一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法及体系

摘要

本发明涉及电力系统脆弱线路辨识技术，具体涉及一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法及体系，该方法在物理网络‑边缘计算‑信息网络传输过程通过网络节点采集设备、边缘节点融合设备、边缘节点处理设备及输电线路，与网络控制中心进行交互。在物理网络中采用对设备载体拓展的方式引入边缘计算，实现不同类型设备采集数据兼容和高效传输，在信息网络中采用对信息处理进行分解的方式引入边缘计算，降低网络控制中心决策处理负荷，并通过对决策环节的分解、简化保证信息网络对物理网络的实时控制，达到提高传输速率、提升处理速度及降低工作负荷等目的。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统脆弱线路辨识技术领域，特别涉及一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法及体系。

背景技术

随着科学技术的不断革新，人们对于电力企业的要求越来越高，而传统的电力网络在电力输送、资源配置、供电分析等方面暴露出诸多问题，为此，电力信息耦合网络应运而生，通过配置海量的先进设备和智能分析软件，实现电力资源的高效利用。在传统电力网络向电力信息耦合网络改造的过程中，电力企业逐渐呈现出复杂性、异构性、深度融合、实时性、海量性等特点，但由于物理设备和信息网络存在的缺陷、漏洞等，导致电力企业在信息传输、处理、分析及控制等环节均面临着风险，这对电力企业安全稳定运行带来新的挑战：

1.电力信息耦合网络接入海量的先进设备，单位时间内生产巨大的数据量，不利于数据的传输，且不同设备数据格式不一致，不利于数据的处理；

2.电力信息耦合网络进行数据流与信息流交互时，对于数据分析的实时性有着非常高的要求，一旦出现较高的延时，信息网络会对物理网络进行不合理的决策，导致供电网络瘫痪；

研究表明，一旦电力信息耦合网络出现问题，将会造成不可预计的损失。因此，将边缘计算科学的应用在电力信息耦合网络中具有十分重要的研究意义。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法及体系。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法，物理网络、边缘计算、信息网络的传输过程通过网络节点采集设备、边缘节点融合设备、边缘节点处理设备及输电线路与网络控制中心进行交互；包括以下步骤：

步骤1、数据获取；由网络节点采集设备获取多种类型数据，包括多种通信协议下电压、电流、相角、功率，每间隔15分钟形成用户用电信息；

步骤2、参数补充；由边缘节点融合设备对数据进行混合，根据不同通信协议字段特征提取数据校验位、线路编号、用户编号、电压、电流、相角、功率，通过数据校验位滤除劣质信息，并根据实际采集时间形成以线路编号-用户编号依次排序的电压、电流、相角、功率、时间信息；

步骤3、数据处理；由边缘节点处理设备将数据以60分钟为单位时间、15分钟为时间长度，对单位时间内数据进行处理；

步骤4、数据交互；网络控制中心通过对全天负荷数据进行分析，在满足最小网络波动负荷的条件下，将输电线路中负荷波动最大的线路作为脆弱线路；

步骤5、业务分解；网络控制中心在处理日常业务时，通过边缘节点感知该网络节点的负荷水平，当业务分解至该网络节点后，其负荷水平变化不大，则表明该时刻下业务可以被分配至网络节点，否则分配给其它网络节点。

在上述基于边缘计算的脆弱线路识别方法中，将步骤3的采样时间补充进物理网络采集的用电信息中，对其进行归一化，并在边缘节点与信息网络交互前对数据样本进行分类标记。

在上述基于边缘计算的脆弱线路识别方法中，步骤4的实现包括：

步骤4.1、建立宏观的网络供电负荷与消耗负荷关系与微观的输电线路、边缘节点与网络节点的关系，提出引入影响系数实现边缘节点与输电线路负荷的联系，当网络节点负荷属于正常水平时，输电线路负荷平稳，当网络节点负荷出现剧烈变化时，多余负荷将调节至输电线路；

步骤4.2、通过系数调整权值识别网络节点负荷类型，网络节点处于低水平负荷时影响系数为负，网络节点处于高水平负荷时影响系数为正；

步骤4.3、当单位时间内网络整体负荷波动最小时，输电线路出现最大负荷波动时，该线路为脆弱线路。

一种用于基于边缘计算的脆弱线路识别方法的电力信息耦合网络体系，包括网络节点、边缘节点、输电线路、网络控制中心，网络节点的物理载体为发电机、变压器和安全设备，用于观测该节点电力潮流、负荷分布，并预留端子接口用于设备的升级和改造；边缘节点包括网络节点的拓展和接入的新型设备，用于拓展网络节点的功能应用范围，对多维度的数据类型进行细粒度、高密度二次感知；输电线路包括各种输电线，作为数据流与信息流的传输渠道，调节网络中电流潮流及负荷分布；网络控制中心包括端口驱动、通信协议、智能算法及可视化交互界面，并通过与边缘节点双向交互，实现对网络状态的感知与实时反馈。

与现有技术相比，本发明的有益效果：1.在物理网络中采用对设备载体拓展的方式引入边缘计算，实现不同类型设备采集数据兼容和高效传输；2.在信息网络中采用对信息处理进行分解的方式引入边缘计算，降低网络控制中心决策处理负荷；3.通过对决策环节的分解、简化实现对网络状态精准感知与实时反馈，达到提高传输速率、提升处理速度及降低工作负荷等目的。

附图说明

图1是本发明一个实施例的网络实施体系图；

图2是本发明一个实施例的实际网络架构图；

图3是本发明一个实施例的网络传输简化图；

其中，1-网络节点、2-边缘节点、3-输电线路、4-网络控制中心；1-1-网络节点采集设备、2-1-边缘节点融合设备、2-2-边缘节点处理设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1所示，本实施例在物理网络、信息网络中引入边缘计算，物理网络为信息网络提供基础的数据支持，信息网络为物理网络提供可靠的技术支撑，在物理网络中采用对设备载体拓展的方式引入边缘计算，实现不同类型设备采集数据兼容，并引入先进通信方式保证数据的高效传输，在信息网络中采用对信息处理进行分解的方式引入边缘计算，降低网络控制中心决策处理负荷，并通过对决策环节的分解、简化保证信息网络对物理网络的实时控制，通过物理网络、边缘计算、信息网络融合与协作，构建基于边缘计算的电力信息耦合网络体系，达到提高传输速率、提升处理速度及降低工作负荷等目的，最终实现电力网络的整体优化，满足人们对电力企业的各种需求。

如图2所示，本实施例搭建基于边缘计算的电力信息耦合网络架构，包括网络节点1、边缘节点2、输电线路3、网络控制中心4，网络节点1主要物理载体为发电机、变压器和安全设备，可有效观测该节点电力潮流、负荷分布，并预留端子接口等用于设备的升级和改造，边缘节点2主要包括网络节点1的拓展和接入的新型设备，拓展网络节点1的功能应用范围，对多维度的数据类型进行细粒度、高密度二次感知，输电线路3包括各种输电线，作为数据流与信息流的传输渠道，调节网络中电流潮流及负荷分布等，网络控制中心4作为重要的核心组成部分，主要包括端口驱动、通信协议、智能算法及可视化交互界面，通过与边缘节点2双向交互，实现对网络状态精准感知与实时反馈。

如图3所示，本实施例一种基于边缘计算的脆弱线路识别方法，在物理网络-边缘计算-信息网络传输过程通过网络节点采集设备1-1、边缘节点融合设备2-1、边缘节点处理设备2-2及输电线路3，与网络控制中心4进行交互，包括以下步骤：

步骤1)数据获取。由网络节点1-1采集设备获取多种类型数据，主要包括多种通信协议下电压、电流、相角、功率，每间隔15分钟形成用户用电信息。

步骤2)参数补充。由边缘节点2-1融合设备对数据进行混合，根据不同通信协议字段特征提取数据校验位、线路编号、用户编号、电压、电流、相角、功率，通过数据校验位滤除劣质信息，并根据实际采集时间形成以线路编号-用户编号依次排序的电压、电流、相角、功率、时间信息。

步骤3)数据处理。由边缘节点处理设备2-2将数据以60分钟为单位时间、15分钟为时间长度，对单位时间内数据进行处理：

{A}＝[U

a＝1,2,3,4b＝1,2,…24

(2)

B＝(c

{C}＝[U

式(1)-(5)中，{A}代表融合数据构成的集合，a代表单位时间内数据分组个数，b代表一天内单位时间长度，U

步骤3)中，本实施例将采样时间补充在物理网络采集的用电信息中，对其进行归一化，降低幅值波动的影响，保证不同采集数据的兼容性与一致性，并在边缘节点与信息网络交互前对数据样本进行分类标记，降低网络整体计算的复杂性。

步骤4)数据交互。网络控制中心4通过对全天负荷数据分析，在满足最小网络波动负荷的条件下，将输电线路中负荷波动最大的线路作为脆弱线路：

D＝C+α (6)

L＝d(U、I、θ) (8)

sub(ΔD)

式(6)-(11)中，D代表网络节点供电负荷，C代表用户负荷消耗，α代表其它设备负荷消耗，E代表整个网络负荷，n代表网络所有节点数量，m代表网络所有线路数量，L代表输电线路上流动的负荷，β代表网络传输通道的介质损耗与噪声损耗，d代表节点设备与输电线路影响系数，(U、I、θ)代表节点设备矩阵，e代表系数调整权值，ΔD代表单位时间内网络节点供电负荷变化量，ΔL代表单位时间内输电线路负荷变化量。

步骤4)中，本实施例建立宏观的网络供电负荷与消耗负荷关系与微观的输电线路、边缘节点与网络节点的关系，提出引入影响系数实现边缘节点与输电线路负荷的联系，当网络节点负荷属于正常水平时，输电线路负荷平稳，当网络节点负荷出现剧烈变化时，为维持网络负荷平衡，多余负荷将调节至输电线路；本实施例通过系数调整权值识别网络节点负荷类型，网络节点处于低水平负荷时影响系数为负，网络节点处于高水平负荷时影响系数为正；当单位时间内网络整体负荷波动最小时，输电线路出现最大负荷波动时即认为该线路为脆弱线路，为网络控制中心对网络整体的负荷调度和分配提供参考依据。

步骤5)业务分解。网络控制中心在处理日常业务时，通过边缘节点感知网络节点的负荷水平，当业务分解至网络节点后，其负荷水平变化不大，则表明该时刻下业务可以被分配至网络节点，否则分配给其它网络节点，从而将任务合理、高效的分配至网络节点，提高整体网络的处理速度与控制的实时性。特别的，本实施例并未明确具体的评估指标，如节点运行效率、能量消耗、流量消耗、任务延时、执行时间等等。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。