基于LSTM的配电房防汛预警系统设计_徐靖雄.pdf

文章提出了一种基于长短期记忆网络（，）神经网络算法的配电房防汛预警系统设计。该系统通过装在配电房里的水位传感器，使用激光测距方法收集水位数据，采用 物联网通讯技术通过配电变压器监测（，）装置将数据发送给信息处理装置，采用 算法对水位数据进行处理预测，根据处理的结果开启配电房水泵并发布预警，以便工作人员及时处理。关键词：长短期记忆网络；配电房；物联网通讯；激光测距；防汛预警中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：徐靖雄（），男，重庆人，工程师，研究方向为配电网运维管理等。江宇峰（），男，安徽宣城人，硕士研究生，研究方向为电力市场、配电网运维管理等。田 中（），男，安徽界首人，高级工程师，研究方向为需求侧管理、营销管理等。何君毅（），男，安徽庐江人，硕士研究生，研究方向为配网运维检修、电网运行方式规划等。，（，）：（）（）（），：（）；（）；引言随着气候变化的影响日益加剧，暴雨等恶劣天气频繁发生，给低洼地带的配电房带来严重的内涝风险，威胁着用户的可靠用电。传统的配电房大多建设在地下或半地下，位置固定无法通过移位解决水患问题，传统的防护手段成本高且效果差，无法向运维人员提供及时有效的预警信息，不能满足应对水患的需求。在此背景下，本文提出了一种基于物联网技术的配电房防汛预警系统，旨在解决当前配电房防汛措施不足的问题。具体而言，该系统由防汛装置、智能水位监测装置、信息采集处理装置构成。智能水位监测装置利用水位传感器收集配电房内的实时水位数据，实时感知配电房内涝情况，将采集到的数据通过物联网通讯安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第三期技术传输给信息处理装置。信息处理装置采用 神经网络算法，通过对水位数据进行分析处理，对历史数据进行学习，预测未来的水位变化趋势并准确预测配电房内涝的趋势和危险程度。在分析处理完水位数据后，信息处理装置会根据预警结果发出相应的控制信号传输到防汛装置，启动自动控制水泵实现对配电房内水位的自动调节，有效地排除水患，保障配电房的正常运行。同时，该系统还具备向工作人员发送警报信息的功能。一旦预警系统检测到配电房内涝的危险情况，它将立即向相关工作人员发送警报信息，以便能够及时采取相应的应急措施，保障人员安全和设备完好。本文所设计的基于 技术的配电房防汛预警系统具有结构简单、可靠性高的特点。系统组成地下配电房防汛预警系统由防汛装置、智能水位监测装置、信息采集处理装置构成。通过物联网技术与 通讯技术实现三个装置系统的信息传递和控制互联，并利用人工智能、深度学习算法对所采集的信息进行处理分析，实现汛情的处理、预测与预警。设计系统原理图如图 所示。图 设计系统原理图其中，防汛装置采用新型成套高强度、严密封的阻水挡板系统并配置自动控制水泵，日常状态下使用固定的铝合金预装式防汛挡水板，在汛期时可根据实际情况加用组合式防洪板，智能水位监测装置通过水位传感器收集实时水位数据，并使用 通讯技术进行水位的信息发送，信息采集处理装置通过收集监测装置的信息，使用 神经网络算法实现对信息的处理与分析，传输水泵控制信号，向设备运维人员发送预警短信。具体设计方案如下：（）在配电房的大门口等位置，采用阻水挡板来应对险情。这种新型系统能够在短时间内由两名值班人员安装完成，只需 分钟即可快速安装 宽的大门阻水挡板。在汛情严重时，系统还可以加用更为稳固的组合式防洪板，实现二次阻水。该系统可常态化安装阻水挡板作为日常挡小动物板使用，具备高强度、严密封和外观美观的优点。（）为了提高阻水系统的效果，在阻水挡板前设置水位传感器来进行水位连续检测。一旦地面出现积水，水位传感器立即测量水位高度并发送信息。根据设定的水位阈值，连续同步发送信息。当水位达到设定阈值时，水位传感器会立即发出水泵开启或关闭的节点信号，从而启动或关闭排水水泵。通过这一连续水位检测系统，能够及时准确地控制排水过程，从而有效地应对水灾事件。（）在配电房内设置了集水坑，作为站房的最低位置，低于设备安装水平面。集水坑通常位于电缆沟内，用于集水。集水坑的水位测定器同样向测控终端发送集水坑的水位数据。根据设定的阈值水位，系统能够自动启动或关闭排水泵，并实时发布水泵的工作状态。这样的设计使得系统能够更好地控制水徐靖雄，江宇峰，田 中，何君毅：基于 的配电房防汛预警系统设计位，确保配电房的安全。（）在配电变压器监测（）装置中加装了信息采集与信息分析模块。该模块负责收集和存储水位传感器传来的实时水位信息，并结合历史数据应用人工智能算法进行汛情预测。一旦出现汛情，系统将快速向设备主人发送预警短信，并能够及时、准确地为防洪决策者提供数据支持。物联网应用原理物联网分为三层。感知层是物联网系统中的第一层，通过激光传感器技术完成对环境和物体的数据采集。这些传感器能够捕获各种信息，例如温度、湿度、压力、光线等，并将这些信息转化为电信号。随后，这些电信号经过放大、滤波等处理得到可识别的输出波形，准备上传到网络层进行进一步处理。网络层是物联网系统的中间层，利用 无线通信技术接收和传输来自感知层的数据。为了保证数据传输的多样性和可靠性，物联网使用了多种传输技术，包括蓝牙、低速短距离传输通信技术（）、远距离无线通讯方案（）、窄带物联网蜂窝技术（，）、移动通信技术和 等。这些技术提供了不同的传输方式，适用于不同的应用场景和数据需求。无论是短距离还是长距离的传输，物联网都能够选择合适的技术，以确保数据的可靠传输。应用层是物联网系统的最顶层，承担着处理和应用数据的重要任务。在这一层中，物联网系统可以针对特定的应用场景进行数据处理和分析，以提取有用的信息并实现相关的功能。举例来说，对于水位测量数据，应用层可以进行实时监测和分析，根据预设的阈值判断是否发生了异常情况，并采取相应的措施。此外，应用层还能够支持人机交互，使用户能够通过界面或者指令与物联网系统进行互动，实现更加智能化和便捷的操作。激光测距原理在设计水位传感器时采用了激光传感技术对水位进行实时测量，在信息分析处理时使用了基于神经网络的算法对水位曲线进行测试分析，并对汛情进行预测预警。脉冲法测距是一种广泛应用于物联网系统中的测距方法，能够在极短的时间内实现重复测量，其测量时长仅需几十纳秒。这使得物联网系统能够以高频率进行距离测量，实时获取目标位置的变化情况。此外，脉冲法测距还具有较长的测量距离范围。实际应用中，它可以覆盖几十万千米的距离，并且最小可测距离仅几厘米。脉冲法测距的特点之一是需要在一瞬间发射巨大能量，以确保返回的激光信号强度足够强以被接收器准确接收。因此，脉冲法测距具有瞬时功率较大和能量集中的特点。这也要求测距系统具备相应的能量供应和处理能力，以支持高能量的脉冲发射和接收。激光传感器对环境因素的影响较小。温度、湿度等因素对激光传感器的性能影响较小，因此在不同的环境条件下，激光传感器能够保持匀速直线传播，从而确保测距的准确性和稳定性。这使得脉冲法测距在各种实际应用中都能够可靠地工作。脉冲法测距的原理是基于测距系统的激光发射点和待测目标之间的光线往返时间进行距离测定。通过发射短脉冲的激光信号，然后接收并分析返回的激光信号，系统能够计算出光信号在空气中的传播时间，从而得到目标距离的估计值。这种原理简单而直接，具有较高的精度和准确性。原理如式（）所示：（）式（）中，为测试物体距离激光发射点的直线偏移量；为测量时间；为光速。脉冲法激光测距原理示意图如图 所示。安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第三期图 脉冲法激光测距原理示意图通过发射端发射的脉冲信号，能够实现对待测目标与发射点距离的测量。该系统的工作原理是，当激光束与目标发生反射或漫反射后，接收装置接收激光并记录接收波形的时间间隔，通过这个时间间隔的测量值，可以推断激光的传播时间，从而计算出待测目标与系统之间的距离，由式（）所示为测距的精度：（）汛情预测原理汛情预测通过信息分析模块实现，该模块使用了基于神经网络的算法，根据数据本身的特点，水位序列为时间序列数据，因此设计 神经网络进行电价预测。中的隐藏层较传统神经网络，存在状态 和状态，它可以保存长期状态，成为单元状态。汛情预测算法按如下步骤所示，分为三个步骤。步骤：设置水位遗忘门，通过 函数来控制，该函数由式（）定义，它会根据上一时刻的输出通过或部分通过计算原理如式（）所示：（）（），()（）式（）中，表示的是系数矩阵；，表示是联合向量；是为偏置项系数；表示为 函数；是第 步的水位预测量。步骤：输入历史水位价信息，主要设置输入门通过 决定哪些值用来更新，这里选择前两个时刻的水位数据：（）式（）中，是遗忘系数，选值区间通常为，。步骤：计算模块输出结果，通过输入到 函数得到初始结果，利用函数变为缩小到 至 之间，并在此利用 函数进行还原，从而得到模型最终输出，即新预测水位数据。（，）（）（）（）式（）和（）中，是中间变量，用于对之前预算结果的补正；是输出层中的偏置项。通过反复循环步骤 至步骤，当数据输出结果收敛时即可实现水位预测，具体流程图如图 所示。徐靖雄，江宇峰，田 中，何君毅：基于 的配电房防汛预警系统设计图 算法训练流程图 系统方案实施以 的配电房为例进行方案实施，对配电房安装防汛预警系统。步骤：实施方案时，确定开闭所可能存在的进水隐患点，一般将配电房的 个进入门、个电缆沟入口设为隐患点。如图 所示。图 配电房可能进水点将开闭所大门使用预制防汛挡水板，并为链接处预备胶密封条，高度为 ，日常作为挡小动物板，汛期阻水。电缆沟入口常态处于封堵状态，但随着时间迁移可能出现隐患点，并且由于入口内部状态的不规则性，设置填充沙土袋，对入水口进行有效填堵，阻止电缆沟入口的进水。步骤：在防汛挡水板前装设水位传感器。在电缆沟底部寻找一个最低点，根据集水坑的尺寸开挖后，安装集水坑，深度约 。将水位检测装置、自动排水装置安装于集水坑内，排水管引至户外。步骤：在 中加装信息采集与信息分析模块，设置完成与各个水位传感器的 通讯功能，设置完成水位传感器与水泵的通讯功能。实际使用时，水位传感器将集水坑与防汛挡板水位信号传至 信息采集装置，信息分析装置将对数据进行处理判断，并根据水位情况向运维人员发送短信报警，并发送开启信号至水泵电源开关自动开启水泵排水。安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第三期在日常工作中，信息分析模块，会实时对历史水位信息进行数据分析，实现汛期预测，若存在汛期威胁时发送短信至设备运维人员。结论利用 算法，使得水位信息的处理变得更加准确，对于 物联网通讯技术的运用，减少了信息间传递的时耗，使得整个防汛预警系统有着反映匀速、动作灵敏的特点，为地下或半地下配电房的防涝工作提供了可靠的技术保障，可以有效地节省人力、物力。下一步将从不同的通讯技术如微波技术入手，以做到更低的成本开支。参考文献：孙国娣，王梦超 智能防汛系统在电力系统的应用研究 电力安全技术，（）：张朝辉，项华敏，王森，等 浅析 配电设施的防台防汛安全措施 电力安全技术，（）：陈华，梁菁，牛康，等 地区电网调度防汛应急处置创新 中国科技信息，（）：钟庆云，季刚，秦华标 基于 网络的无线压力传感器测水位系统设计 中国仪器仪表，（）：，张博 基于物联网技术的激光水位测量系统设计 长春：吉林大学，责任编辑：张继影