調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

南京易司拓電力科技股份有限公司 鄭 杰

調(diào)度自動化系統(tǒng)作為供電企業(yè)電網(wǎng)運行監(jiān)控中最重要的自動化系統(tǒng)之一，在建設(shè)投入實用化運行后，供電公司各部門對于變電站各類遙信、遙測數(shù)據(jù)及各類上報報表數(shù)據(jù)大部分由SCADA系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)源。然而在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)對于異常數(shù)據(jù)無法自動過濾，導(dǎo)致生成的報表無法滿足特殊運行方式下的需求，如母線接地時電壓對合格率的影響及突變數(shù)據(jù)無法反映正常運行下的極值信息等；另外在SCADA系統(tǒng)上定義報表是采用每個格子都需單獨拖拽的模式，不具備自動拓展功能，對于在特殊時間特別是在迎峰度冬、迎峰度夏期間，各部門要求的報表數(shù)量多、需花費很多時間和人力在SCADA系統(tǒng)上進(jìn)行報表定義。SCADA定義的出來的格式也相對單一，數(shù)據(jù)出來后需進(jìn)行二次加工，無法及時滿足各部門對報表直接需求。

然而根據(jù)SCADA系統(tǒng)的重要性及對生產(chǎn)、運行和管理的影響程度，一般不會因個別需求進(jìn)行改造升級；為滿足上述供電企業(yè)對SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)實用化的要求，擬建立一套調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，滿足國家電網(wǎng)各部門對數(shù)據(jù)的需求和應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)整體架構(gòu)共分為接口層、平臺層和應(yīng)用層。接口層主要部署連接SCADA服務(wù)器進(jìn)行模型和數(shù)據(jù)獲取的接口程序；接口層將數(shù)據(jù)接入后由平臺層進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾、計算和存儲，以及對存儲后的數(shù)據(jù)進(jìn)行報表生成，便于應(yīng)用層進(jìn)行報表定義和查看；應(yīng)用層是將存儲的模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行WEB應(yīng)用，包含綜合展示、數(shù)據(jù)查詢、報表管理和系統(tǒng)運維。

接口層包含模型接口和數(shù)據(jù)接口。其中模型接口功能是模型獲取和解析，SCADA服務(wù)器將廠站定義、遙測定義、遙信定義、計算量定義、電度量定義等導(dǎo)出XML模型，將模型存放到指定目錄。調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)通過接口定時獲取該模型，獲取到模型后，根據(jù)IEC61970中的CIM規(guī)范，基于廠站定義、遙測名稱，自動抽取變電站主變、主變高中低壓側(cè)線圈、母線、母線分段、線路間隔、所用變間隔、電容器等電網(wǎng)設(shè)備信息，可在系統(tǒng)中實現(xiàn)電網(wǎng)一次接線圖。

在抽取電網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，對電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)類型按量測類型進(jìn)行管理，對遙測按照量測進(jìn)行自動抽取管理，并與電網(wǎng)設(shè)備、量測類型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)廠站、遙信/遙測名稱變化時，SCADA系統(tǒng)自動更新廠站、遙信/遙測名稱、系統(tǒng)通過新獲取的XML文件獲取最新模型信息，實現(xiàn)模型實時同步變更。

數(shù)據(jù)接口采用只讀用戶直接登錄SCADA三區(qū)數(shù)據(jù)庫，直接讀取SCADA系統(tǒng)5分鐘采樣庫數(shù)據(jù)，包括遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)（實時數(shù)據(jù)或變位信息）、計算量數(shù)據(jù)、電度量數(shù)據(jù)（含峰谷信息）等。將讀取的數(shù)據(jù)參照電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)E文件方式生成數(shù)據(jù)文件，再將數(shù)據(jù)文件解析入庫。當(dāng)SCADA采樣間隔5分鐘結(jié)束時，系統(tǒng)自動獲取該5分鐘數(shù)據(jù)以實現(xiàn)同步，也可以延后獲取；系統(tǒng)在每天零點對前一天數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，自動對未獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行補獲；系統(tǒng)也提供人工獲取數(shù)據(jù)的界面，可人工下發(fā)數(shù)據(jù)補采任務(wù)，按指定的時間段和指定的遙測、遙信量進(jìn)行獲取。

系統(tǒng)平臺層包含數(shù)據(jù)過濾模塊、數(shù)據(jù)計算模塊和報表生成模塊。在數(shù)據(jù)進(jìn)行計算前，由數(shù)據(jù)過濾模塊先進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾來保證最終結(jié)果的正確性和合理性。數(shù)據(jù)過濾主要根據(jù)設(shè)置的異常限值、過濾規(guī)則等進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動或人工過濾、修改，以滿足運行、分析和管理需要為宗旨。設(shè)置錯誤數(shù)據(jù)限值，絕對值限值、變化率限值等；過濾規(guī)則如下：

對突變、不合理數(shù)據(jù)進(jìn)行自動過濾，并填入前一點數(shù)據(jù)或隨機數(shù)據(jù)；對電壓、功率因數(shù)類遙測的明顯錯誤數(shù)據(jù)：每類電壓根據(jù)電壓等級有缺省的錯誤數(shù)據(jù)上下限值，功率因數(shù)一般不低于0.5，進(jìn)行自動過濾，并填入前一點數(shù)據(jù)；根據(jù)遙信信息，對“零漂”情況進(jìn)行自動判斷并剔除處理；根據(jù)設(shè)置的時間間隔對遙信誤動情況進(jìn)行自動判斷并剔除處理；以上自動過濾處理功能均支持人工觸發(fā)；以上所有的過濾和替代均記錄詳細(xì)的事件，并支持處理后觸發(fā)重新統(tǒng)計。

數(shù)據(jù)計算模塊主要是針對過濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，計算出最終報表生成需要的數(shù)據(jù)，避免在報表生成時再進(jìn)行計算，保證報表生成的速度。數(shù)據(jù)計算是在剔除上述所有異常數(shù)據(jù)、突變數(shù)據(jù)、零漂數(shù)據(jù)、不合理數(shù)據(jù)、零值數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)供時間段、免考核時間段數(shù)據(jù)情況下進(jìn)行。計算方式如下：5分鐘統(tǒng)計：系統(tǒng)統(tǒng)計遙測、計算量5分鐘間隔數(shù)據(jù)的小時最大/小值及發(fā)生時間、平均值，日最大/小值及發(fā)生時間、平均值。對月、季、年的極值，根據(jù)日統(tǒng)計極值進(jìn)行應(yīng)用即時統(tǒng)計；整點統(tǒng)計：系統(tǒng)統(tǒng)計遙測、計算量整點數(shù)據(jù)的日最大/小值及發(fā)生時間、平均值。對月、季、年的極值，根據(jù)日統(tǒng)計極值進(jìn)行應(yīng)用即時統(tǒng)計；遙信統(tǒng)計：根據(jù)5分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計變位情況并統(tǒng)計變位次數(shù)。

數(shù)據(jù)計算除對數(shù)據(jù)常規(guī)統(tǒng)計和小指標(biāo)統(tǒng)計外，為確保統(tǒng)計結(jié)果滿足運行方式管理、分析等需要，設(shè)置如下計算規(guī)則：最小值零值過濾：對停電、未投入等情況，出現(xiàn)零值在統(tǒng)計時需要剔除，以確保統(tǒng)計結(jié)果的最小值真正為運行時的最小值；對電壓、功率因數(shù)類遙測的不合理數(shù)據(jù)：每類電壓根據(jù)電壓等級有缺省的合理數(shù)據(jù)上下限值，功率因數(shù)一般不低于某限值，在過濾錯誤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步考慮合理數(shù)據(jù)，非合理數(shù)據(jù)統(tǒng)計時自動剔除、不參與統(tǒng)計；設(shè)置的線路轉(zhuǎn)供關(guān)系對轉(zhuǎn)供情況進(jìn)行自動判斷，支持人工的確認(rèn)；根據(jù)實際運行方式設(shè)置單個遙測、單個變電站、所有變電站的免統(tǒng)計、免考核時間點或時間段。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)用主要分為綜合展示，報表管理、數(shù)據(jù)查詢、負(fù)荷轉(zhuǎn)供分析、和系統(tǒng)運維。綜合展示主要以柱狀圖、餅圖等形式展示該地區(qū)全區(qū)、網(wǎng)供有無功數(shù)據(jù)，以及各行業(yè)負(fù)荷數(shù)據(jù)。

報表管理提供報表定義和修改，以通過鏈接的方式打開報表定義模塊。為方便定義，報表定義采用Excel類似的窗口界面，使其具備簡捷、靈活等特點。為提高報表定義的靈活性，模塊設(shè)計有拓展格、父子格、排序、控件等功能。除了傳統(tǒng)的表格拖方法外，模塊設(shè)計有數(shù)據(jù)集和程序集兩種集成方法，通過數(shù)據(jù)集可以隨意編寫SQL語句來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，也可以通過特定的程序集來實現(xiàn)獲取，只需要輸入展示的設(shè)備類型、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)項和日期等信息，即可實現(xiàn)同類設(shè)備的同類數(shù)據(jù)全部展示，想要實現(xiàn)多種設(shè)備和多種數(shù)據(jù)的展示，可通過定義多個程序集來關(guān)聯(lián)實現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)集與程序集合并實現(xiàn)。這種設(shè)計方式極大的增加了報表定義的速度和靈活性，能節(jié)省大量的人力投入。

可利用多個程序集與多個數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)的一張早會報表，此報表大概20分鐘定義完成，實現(xiàn)效果如表1所示。只需要定義一張模板，就能實現(xiàn)各區(qū)域電網(wǎng)最大最小負(fù)荷、最大最小電量、電量同比環(huán)比的展示，并且報表的生成速度很快，由于所需數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)計算模塊已完成計算，大部分報表只需要幾秒鐘就能完成生成。由于設(shè)計模板包含程序集，在后期電網(wǎng)運行中，區(qū)縣局或設(shè)備的名稱修改和增刪不需要人工在報表里添加，只需要定期更新模型后系統(tǒng)會自動識別并展示在所需的報表內(nèi)。

表1 早會報表

同時報表還設(shè)計可設(shè)置電壓等級、類型、時間等屬性，以此來保證報表使用的靈活性。同時一張報表模板也可復(fù)用，只需在原報表下新建實例即可使用原報表格式和屬性，再人工勾選需要的變電站、線路或量測等，以此可減少人工成本。系統(tǒng)提供歷史報表功能，就是設(shè)置報表生成的時間，系統(tǒng)會根據(jù)時間自動執(zhí)行報表生成任務(wù)，將報表生成到指定目錄，當(dāng)需要報表時只需點擊下載即可。報表管理也提供低頻低壓方案配置，以及報表授權(quán)和報表角色管理。

數(shù)據(jù)查看是查看設(shè)備的5分鐘數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。顯示控制區(qū)下線路、負(fù)荷，主變、母線昨日、當(dāng)日、某日或時段的遙測信息，可按照圖形展示和表格展示，以5分鐘為最小查詢間隔。

負(fù)荷轉(zhuǎn)供分析設(shè)計提供一種過載情況下的負(fù)荷分析方案（圖1），在設(shè)置有環(huán)網(wǎng)的條件下，選擇需要分析的變電站及對應(yīng)轉(zhuǎn)供類型，可查詢某時刻點對應(yīng)負(fù)荷可否轉(zhuǎn)供的情況。系統(tǒng)為過載的線路提供轉(zhuǎn)供輔助決策方案，設(shè)計利用供電可靠性的配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化方法，通過配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供分層優(yōu)化、優(yōu)化算法設(shè)定以及供電可靠性約束條件設(shè)定，完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化方法設(shè)計。實現(xiàn)負(fù)荷可轉(zhuǎn)供線路、負(fù)荷不可轉(zhuǎn)供線路可視化展示、并提出輔助決策結(jié)論。該設(shè)計在一定程度上為配電網(wǎng)應(yīng)急恢復(fù)方面提供了解決辦法，提高供電可靠性、節(jié)約供電成本。系統(tǒng)運維主要是對使用人員的賬號信息和訪問權(quán)限進(jìn)行管理。

圖1 轉(zhuǎn)供實現(xiàn)步驟

綜上，調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)通過接入SCADA系統(tǒng)的模型和數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)偵查、異常數(shù)據(jù)過濾、小指標(biāo)統(tǒng)計等優(yōu)點，避免了異常數(shù)據(jù)、零漂數(shù)據(jù)、零值數(shù)據(jù)對報表結(jié)果的影響，提高了數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準(zhǔn)確性；系統(tǒng)通過定制的報表工具，利用數(shù)據(jù)集與程序集的結(jié)合，由原來一張報表需幾個部門人員定義維護(hù)到只需一個專業(yè)人員維護(hù)、從一張報表定義幾個小時到定義幾分鐘，極大提高了工作效率、降低了成本。調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)具有報表應(yīng)用的優(yōu)越性，可作為SCADA及其他系統(tǒng)的報表模塊，具備很高的市場應(yīng)用價值。