電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法

傅奇思，熊 彪，潘 杰

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

在電網(wǎng)安全運行過程中配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)投入是重要環(huán)節(jié)，效益與電量增速緩慢之間存在的矛盾在電網(wǎng)高強度投入的背景下不斷加重，電網(wǎng)企業(yè)運維成本受輸配電價改革的核定約束，導致成本控制壓力和電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)運維成本壓力不斷加重[1]。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)集成模式下存在貢獻水平與電網(wǎng)運行維護投入水平不平衡的問題，因此需要對傳統(tǒng)集成模式進行改進，提高電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)集成精度[2]。

張穩(wěn)等人[3]提出基于海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)運行分析系統(tǒng)架構，該方法集成了配電網(wǎng)地理信息、營銷業(yè)務、配電自動化等多源異構數(shù)據(jù)，并利用改進的機器學習算法分析了電網(wǎng)數(shù)據(jù)的相關性，實現(xiàn)了配電網(wǎng)運行分析。但該方法的信息匹配度有待提高。鄭超[4]提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術管理電力資產(chǎn)，利用知識圖譜技術數(shù)字化展示倉儲、人員、設備等不同管控環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了有效提取資產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，但在數(shù)據(jù)集成的過程中效率有待提高。Rinaldi等人[5]提出了一種基于遺傳算法的電場運維資產(chǎn)多目標優(yōu)化方法，考慮了海上發(fā)電渦輪機的可靠性特征和維護車隊的組成，尋求確定戰(zhàn)略資產(chǎn)的最佳配置。利用遺傳算法降低優(yōu)化資產(chǎn)管理程序，以提高實用性，集成信息的精度有待提高。為了解決上述方法中存在的問題，本文提出了一種電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法。

1 電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務網(wǎng)格化規(guī)劃

電網(wǎng)效益與經(jīng)營在政策改革和配電網(wǎng)資產(chǎn)規(guī)模擴大的背景下受資產(chǎn)運維投入的影響較大。針對電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)管理，在新形勢下提出了更高的要求。電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法在電網(wǎng)運行、經(jīng)濟效益和資產(chǎn)狀態(tài)等維度通過網(wǎng)格化信息熵方法識別影響資產(chǎn)運維投入的因素[6]，計量分析運維投入規(guī)模與不同類別因素之間存在的關聯(lián)度，在網(wǎng)格化信息熵的基礎上構建電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化規(guī)劃模型。

1.1 因素篩選

運用灰色關聯(lián)度理論，分析了影響因子與資產(chǎn)運營投入間存在的相關性[7]。采用灰色關聯(lián)分析法，得到各因子間存在的相關性[8]。

(1)

在式(1)中用N描述變量序列對應的長度。

(2)無量綱化處理變量序列，通過下式處理上述過程獲取的變化序列值xi(k)：

(2)

(4)設置分辨系數(shù)ρ，通過下式對關聯(lián)系數(shù)ξ0i(k)進行計算：

(3)

(5)用r0i描述參考序列X0與比較序列Xi之間存在的關聯(lián)程度，可通過關聯(lián)系數(shù)ξi計算得到，其表達式如下：

(4)

將所獲得的關聯(lián)程度按照由大到小的順序排列，并可以用關聯(lián)程度來度量參考序列與比較序列間的變化趨勢。

1.2 權重確定

電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法通過熵權法計算權重。

1)歸一化處理指標數(shù)據(jù)

對指標特點進行分析，將其分為正向和逆向指標兩類，兩類指標的歸一化處理結果如下：

(5)

式中：m為待選擇方案的數(shù)量；n為評價指標的數(shù)量；Dik為評價指標i針對待選方案k的估計值；dik為歸一化處理后的指標數(shù)據(jù)。

2)權重計算

用E描述m個待選方案通過n個評價指標獲得的總體熵，其計算公式如下：

(6)

設e(di)為熵值，其主要作用是對評價指標i對應的評價決策重要性進行衡量；di為方案評價指標值，其中i=1,2,…,m；熵值e(di)可通過歸一化處理結果計算得到：

(7)

設θi為評價指標i對應的權值，可通過熵值e(di)計算得到：

(8)

1.3 投入分配系數(shù)

電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法在線性綜合加權求和的基礎上評定網(wǎng)格綜合狀態(tài)Fi：

(9)

式中:xij為指標對應的標準化數(shù)據(jù)；wij為指標對應的權重。

(10)

至此完成了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化規(guī)劃模型構建，通過上述模型實現(xiàn)業(yè)務資產(chǎn)的網(wǎng)格化規(guī)劃。

2 業(yè)務資產(chǎn)信息自動集成

根據(jù)IEC61970規(guī)范化處理接口，利用透明接口連接外界通信與該接口，電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法通過EC61970和表述性狀態(tài)轉移(Representational State Transfer，REST)軟件架構風格對業(yè)務資產(chǎn)進行集成處理，整體方案如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)集成方案

通過公用信息模型CIM[9]開發(fā)的應用作為組件可直接接入電力系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在遺留系統(tǒng)中的格式可通過包裝器完成轉換[10]，針對滿足GIS的接口，對其進行封裝處理，之后再接入電力系統(tǒng)中，根據(jù)HTTP協(xié)議中存在的標準動作進行相關操作[11]?？梢圆捎?TCP/IP協(xié)議棧作為電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡層，上、下層網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)傳輸所用的時間可以通過多線程技術減少。在電力系統(tǒng)中利用時序數(shù)據(jù)訪問接口完成靜態(tài)數(shù)據(jù)的集成，利用高速數(shù)據(jù)訪問接口完成動態(tài)數(shù)據(jù)的集成。

電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法對中繼器/包裝器的數(shù)據(jù)集成模型進行改進，將滿足公用信息模型的全局數(shù)據(jù)庫引入上述模型中，在相關標準的基礎上完成新舊系統(tǒng)之間的信息交互，改進后的數(shù)據(jù)集成模型如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)集成模型

1)公共信息模型全局數(shù)據(jù)庫

公共信息模型(common information model，簡稱CIM)，在CIM的基礎上構建電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，在電力系統(tǒng)中對全局數(shù)據(jù)庫可以直接進行相關操作[12]。局部數(shù)據(jù)庫中存在的映射操作是在全局數(shù)據(jù)庫的基礎上完成的，全局數(shù)據(jù)庫中通常包括兩類映射表，在操作過程中根據(jù)全局和局部映射表完成相關操作[13]。

2)中介器

利用映射規(guī)則分解全局操作，獲得若干個子操作，數(shù)據(jù)的格式同時發(fā)生改變，將標準格式的數(shù)據(jù)存儲到電力系統(tǒng)的全局數(shù)據(jù)庫中。

電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的具體流程為：全局模式下的系統(tǒng)將查詢請求傳送到CIM全局數(shù)據(jù)庫中，如果滿足要求的數(shù)據(jù)存儲于全局數(shù)據(jù)庫中，直接將滿足要求的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)[14]；否則，查詢數(shù)據(jù)庫中存在的映射表類別，利用中介器分解處理全局查詢，并向數(shù)據(jù)源傳送分解獲得的局部查詢。當分解結果傳輸?shù)街薪槠骱?，異構?shù)據(jù)通過模式映射表轉變?yōu)榉瞎眯畔⒛Ｐ偷臄?shù)據(jù)格式[15]，并將其存儲到全局數(shù)據(jù)庫中，向系統(tǒng)反饋結果。

根據(jù)上述分析結果，采用五元組I描述電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)集成方案，其表達式如下：

I={R,U,O,T,M}

(11)

式中：M為全局數(shù)據(jù)與局部數(shù)據(jù)模式之間存在的映射關系；R為可以使用的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)源中構成的資源集合；T為狀態(tài)轉移；O為資源操作；U為資源命名。

全局數(shù)據(jù)庫G(T1,T2)與局部數(shù)據(jù)庫L1(S1,t1)、L2(S1,t2)相對應，其中，S1屬于關聯(lián)字段，描述的是變電站，T、t均描述的是變壓器，T1、T2均對應著t1、t2，可通過下式描述映射關系：

G(T1,T2):L1(S1,t1)&L2(S1,t2)

(12)

式中：&為連接關系。根據(jù)式(12)的映射關系，在五元組的基礎上確定電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成算法：

(1)利用模式映射表獲取全局數(shù)據(jù)查詢請求Rg對應的局部數(shù)據(jù)庫LDi(i=1,2,…,n)，并以此為依據(jù)建立相關鏈接。

(2)對全局請求Rg中存在的屬性進行分析，根據(jù)分析結果獲取局部數(shù)據(jù)庫LDi中存在的屬性，用sql語句描述數(shù)據(jù)庫LDi中存在的子查詢：

Rg=sql1&sql2&sql3&sql4&…

(13)

(3)當數(shù)據(jù)在LDi中的模式與Rg相對應時，獲取兩者之間存在的映射關系，并建立連接關系。

(4)在系統(tǒng)中利用中介器傳送HTTP請求，根據(jù)請求處理局部數(shù)據(jù)，完成電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化的自動集成。

3 實驗與結果

為了驗證電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法的整體有效性，需要對電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法進行測試。

分別采用電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)格化自動集成方法(所提方法)、文獻[3]方法(基于海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)運行分析系統(tǒng)架構與技術實現(xiàn))和文獻[4]方法(基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力資產(chǎn)管理與評估系統(tǒng))對電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)進行集成測試，對比不同方法的信息匹配正確率，測試結果如圖3所示。

圖3 匹配正確率測試結果

根據(jù)圖3可知，三種方法在電力系統(tǒng)匹配業(yè)務資產(chǎn)集成測試中的匹配正確率都隨著記錄數(shù)的增加而降低，但通過對比可知，在記錄數(shù)相同情況下，所提方法的匹配正確率遠遠高于文獻[3]方法和文獻[4]方法的匹配正確率，以上兩種方法的匹配正確率隨著記錄數(shù)的增加大幅度下降，表明上述方法不適用于記錄數(shù)多的系統(tǒng)中。通過上述分析可知，所提方法的匹配正確率高，因為所提方法對資產(chǎn)進行集成之前對電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)進行了網(wǎng)格化規(guī)劃，在此基礎上實現(xiàn)信息集成，提高了所提方法的信息匹配正確率。

在上述實驗環(huán)境下，測試所提方法、文獻[3]方法和文獻[4]方法對不同數(shù)量電子系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)信息集成所用的時間，根據(jù)集成時間測試上述方法的集成效率，測試結果如圖4所示。

圖4 集成時間測試結果

分析圖4可知，數(shù)據(jù)記錄與集成時間之間的關系正比，與正確匹配率相反。根據(jù)圖2中的數(shù)據(jù)可知，隨著數(shù)據(jù)記錄的增加，所提方法、文獻[3]方法和文獻[4]方法的集成時間不斷增加，但所提方法的集成時間增長緩慢，且均保持在10s以內(nèi)，與所提方法相比，文獻[3]方法和文獻[4]方法的集成時間長且增速快，通過上述測試驗證了所提方法的集成效率。

為了進一步驗證所提方法、文獻[3]方法和文獻[4]方法的有效性，選取精確度Preci和召回率Reci作為指標，對上述方法的有效性進行客觀評價，精確度Preci和召回率Reci的計算公式分別如下：

(14)

(15)

式中：Nz為檢索到的正確結果數(shù)；Nall為檢索結果總數(shù)；Nt為實際正確的結果數(shù)。

上述方法的精確度和召回率如表1所示。

表1 精準度和召回率測試結果 %

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可知，在多次迭代中所提方法的精確度和召回率均高于文獻[3]方法和文獻[4]方法的測試結果，通過精確度和召回率兩個指標驗證了所提方法具有較好的集成性能。

4 結 語

信息化發(fā)展在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的背景下亟需通過各種異構和分散的資料、數(shù)據(jù)構建集成系統(tǒng)，為相關服務提供決策。但在網(wǎng)絡環(huán)境日益復雜和不斷變化的環(huán)境下，電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)集成的難度較高。目前電網(wǎng)系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)集成方法存在匹配正確率低、集成效率低和集成性能差的問題，提出電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)網(wǎng)絡化自動集成方法，該方法為了解決上述方法中存在的問題，首先對電力系統(tǒng)配網(wǎng)業(yè)務資產(chǎn)進行網(wǎng)格化規(guī)劃，其次對業(yè)務資產(chǎn)信息進行集成，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了保障。