[发明专利]基于FARIMA的智能变电站通信流量阈值模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种基于FARIMA的智能变电站通信流量阈值模型的构建方法。该方法通过对流量序列进行平稳性以及自相关性分析；由序列的Hurst参数设计FIR滤波器，并对数据进行滤波处理；利用AIC信息准则对ARMA(p,q)模型进行定阶，之后对FARIMA(p,d,q)模型的预测值进行残差检验。多次模拟FARIMA模型，进行短期预测，并设计算法生成不同置信度的流量阈值模型。本发明以天津某变电站站控层实际采集流量为测试数据给出了详细的算法描述，并通过一系列的实验得到智能变电站站控层的通信流量阈值模型。

技术领域

本发明涉及电力通信网络流量预测，尤其是涉及一种基于FARIMA的智能变电站通信流量阈值模型的构建方法。

背景技术

随着国家智能化变电站的建设及输配电自动化改造的推进，电网工控信息安全问题日益突出。如何掌握电力信息网络行为性质，协议特征以及流量异常情况无疑成为我国电力通信研究中的关键问题。当前中国正在全力建设智能通信网络，大量的二次设备的接入以及实时数据的更新需求，造成了电力通信网络流量的大量增加和复杂变化。如何规划电缆的配置、路由的选择、带宽的分配，如何减少突发情况造成的重大损失，如何有效提高网络运行的速度和利用率，在智能变电站的建设之中都是关键问题。

精确的变电站网络正常网络模型是电力通信性能分析和结构规划的基础。由于变电站通信网络中的数据流量表现出不同的流量模式和类似于互联网流量的特征，因此可以通过生成数学模型加以分析，开发和理解变电站通信网络数据流量的特征，从而提高设计效益，并且能从多方面维护和加强智能变电站通信；在流量模式预测，负载均衡，流量控制，网络安全和资源配置等方面都有所提升。

本发明针对电力通信网络的特点，结合现有网络自相似流量分析研究的结论，生成智能变电站通信网络流量的阈值模型。其创新性以及技术贡献主要体现在以下几个方面：(1)采集天津某110kV变电站站控层交换机实际的数据流量，建立具有适当参数的流量模型，分析电力通信的网络流量特点。(2)利用计量经济学的思想，使用优化的FARIMA(p,d,q)模型建立智能变电站的正常流量模型，并分析模型切合程度以及电力工控网络的流量形式。(3)基于FARIMA(p,d,q)模型设计筛选算法，预测下一时段，短期内网络通信数据流量的阈值情况。(4)分析不同置信度情况下的流量阈值模型，与智能变电站通信特性相结合。

发明内容

本发明的目的在于解决具有突发性和长相关性的智能变电站通信流量的建模以及预测问题，针对现有电力通信流量特征以及规律研究的不足提出了完善的分析方法；生成的智能变电站通信流量阈值模型对电力通信网络的规划以及异常检测具有指导意义。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于FARIMA的智能变电站通信流量阈值模型的构建方法，包括以下步骤：

(1)对采集的智能变电站通信流量数据进行数据分析，包括序列长度分析，季节性分析，平稳性分析以及自相关性分析；

(2)优化FARIMA(p,d,q)模型的建立；

(3)智能变电站通信流量模型的验证，比较不同算法的拟合优度以及预测效果；

(4)多次运行FARIMA(p,d,q)模型预测目标序列，并设计算法保留具有智能变电站流量特征的预测值，生成不同显著性下的流量阈值模型。

优选的，所述步骤(1)具体为：

(a)基于不同的测量探头原始统计步长，对智能变电站通信流量数据进行采集并均值化处理；根据序列长度选择聚合尺度对原序列进行聚合，其公式如下：

式中，X(i)为原始序列，X(k)为聚合之后的序列，n为聚合周期；

做出聚合后序列的周期图，对序列的波动进行季节性分析；