基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据监测和修正方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，包括以下步骤：S1.获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的通道规则拆分dat文件为时间序列数组，得到待处理的模拟量通道数组；S2.模拟量通道异常数据的检测和修正。本发明专利技术首先基于高斯过程回归对其中的模拟量通道录波数据进行拟合，并通过回归的置信区间判断异常数据点，进而采用多项式插值方法进行修正。按本发明专利技术公开的方法，可以对故障录波数据进行预处理，鉴别由噪声或网络传输等问题造成的异常数据并完成修正，有助于后续利用录波数据进行故障诊断和隐性故障排查。可用于特高压直流输电系统、电力调度系统、电力控保系统等场合。

【技术实现步骤摘要】
基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据监测和修正方法及系统
本专利技术涉及电力系统故障分析
，具体来说是一种基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据监测和修正方法及系统。
技术介绍
由于科学技术的发展和设备制造水平的提高，电力设备在原理、构成、性能和可靠性等方面都有了很大的改善，但在电网运行过程中由于各种自然灾害或其他原因引起的大范围故障或大面积停电事故时有发生。而电网大事故对国民生产、生活有着重大的负面影响。因此，避免电网事故的扩大发生，及时掌握故障时的第一手信息就显得格外重要。故障录波器作为电力系统的“黑匣子”，它所记录的信息既是电网故障分析的重要依据，也是评判保护装置动作行为的“裁判”。随着微机技术和通信技术的发展，故障录波器和继电保护装置逐步从微机型向数字型和智能型转化，装置本身的数据处理能力有了很大程度的提高，并具备了向电网调度中心远程传输数据的能力，这为调度中心对电网中各个录波设备进行统一管理和全网信息的共享提供了现实的基础。值得注意的是，电力继保设备录波数据存储遵循国家标准《量度继电器和保护装置第24部分：电力系统暂态数据交换(COMTRADE)通用格式》，其规定了在电力系统暂态事件中变电站的各种保护、录波、测量和控制设备累积的大量数字记录的存储和传输的数据格式。但由于各种因素，录波数据可能包含异常的数值，这些异常值与真实值有明显差别的数据点可能会对后续故障诊断和数据分析造成不利影响。因此，亟需专利技术一种方法，在对录波数据进行分析之前，先对异常数据进行提取和修正。1887年，统计学家FrancisYsidroEdgeworth关于不一致实验数据的论文发表，由此异常数据检测正式被提出。对异常检测的逐步探索，诞生了许多方法和技术。近年来数据分析取得了一些进展，但异常数据检测的发展确有所停顿。在现有的异常数据处理算法中，异常值可能作为噪声或脏数据被删除，或者通过某些方法，使它尽量不影响到数据集的分析。异常数据的出现主要有以下情况：数据源中的异常，数据源头产生的数据就是异常的，研究这种异常可以获得对正常数据分析不能获取的新发现；数据自身的改变，这种异常数据是正常产生的，如短路后电流会变大；测量造成的异常，这种异常是由于数据采集设备或网络传输错误造成的。在早期，异常数据挖掘方法是基于概率统计模型的，这种方法需要标准数据集符合某种概率分布，如Yamanishi等人使用高斯混合模型拟合实际的数据，然后计算数据与该模型的偏差来判断数据是否异常。这种方法，虽然在数学上更为精确，但对数据的假设过于简化，因为实际情况往往无法知道数据集所遵循的标准分布类型，并且或许数据本身就不是服从任何的标准分布，因此该方法具有局限性。如申请号为201711208652.4公开的一种故障录波文件分析模型自动生成系统及方法，该系统包括数据处理单元、数据提取单元及模型库，其中，所述模型库内存储有CFG文件及电网模型CIME文件；数据提取单元自动提取CFG文件的通道名称并传送给数据处理单元，所述数据处理单元对通道名称进行格式化及分词处理后获得标准化命名，并结合通道类型建立关系模型依次生成一次设备，同时结合CIME文件中的设备参数信息得到DMF文件。本专利技术结合通道类型与库中对应类型进行比对自动建立关系模型，依次生成保护、开关、母线、线路、变压器等结构，不仅减少更新不及时造成故障无法判断的情况，同时提高模型配置的准确率，提高故障判断的精确性，减少人工配置的工作复杂性和配置时间。该系统虽然提供了自动建立关系模型，减少更新不及时造成故障无法判断的情况，但是对于录波器数据本身因噪声或网络传输导致的问题并没有识别和修正，最后的故障识别结果精度存在问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中录波器数据本身因噪声或网络传输导致异常而影响故障识别精度。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，包括以下步骤：S1.获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的通道规则拆分dat文件为时间序列数组，得到待处理的模拟量通道数组；S2.模拟量通道异常数据的检测和修正，具体为：S21.选取待处理的模拟量通道数组；S22.读取cfg文件该模拟量通道的数值上下限范围；S23.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越限，若有则进行第S24步，无则执行S25步；S24.记录越限值的数据点序号；S25.使用高斯过程回归模型对模拟量数据进行回归拟合，得到置信区间；S26.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越出置信区间，若有则进行第7步，无则跳过第7步；S27.记录越限值的数据点序号；S28.移除非孤立越限点的标记；S29.判断是否有数据点被标记为越限点。若有则进行第10步，无则结束处理流程；S210.对所有被记为越限数据的数据点使用其前后点的线性插值进行替换；S211.重复S25至S210步，直至没有越限数据为止。本专利技术公开了一种基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法。针对现有录波数据可能带有异常数据点的缺陷，本专利技术对电力系统录波设备遵循的通用存储格式COMTRADE文件进行读取和转储，提供一种模拟量通道异常数据点的判断和修正方法。具体地，首先基于高斯过程回归对其中的模拟量通道录波数据进行拟合，并通过回归的置信区间判断异常数据点，进而采用多项式插值方法进行修正。按本专利技术公开的方法，可以对故障录波数据进行预处理，鉴别由噪声或网络传输等问题造成的异常数据并完成修正，有助于后续利用录波数据进行故障诊断和隐性故障排查。可用于特高压直流输电系统、电力调度系统、电力控保系统等场合。进一步的，所述步骤1的具体过程为：步骤11.获取cfg和dat文件的名称和路径；步骤12.打开cfg文件并以文本格式读入工作区；步骤13.识别通道总数、数据点个数、起止时间等重要信息；步骤14.按照cfg的通道规则拆分dat文件为时间序列数组；步骤15.对模拟量通道数据进行缩放和平移；步骤16.将各通道的时间序列数组命名为cfg规定的ID；步骤17.将所有文件基本信息和各通道时间序列保存至程序变量中。进一步的，所述步骤25中，先有模拟量数据训练集S＝{(xi,yi)|i＝1,2,…,n}＝(X,y)，其中xi∈Rp是p维的输入矢量，X＝[x1,x2,…,xn]是p×n维输入矩阵，yi∈R是相对应的输出标量，y为输出矢量。进一步的，所述步骤S210中采用一次多项式进行线性插值。与上述方法对应的，本专利技术还提供一种基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正系统，包括：数据获取模块，获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的通道规则拆分dat文件为时间序列数组，得到待处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的通道规则拆分dat文件为时间序列数组，得到待处理的模拟量通道数组；/nS2.模拟量通道异常数据的检测和修正，具体为：/nS21.选取待处理的模拟量通道数组；/nS22.读取cfg文件该模拟量通道的数值上下限范围；/nS23.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越限，若有则进行第S24步，无则执行S25步；/nS24.记录越限值的数据点序号；/nS25.使用高斯过程回归模型对模拟量数据进行回归拟合，得到置信区间；/nS26.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越出置信区间，若有则进行第7步，无则跳过第7步；/nS27.记录越限值的数据点序号；/nS28.移除非孤立越限点的标记；/nS29.判断是否有数据点被标记为越限点。若有则进行第10步，无则结束处理流程；/nS210.对所有被记为越限数据的数据点使用其前后点的线性插值进行替换；/nS211.重复S25至S210步，直至没有越限数据为止。/n

【技术特征摘要】
1.基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的通道规则拆分dat文件为时间序列数组，得到待处理的模拟量通道数组；
S2.模拟量通道异常数据的检测和修正，具体为：
S21.选取待处理的模拟量通道数组；
S22.读取cfg文件该模拟量通道的数值上下限范围；
S23.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越限，若有则进行第S24步，无则执行S25步；
S24.记录越限值的数据点序号；
S25.使用高斯过程回归模型对模拟量数据进行回归拟合，得到置信区间；
S26.对整个录波数据数组进行搜索，判断是否有值越出置信区间，若有则进行第7步，无则跳过第7步；
S27.记录越限值的数据点序号；
S28.移除非孤立越限点的标记；
S29.判断是否有数据点被标记为越限点。若有则进行第10步，无则结束处理流程；
S210.对所有被记为越限数据的数据点使用其前后点的线性插值进行替换；
S211.重复S25至S210步，直至没有越限数据为止。


2.根据权利要求1所述的基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：
步骤11.获取cfg和dat文件的名称和路径；
步骤12.打开cfg文件并以文本格式读入工作区；
步骤13.识别通道总数、数据点个数、起止时间等重要信息；
步骤14.按照cfg的通道规则拆分dat文件为时间序列数组；
步骤15.对模拟量通道数据进行缩放和平移；
步骤16.将各通道的时间序列数组命名为cfg规定的ID；
步骤17.将所有文件基本信息和各通道时间序列保存至程序变量中。


3.根据权利要求2所述的基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，其特征在于：所述步骤25中，先有模拟量数据训练集S＝{(xi,yi)|i＝1,2,…,n}＝(X,y)，其中xi∈Rp是p维的输入矢量，X＝[x1,x2,…,xn]是p×n维输入矩阵，yi∈R是相对应的输出标量，y为输出矢量。


4.根据权利要求1所述的基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正方法，其特征在于：所述步骤S210中采用一次多项式进行线性插值。


5.基于高斯过程回归的COMTRADE异常录波数据检测和修正系统，其特征在于：包括：
数据获取模块，获取录波器的COMTRADE录波文件数据，包括cfg和dat文件，按照cfg文件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞斌，孙辉，丁津津，王鹏，肖华锋，谢民，汪伟，王同文，高博，徐斌，汪玉，李远松，邵庆祝，于洋，张骏，张峰，汪勋婷，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，东南大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34