Сравнительное исследование прогнозирования доступности узлов линии электропередачи с использованием машинного обучения

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12658 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Технология Power Line Communication использует силовые кабели для передачи данных. Знание того, работает ли узел заранее, без тестирования, экономит время и ресурсы, что приводит к предлагаемой модели. Модель была обучена на трех основных функциях: SNR (отношение сигнала к шуму), RSSI (индикатор мощности полученного сигнала) и CINR (отношение несущей к помехе плюс шум). Набор данных состоял из 1000 показаний, 90% из которых приходилось на обучающую выборку, а 10% — на тестовую. Кроме того, 50% набора данных относится к классу 1, что указывает на то, являются ли показания узла оптимальными. Модель обучается с использованием многоуровневого восприятия, K-ближайших соседей, машины опорных векторов с линейными и нелинейными ядрами, случайного леса и алгоритмов адаптивного повышения (ADA) для сравнения статистических, векторных, регрессионных, решающих и алгоритмов. прогнозирующие алгоритмы. ADA Boost достиг наилучшей точности, F-оценки, точности и полноты, которые составляют 87%, 0,86613, 0,9, 0,8646 соответственно.

Power Line Communication (PLC) — это технология связи, в которой для передачи данных используются существующие силовые кабели. Следовательно, ПЛК является привлекательным и экономичным методом передачи данных со всех устройств, подключенных к розеткам питания, таких как датчики и исполнительные механизмы. Таким образом, использование ПЛК в качестве технологии связи позволяет избежать добавления еще одной инфраструктуры для обмена данными с использованием линии электропередачи1,2,3. Связь по линиям электропередачи делится на две категории в зависимости от скорости передачи данных; узкополосная линия электропередачи и широкополосная связь по линиям электропередачи4,5. Узкополосный ПЛК широко используется в интеллектуальных сетях электроэнергетическими компаниями и в домашних сетях для приложений «умного дома». Кроме того, ПЛК используется в автомобильных системах и системах связи между транспортными средствами и инфраструктурой, а также в системах управления батареями нового поколения6,7. С другой стороны, широкополосная связь по линиям электропередачи используется в мультимедийной связи. Такие приложения часто характеризуются множеством подключенных узлов, число которых увеличивается с расширением Интернета вещей (IoT).

Природа общей среды ПЛК создает множество проблем для процесса связи, например, переменные характеристики среды передачи данных. Одна из проблем касается согласования импеданса как на передатчике (TX), так и на приемнике (RX) для внешнего интерфейса ПЛК. Согласование влияет на собственные помехи и отношение сигнал/собственные помехи плюс шум (SSINR). Типичные модемы ПЛК используют канал передачи с низким импедансом и путь приема с более высоким импедансом в аналоговом интерфейсе для эффективной работы с гармоническими искажениями5,7,8,9. Много усилий было приложено для согласования импеданса PLC10. Однако по-прежнему существуют проблемы с согласованием импеданса линии электропередачи из-за ее переменной природы нагрузки.

Производительность современной сети ПЛК ухудшается по мере увеличения количества подключенных узлов. Аналогично, сосуществование с соседними сетями DSL ухудшает качество связи. Поэтому Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) рекомендует использовать подход динамической спектральной адаптации11. Широкополосные модемы PLC оценивают помехи между каналами DSL и PLC и соответствующим образом адаптируют спектральную плотность мощности передачи PLC. Более того, значительные усилия были приложены к ПЛК, ориентированному на физический уровень, для решения таких проблем, как изменяющееся во времени поведение нагрузок в электроэнергетических системах. Следовательно, существует динамика и разнообразие нагрузок, которые приводят к частотно-временному поведению и затуханию сигнала при увеличении частоты и/или расстояния. Различные методы согласования импедансов были проиллюстрированы в 10. Кроме того, на качество связи влияют мощные импульсные шумы, несогласование импедансов, широкое использование неэкранированных силовых кабелей и потери связи1,4,6,11,12. Кроме того, мощные импульсные шумы, возникающие при подключении и отключении нагрузок, оборудования, преобразователей переменного/постоянного тока (AC/DC), а также электромагнитные помехи из-за неэкранированных линий электропередачи и проблем с соединением, динамически влияют на производительность средств связи с течением времени.