[发明专利]一种基于随机森林的电熔镁炉运行状态识别方法

说明书

一种基于随机森林的电熔镁炉运行状态识别方法，包括：对电熔镁炉的运行数据进行采集，通过对三相电压电流数据进行多时间尺度分析确定以分钟级作为所选时间尺度，对所得到的电熔镁炉运行数据随机产生多个电熔镁炉数据训练集；利用每个训练集生成对应的决策树，利用每个决策树进行测试得到相应电熔镁炉运行状态的分类类别，最后以投票所得到的电熔镁运行状态的众数作为该电熔镁运行状态识别的最终结果；所得到的电熔镁状态识别结果，利用电熔镁炉的熔炼阶段所能提供的调节裕度，得到整个电熔镁炉群的调节量。明确了以电熔镁炉三相电压电流数据为依据，实现电熔镁炉的运行状态分类，为实现电熔镁炉参与电力系统负荷侧调控提供技术基础。

技术领域

本发明涉及人工智能和电力系统负荷控制技术领域，特别涉及一种基于随机森林的电熔镁炉运行状态识别方法。

背景技术

氧化镁作为一种高温耐火材料在航天工业、水泥、化工及电子工业等。在生产氧化镁的过程中，主要通过利用菱镁矿石进行高温制备，通过电熔镁炉对菱镁矿石加热到熔融状态，以获取高纯度的氧化镁晶体。目前，国内外有许多专家学者对电熔镁炉的生产运行过程进行了相关研究，主要集中于电熔镁炉的节能低碳运行以及故障诊断。在制备氧化镁的过程中，需要消耗大量电能。电熔镁炉作为一种高耗能的电气设备，可以参与电力系统负荷曲线调节。并且随着智能电表的发展，使电熔镁炉的运行数据采集可以轻松地实现。因此将电熔镁负荷作为一种负荷侧的可调控资源，则需要实时分析电熔镁炉的运行状态，进而可对电熔镁炉群的调控能力进行评估。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于随机森林的电熔镁炉运行状态识别方法，目的是解决在电力系统中考虑将负荷侧中的电熔镁炉作为系统调峰资源，通过对电熔镁炉的实时运行的三相电压、三相电流数据进行采集，利用随机森林算法，对电熔镁炉的运行状态进行识别的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于随机森林的电熔镁炉运行状态识别方法，包括如下步骤：

步骤一、通过智能电表对电熔镁炉的运行数据进行采集，其中主要包括电熔镁炉的三相电压和三相电流等数据，通过对三相电压电流数据进行多时间尺度分析，确定以分钟级作为所选时间尺度，并对在整个电熔镁的容量过程数据进行处理；

步骤二、通过对步骤一所得到的处理过的电熔镁炉运行数据，随机产生多个电熔镁炉数据训练集；利用每个训练集生成对应的决策树，对于测试集样本，利用每个决策树进行测试，得到相应电熔镁炉运行状态的分类类别，最后采用投票的方式，以投票所得到的电熔镁运行状态的众数作为该电熔镁运行状态识别的最终结果；

步骤三、通过步骤二所得到的电熔镁状态识别结果，利用电熔镁炉的熔炼阶段所能提供的调节裕度，得到整个电熔镁炉群的调节量，为电力系统调度提供依据。

进一步地，所述步骤一中，对电弧炉的三相电压电流数据进行多时间尺度分析的过程为：通过智能电表对单台电熔镁炉的运行数据进行采集，得到整个生产过程的秒级数据后，对三相电压和三相电流数据以1秒、1分钟、5分钟和30分钟为时间尺度进行数据处理，根据数据特征与电力系统调峰需求共同来确定数据处理的时间尺度；以1min为时间尺度，对三相电压电流数据进行预处理得到数据的标准差，平均值和最坏值等特征。

进一步地，所述步骤二中，首先利用Bootstrap方法进行多次采样，生成n个训练集S₁， S₂，…，S_n,其余数据组作为测试集数据；利用电压电流数据所产生的训练集，生成对应的决策树C₁，C₂，…，C_n；将1min内的三相电压电流数据的多个特征作为模型的输入，电熔镁处于非熔炼阶段和熔炼阶段作为模型的输出；通过对随机森林分类器的仿真结果进行分析，可以得到电熔镁炉运行状态的正确率，从而可对该分类方法的可行性进行评价，并讨论了随机森林中包含的决策树棵树的不同时，分别计算对电熔镁炉运行状态分类的准确性。