取配電變壓器所屬線路下轄配電變壓器之間的電壓滑動窗口相關性的均值，設置滑動窗口的起始位置、滑動窗口大小、滑動步長，計算滑動窗口的配電變壓器之間的電壓相關系數均值，記作x_ρw；

S66：將步驟S61-步驟S65的指標組成特征矩陣。