《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 人工智能 > 设计应用 > 基于大数据的电力智能 IoT 系统故障预测与自愈机制研究
基于大数据的电力智能 IoT 系统故障预测与自愈机制研究
电子技术应用
郝景昌1,杜文勇1,牛逸明1,赵海帮1,杨智彤1,张小武2
1.国家电网有限公司客户服务中心;2.北京中电普华信息技术有限公司
摘要: 分布式电网中D-PMU数据易因设备故障、通信问题等缺失,影响电网监控与保护系统的可靠性,进而制约故障预测与自愈机制的精准性。提出基于自注意力机制的SAITS模型,用于分布式电网中D-PMU数据的缺失值填补,SAITS模型通过联合优化训练策略,结合掩码预测与观测值重建任务,利用对角掩码自注意力机制捕捉时间序列数据的长期依赖关系和特征相关性,有效填补缺失数据。研究结果表明,该模型在处理高达90%的缺失数据时仍能保持高精度,与LOCF、BRITS和TF模型相比,SAITS在RMSE和MAE等指标上表现更优,R²分数超过97%。结论指出,SAITS模型能够有效提高D-PMU数据的完整性和准确性,增强电网保护设备的可靠性,为电力智能IoT系统中的故障预测与自愈机制提供高质量数据支持,从而提升系统的自愈能力和运行可靠性。
中图分类号:TH869 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.267757
中文引用格式: 郝景昌,杜文勇,牛逸明,等. 基于大数据的电力智能 IoT 系统故障预测与自愈机制研究[J]. 电子技术应用,2026,52(9):73-79.
英文引用格式: Hao Jingchang,Du Wenyong,Niu Yiming,et al. Research on fault prediction and self-healing mechanisms in intelligent IoT systems for power based on big data[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(9):73-79.
Research on fault prediction and self-healing mechanisms in intelligent IoT systems for power based on big data
Hao Jingchang1,Du Wenyong1,Niu Yiming1,Zhao Haibang1,Yang Zhitong1,Zhang Xiaowu2
1.State Grid Customer Service Cent,Tianjin 300309, China;2.Beijing China-Power Information Technology Co.,Ltd.
Abstract: D-PMU data in distributed grids often goes missing due to equipment faults and communication issues, impacting grid reliability and constraining fault prediction and self-healing accuracy. This paper proposes the SAITS model, which uses a self-attention mechanism to fill missing D-PMU data. SAITS combines masked prediction and reconstruction tasks, leveraging diagonally masked self-attention to capture long-term dependencies and correlations and effectively impute missing data. It achieves high precision even with up to 90% missing data, outperforming LOCF, BRITS, and TF models in RMSE and MAE, with an R² score above 97%. SAITS enhances data integrity and reliability, and improves the reliability of power grid protection equipment, providing robust support for fault prediction and self-healing in smart power IoT systems to further strengthen the system′s self-healing capability and operational reliability.
Key words : D-PMU;self-attention;data imputation;fault prediction;smart power IoT;reliability

引言

分布式相量测量单元(D-PMU)因其能够提供实时的电压、电流幅值、相角和频率数据,被广泛应用于电力系统的监测和控制[1-4]。然而,随着D-PMU数量的增加,数据缺失问题日益严重。数据缺失不仅影响电网的实时监测,还可能导致保护装置的误操作[5-7]。尽管已有研究关注传输系统中PMU数据的填补,但针对配电网中D-PMU数据填补的研究仍较少[8-11]。与传输系统相比,配电网的数据填补面临复杂性更高、与用户距离更近、影响分布式能源整合以及实时电网运行等诸多挑战[12-15]。

本文提出了一种基于自注意力机制的新型数据驱动方法,用于填补配电网中D-PMU的缺失数据。该方法通过自注意力机制捕捉时间序列数据中的长期依赖关系,能够有效处理复杂多样的配电网数据,并在故障事件中准确填补数据,从而避免保护装置的误操作。研究中提出了一种名为自注意力时间序列填补(SAITS)的模型,该模型通过联合优化训练策略,结合掩码预测任务和观测值重建任务,利用对角掩码自注意力机制提高填补精度。通过与传统方法的对比,验证了SAITS模型在填补准确性和可靠性方面的优越性。此外,本文还通过模拟故障条件下的时间序列数据,进一步评估了模型在不同缺失数据场景下的鲁棒性,为配电网的安全运行提供了有力支持。

值得注意的是,电力智能IoT系统中的自愈机制是指系统在检测到故障或异常后,能够自动执行隔离、重构和恢复操作,以最小化供电中断的能力。这一机制的实现高度依赖于实时、准确的数据支撑。若D-PMU数据在故障发生的关键时刻出现缺失,将直接影响自愈控制的决策质量,甚至导致误动作。因此,高质量的数据填补不仅是提升监测精度的手段,更是保障自愈机制可靠运行的前提条件。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000007239


作者信息:

郝景昌1,杜文勇1,牛逸明1,赵海帮1,杨智彤1,张小武2

(1.国家电网有限公司客户服务中心,天津 300309;

2.北京中电普华信息技术有限公司,北京 100000)

2.jpg

此内容为AET网站原创,未经授权禁止转载。