基于聚類算法對(duì)主站與電廠、變電站的數(shù)據(jù)同步問題的研究

趙俊煒 黎鳴 梅傲琪

摘 要：電網(wǎng)線路、變壓器等設(shè)備已更新，而主站系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)參數(shù)未及時(shí)更新和不同設(shè)備的量測(cè)數(shù)據(jù)的同步存在延遲，導(dǎo)致電廠、變電站端送到主站的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)與主站本地對(duì)應(yīng)端的量測(cè)數(shù)據(jù)之間存在嚴(yán)重的不平衡，本文通過聚類算法實(shí)現(xiàn)主站與電廠、變電站的數(shù)據(jù)同步問題，從而提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：聚類算法;變電站;數(shù)據(jù)同步;質(zhì)量檢查

0 引言

電網(wǎng)發(fā)現(xiàn)電壓、電流、功率等不平衡時(shí)，主站調(diào)度員首先確認(rèn)主站數(shù)據(jù)庫中變比、拓?fù)涞仁欠窦皶r(shí)更新，相關(guān)通知報(bào)文是否處理。若主站數(shù)據(jù)庫正常則調(diào)度員會(huì)聯(lián)絡(luò)電廠、變電站值班人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備排查問題，查看是否是數(shù)據(jù)源問題或通訊問題。整個(gè)排查過程無自動(dòng)化解決方案，需要多方協(xié)同手工實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)排查，過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，急需自動(dòng)化排查方案。具體表現(xiàn)為電廠、變電站端送到主站的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)與主站本地對(duì)應(yīng)端的量測(cè)數(shù)據(jù)之間存在嚴(yán)重的不平衡。有兩個(gè)原因：線路、變壓器等設(shè)備已更新，而主站系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)參數(shù)未及時(shí)更新和不同設(shè)備的量測(cè)數(shù)據(jù)的同步存在延遲，本文通過聚類算法實(shí)現(xiàn)主站與電廠、變電站的數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高。

1 算法模型

1.1 算法原理

線路功率平衡計(jì)算：一條母線所有端流入流出的功率與損耗功率應(yīng)當(dāng)平衡。若發(fā)現(xiàn)功率平衡誤差過大，結(jié)合報(bào)警信息，初步判斷數(shù)據(jù)同步出現(xiàn)問題。以圖1所示B2母線為例：

其中，PG2為發(fā)電機(jī)G2的有功功率輸出，PT2為變壓器T2的一次側(cè)有功功率輸入，PB2為母線B2的線路損耗。PB2一般遠(yuǎn)小于PG2與PT2，因此當(dāng)PG2與PT2差距過大時(shí)，可能是數(shù)據(jù)同步出現(xiàn)問題。其它參數(shù)說明如下PLi為負(fù)荷，Bi為母線，Gi為發(fā)電機(jī)和Ti為變壓器。

1.2 聚類算法

K-means[1，2]聚類算法是一種無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法，其過程首先隨機(jī)選取K個(gè)對(duì)象目標(biāo)定為初始的聚類中心，接著計(jì)算每一個(gè)對(duì)象和其它所有種子聚類中心相隔的距離，隨后，每個(gè)對(duì)象分配給離它距離最近的聚類中心。聚類中心以及被分配的對(duì)象就代表一個(gè)聚類。如果每分配一個(gè)樣本，聚類的中心位置會(huì)按照聚類中現(xiàn)有的對(duì)象進(jìn)行重新計(jì)算。此過程將不斷重復(fù)直到滿足某個(gè)條件為止。終止條件設(shè)定為：沒有對(duì)象被重新分配給不同的聚類，找不到聚類中心再發(fā)生變化，得出的誤差平方和局部最小，具體步驟如下：

（1）首先確定一個(gè)k值，數(shù)據(jù)集將經(jīng)過聚類得到k個(gè)集合。（2）從待選數(shù)據(jù)集中隨機(jī)選擇k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為質(zhì)心。（3）針對(duì)數(shù)據(jù)集中每個(gè)點(diǎn)，算出其與每個(gè)質(zhì)心的長(zhǎng)度（如歐式距離），劃分的原則遵循就近原則，離那個(gè)質(zhì)心近，就劃分到質(zhì)心所屬的集合。（4）如果所有數(shù)據(jù)被歸好集合后，合計(jì)有k個(gè)集合，接著重新算出每個(gè)集合的質(zhì)心。（5）如果剛剛計(jì)算出來的質(zhì)心和已有質(zhì)心之間的長(zhǎng)度小于預(yù)先設(shè)置的閾值，就可以得出初步結(jié)論，聚類已經(jīng)達(dá)到期望的結(jié)果，算法終止。（6）假如新質(zhì)心和原質(zhì)心長(zhǎng)度范圍變化很大，需要迭代第3、第4和第5步驟。

2 整體流程

首先開始主網(wǎng)本地?cái)?shù)據(jù)稽核，并檢查主網(wǎng)數(shù)據(jù)設(shè)備、臺(tái)帳、表記資產(chǎn)等信息的完整性（包含設(shè)備編號(hào)、臺(tái)帳類信息、表資產(chǎn)編號(hào)信息和設(shè)備最后修改時(shí)間戳信息），檢查主網(wǎng)未處理的消息報(bào)文，提取未處理消息報(bào)文信息（時(shí)間信息、設(shè)備信息和參數(shù)修改信息），檢查設(shè)備編號(hào)與修改信息真實(shí)性，參數(shù)修改信息是否真實(shí)，如果不真實(shí)，記錄報(bào)文數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)駁回，要求發(fā)送設(shè)備編號(hào)更多信息以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)性，如果數(shù)據(jù)真實(shí)修改參數(shù)信息、記錄修改報(bào)告;接著根據(jù)主網(wǎng)不平衡報(bào)警信息檢查主網(wǎng)線路平衡問題，通過有功平衡、無功平衡、電壓平衡和電流平衡四個(gè)指標(biāo)篩選檢查真實(shí)存在不平衡設(shè)備，并記錄不平衡設(shè)備報(bào)警信息，使用K-Means聚類異常不平衡數(shù)據(jù)，隨機(jī)生成聚類樣本中心，修正聚類中心，計(jì)算樣本間歐式距離重新聚類，如果樣本簇發(fā)生改變，分析聚類中心樣本異常數(shù)據(jù)特征，據(jù)此分類提升效率，根據(jù)變比錯(cuò)誤、拓?fù)涓虏患皶r(shí)和數(shù)據(jù)源問題判斷是否完成，主網(wǎng)數(shù)據(jù)同步機(jī)制校驗(yàn)，如果完成校驗(yàn)[3，4]。記錄不同步設(shè)備編號(hào)，出具主網(wǎng)數(shù)據(jù)不同步報(bào)告。

2.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

設(shè)備臺(tái)帳表資產(chǎn)信息檢查是否完整，如果信息檢查不完整，就判斷是否多次不完整，如果不是多次信息檢查不完整，就重新下載設(shè)備臺(tái)帳表計(jì)資產(chǎn)信息檢查;如果多次信息檢查不完整，將數(shù)據(jù)駁回出具報(bào)告并要求整改。如果信息完整，出現(xiàn)不平衡告警，并判斷是否有報(bào)文未處理、數(shù)據(jù)是否有時(shí)間戳、所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)是否已經(jīng)獲得，如果沒有獲得，就判斷是否多次無法獲取完整數(shù)據(jù)，要求現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送所有設(shè)備數(shù)據(jù);如果上述3個(gè)條件都滿足，就可以結(jié)束質(zhì)量檢查，進(jìn)行數(shù)據(jù)真實(shí)性校驗(yàn)[5]，數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查關(guān)鍵步驟如下：

（1）檢查臺(tái)賬信息是否完整;（2）出現(xiàn)不平衡告警時(shí)，檢查是否有未處理的報(bào)文;（3）檢查量測(cè)數(shù)據(jù)是否有時(shí)間戳;（4）檢查現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的顯示設(shè)備等設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否已完整。

2.2 數(shù)據(jù)校驗(yàn)

使用k-均值聚類方法將所有已知的告警點(diǎn)的數(shù)據(jù)分類，并依據(jù)電網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)，將每類異常數(shù)控（不平衡的有功數(shù)據(jù)）與實(shí)際錯(cuò)誤數(shù)據(jù)（變比）建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，流程圖2如下。

詢問電網(wǎng)公司應(yīng)將數(shù)據(jù)集劃分為多少個(gè)簇，并隨機(jī)分配k個(gè)異常數(shù)據(jù)向量作為初始簇質(zhì)心位置[6]，輸入一條異常數(shù)據(jù)向量，并找到離其最近的簇質(zhì)心，如果所有異常數(shù)據(jù)的中心已找到，輸入一個(gè)簇，并找到簇的質(zhì)心并更新;如果異常數(shù)據(jù)的中心沒有找到，則返回初始簇質(zhì)心位置。如果所有簇的質(zhì)心已更新，則判斷是否滿足終止準(zhǔn)則;如果所有簇的質(zhì)心沒有更新，則返回到異常數(shù)據(jù)中心。如果數(shù)值不滿足終止準(zhǔn)則，則返回到初始簇質(zhì)心位置;如果滿足終止條件，則輸出所有簇質(zhì)心，接著再輸入一個(gè)簇質(zhì)心，并依據(jù)電網(wǎng)公司經(jīng)驗(yàn)賦值給一個(gè)對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)點(diǎn);并判斷所有簇與錯(cuò)誤點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否建立，如果沒有建立，返回輸出所有質(zhì)心，如果建立，輸出所有簇和對(duì)應(yīng)關(guān)系。異常數(shù)據(jù)向量的構(gòu)建方式如下：

2.3 數(shù)據(jù)修正和駁回

當(dāng)告警出現(xiàn)時(shí)，尋找本條告警數(shù)據(jù)的最近簇中心，對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤類別即可判別為此告警的錯(cuò)誤類別，當(dāng)數(shù)據(jù)不完整時(shí)或要求修改參數(shù)不匹配時(shí)將數(shù)據(jù)駁回，要求電廠與變電站發(fā)送更多參數(shù)已檢查數(shù)據(jù)完整性與真實(shí)性。

3 結(jié)語

本文提出基于基于聚類算法對(duì)主站與電廠、變電站的數(shù)據(jù)同步問題的解決辦法，從數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)修正和數(shù)據(jù)駁回三個(gè)個(gè)步驟解決了主站與電廠、變電站的數(shù)據(jù)同步問題，使數(shù)據(jù)質(zhì)量大大得到很大的改善。

參考文獻(xiàn)

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