基于時間序列數據庫的電網訪問服務端風險預警研究

李艷，楊麗芝，張磊，張萬杰，李宏梅

（云南電網有限責任公司德宏供電局，云南德宏 678400）

時間序列數據庫是一種特殊的數據庫應用結構，能夠同時處理多項帶有時間標簽的數據信息參量，在實際應用過程中，帶有時間標簽的數據信息也被直接稱為時間序列數據。對于電網應用體系來說，時間序列數據庫往往采用按需存儲的方式，對已產生的電量信息進行處理，隨著指令執行時間的延長，所有電量信息數據都可以從原始存在位置被轉移到數據庫主機之中，這也是時間序列數據庫體系始終具備較強運行活力的主要原因[1-2]。時序大數據不會對信息參量的存儲行為作出任何限制，只要一個數據參量具有明顯的位置信息，那么它就有可能作為數據庫體系的存儲對象，因此該項技術的應用，大大提升了電網信息的查詢與傳輸速率。

隨著電信號傳輸量的增大，電網訪問服務端主機對這些信息參量的承載能力會出現明顯下降的變化趨勢，此時各種風險訪問行為頻繁發生，從而使得電網體系的運行安全性受到嚴重影響。傳統多態不確定性評估方法通過度量電量信息實時存儲位置的方式，確定電信號數據之間的交流頻率，再通過按需篩查的方式，將這些信號參量分別存儲于既定的訪問空間之中，以供電網主機的直接調取與利用[3]。然而該方法的適用能力相對有限，當訪問數據量過大時，電網服務端對于電量信號的承載能力并不能得到有效保障。為解決上述問題，引入時間序列數據庫，并以此為基礎，設計一種新型的電網訪問服務端風險預警模型。

1 基于時間序列數據庫的電網負荷分析

在時間序列數據庫的作用下，電網負荷分析主要由時間序列數據庫構建、電量挖掘深度確定、電網負荷量計算幾部分組成，具體研究方法如下。

1.1 時間序列數據庫構建

在電網環境中，時間序列數據庫作為信號過渡裝置，負責將電網數據反饋至電網訪問服務端設備之中，且在執行處理指令的同時，能夠對電壓信號、電流信號進行準確區分，對于電網訪問服務端而言，電壓信號、電流信號是兩種完全不同的數據信息參量，前者反映了越限電壓的數值水平，后者的數值水平則與過載電流指標直接相關[4-5]。在實施風險預警執行時，與時間序列數據庫相關的電網數據傳輸行為包含直接反饋、間接反饋兩種模式。其中，直接反饋是指電網數據可由原始存儲位置直接進入電網訪問服務端設備中，且此過程中，電量信號不會被消耗；間接反饋是指電網數據會經過數據庫體系的暫時存儲，然后再經由信道組織，進入電網訪問服務端設備中。時間序列數據庫是具有包容性的應用結構，其對于電壓信號與電流信號的存儲方式并沒有明顯區別。

1.2 電量挖掘深度確定

電量挖掘深度是指電量信號在電網訪問服務端中的實際傳輸距離，對于電網體系來說，電量挖掘深度的物理取值越大，則表示時間序列數據庫對于電量信號的轉存能力越強，反之則越弱[6-7]。設w表示電量信號的傳輸標度值，i′表示w指標的最大取值結果，在實際應用過程中，i′-w>1 的不等式條件恒成立。Y表示數據庫主機中電量信號的序列指征，表示電網訪問服務端中的信號量傳輸均值，χ表示電量信號挖掘權限，r表示與電網訪問服務端相關的時間序列標準，p表示電量信號在時間序列數據庫中的轉存系數，表示待轉存的電量信號特征值。聯立上述物理量，可將電量挖掘深度表達式定義為：

為使電網訪問服務端的風險預警能力得到有效促進，電量挖掘深度的計算必須參考時間序列數據庫體系的當前運行能力。

1.3 電網負荷量計算

電網負荷量也稱電網訪問服務端所承擔的電信號風險行為量，若參考時間序列數據庫的實際作用能力，則可認為待處理的電量信號越多，訪問服務端設備所承擔的行為風險也就越大[8]。在不考慮其他干擾條件的情況下，電網負荷量指標的計算結果受到電信號風險行為強度、信號序列指標兩項物理系數的直接影響。電信號風險行為強度可表示為β，由于電網訪問服務端并不能保持完全穩定的運行狀態，所以該項指標參量的取值結果必須具有較強的適應性。信號序列指標可表示為，在單位負荷時間ΔT內，該項物理系數的取值結果越大，電網負荷量指標的計算值結果也就越小。在上述物理量的支持下，聯立式（1），可將電網負荷量計算表達式定義為：

式中，?表示電量信號在電網訪問服務端中的迭代傳輸次數，s表示最小的電量信號篩查系數，u表示電量信號的標準負荷條件。在時間序列數據庫連接行為不發生變化的情況下，電網負荷量計算結果將直接影響電網訪問服務端對于風險性行為的承載能力[9-10]。

2 電網訪問服務端風險預警模型

在時間序列數據庫結構的作用下，按照預警對象選擇、越限電壓計算、過載電流計算的處理流程，實現新型電網訪問服務端風險預警模型的設計與應用。

2.1 預警對象選擇

電網訪問服務端組織的預警對象由電壓信號、電流信號兩部分組成，其具體行為方式及表現能力如下：

1）電壓信號：電壓信號決定了越限電壓的數值計算結果，如果將時間序列數據庫連接行為作為已知條件，則可將電壓信號作為預警模型制定的核心參考指標[11]。在電網訪問服務端中，電壓信號不但決定了輸出電壓的基本數值，也可約束風險行為的表現能力，一般來說，電壓信號的物理取值越小，則表示風險行為的表現強度越低，反之則越強。

2）電流信號：電流信號決定了過載電流的數值計算結果，在時間序列數據庫結構連接行為強度保持不變的情況下，電流信號可同時對傳輸電流與傳輸電壓的數值水平進行約束[12]。簡單來說，與電壓信號相比，電流信號的實用性能力更強，其能夠對電網訪問服務端風險行為表現特征進行更為適度的調節。

2.2 越限電壓

越限電壓也叫電網訪問服務端的風險預警電壓，該項物理指標的計算必須同時參考接入電阻、行為風險度量值兩項物理系數的影響[13-14]。在電網訪問服務端中，接入電阻R在特定越限條件ε下的取值結果為Rε，一般來說，Rε>R的不等式條件恒成立。作為接入電阻R的平均值，其數值結果并不受到Rε指標的影響。行為風險度量值可表示為ξ，對于電網訪問服務端設備來說，該項指標參量的取值結果受到時間序列數據庫體系執行能力的直接影響。在上述物理量的支持下，聯立式（2），可將越限電壓表達式定義為：

其中，f表示風險行為標記系數，h1、h2表示兩個不同的風險行為定義項。在電壓信號傳輸行為保持不變的情況下，h1≠h2的不等式條件恒成立。

2.3 過載電流

過載電流也叫電網訪問服務端的風險預警電流，受到時間序列數據庫模型的影響，該項指標參量的取值結果越大，服務端設備所承擔預警行為的風險等級也就越高。規定m表示電網訪問服務端中的電流信號輸出系數，從風險預警行為有效性的角度來考慮，該項指標參量的取值結果越大，則表示過載電流計算結果越具有參考價值[15-16]。設表示電流信號在單位時間內的輸出均值，c表示電流信號輸出權限，xc表示c權限下的電流信號特征值，z表示既定的電流信號的過載權限指標。在上述物理量的支持下，聯立式（3），可將過載電流表達式定義為：

在時間序列數據庫的支持下，為實現對電網訪問服務端風險的準確預警，應同時參考越限電壓、過載電流的數值計算結果。

3 實例分析

為突出說明基于時間序列數據庫的電網訪問服務端風險預警模型、多態不確定性評估方法的實用性價值，設計對比實驗。通過人工調試的方式，對電網訪問服務器進行設置。首先，采用基于時間序列數據庫的風險預警模型對服務器設備進行控制，將所得數據信息作為實驗組變量；然后，將所有服務器系數全部歸零；其次，采用多態不確定性評估方法對服務器設備進行控制，將所得數據信息作為對照組變量；最后，對比實驗組、對照組實驗數據，分析兩個模型的實際應用能力。電網訪問服務器對于電量信號的承載能力，能夠反映服務器設備對于風險訪問行為的預警能力。一般來說，電網訪問服務器對于電量信號的承載能力越強，服務器設備對于風險訪問行為的預警能力也就越強，反之則越弱。

電網訪問服務器對于電量信號的承載能力可以從電壓、電流兩方面來衡量，若承載電壓、承載電流的實驗數值明顯高于其理想數值水平，則表示電網訪問服務器對于電量信號的承載能力較強。

表1 記錄了電網訪問服務端承載電壓與承載電流的理想數值。

表1 承載電壓與承載電流的理想數值

分析表1 可知，在理想狀態下，電網訪問服務端承載電壓數值保持先上升、再穩定的變化趨勢，全局極大值249 V 與全局極小值225 V 相比，上升了24 V；電網訪問服務端承載電流數值則保持先上升、再小幅穩定波動的變化趨勢，全局極大值5.68 A 與全局極小值5.43 A 相比，上升了0.25 A。

圖1 反映了電網訪問服務端負載電壓的實驗數值曲線。

分析圖1 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組承載電壓始終保持不斷上升的數值變化趨勢，但其后期上升幅度明顯小于前期，當實驗時間等于10 min時，實驗組電壓數值與理想數值完全相等，但其均值水平高于理想數值。對照組承載電壓則保持先上升、再下降的數值變化趨勢，整個實驗過程中，其均值水平低于理想數值與實驗組數值。

圖2 反映了電網訪問服務端負載電流的實驗數值曲線。

圖2 承載電流的實驗數值曲線

分析圖2 可知，實驗組承載電流基本能夠保持不斷上升的數值變化狀態，當實驗時間等于10 min時，實驗組承載電流數值略小于理想數值，但整個實驗過程中，實驗組承載電流均值始終高于理想數值。對照組承載電流則始終保持上升、下降交替出現的數值變化狀態，整個實驗過程中，對照組最大值僅能達到5.31 A，遠低于實驗組最大值。

4 結束語

在時間序列數據庫的作用下，新型電網訪問服務端風險預警模型在傳統多態不確定性評估方法的基礎上，通過確定電量挖掘深度的方式，計算電網負荷量的實際數值結果，再根據所選預警對象的不同，對越限電壓、過載電流的物理數值進行準確統計。從實用性角度來看，在這種新型預警模型的作用下，電網訪問服務端設備對于電量信號的承載能力出現了明顯增強的變化趨勢，不但能夠避免風險訪問行為的發生，還能適度促進電網主機對于風險訪問行為的預警能力，具備較強的實用性價值。