电力系统配网业务资产网格化自动集成方法

傅奇思，熊 彪，潘 杰

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

在电网安全运行过程中配网业务资产投入是重要环节，效益与电量增速缓慢之间存在的矛盾在电网高强度投入的背景下不断加重，电网企业运维成本受输配电价改革的核定约束，导致成本控制压力和电力系统配网业务资产运维成本压力不断加重[1]。传统的电力系统配网业务资产集成模式下存在贡献水平与电网运行维护投入水平不平衡的问题，因此需要对传统集成模式进行改进，提高电力系统配网业务资产集成精度[2]。

张稳等人[3]提出基于海量数据的配电网运行分析系统架构，该方法集成了配电网地理信息、营销业务、配电自动化等多源异构数据，并利用改进的机器学习算法分析了电网数据的相关性，实现了配电网运行分析。但该方法的信息匹配度有待提高。郑超[4]提出利用物联网技术管理电力资产，利用知识图谱技术数字化展示仓储、人员、设备等不同管控环节，实现了有效提取资产数据信息，但在数据集成的过程中效率有待提高。Rinaldi等人[5]提出了一种基于遗传算法的电场运维资产多目标优化方法，考虑了海上发电涡轮机的可靠性特征和维护车队的组成，寻求确定战略资产的最佳配置。利用遗传算法降低优化资产管理程序，以提高实用性，集成信息的精度有待提高。为了解决上述方法中存在的问题，本文提出了一种电力系统配网业务资产网格化自动集成方法。

1 电力系统配网业务网格化规划

电网效益与经营在政策改革和配电网资产规模扩大的背景下受资产运维投入的影响较大。针对电力系统配网业务资产管理，在新形势下提出了更高的要求。电力系统配网业务资产网格化自动集成方法在电网运行、经济效益和资产状态等维度通过网格化信息熵方法识别影响资产运维投入的因素[6]，计量分析运维投入规模与不同类别因素之间存在的关联度，在网格化信息熵的基础上构建电力系统配网业务资产网格化规划模型。

1.1 因素筛选

运用灰色关联度理论，分析了影响因子与资产运营投入间存在的相关性[7]。采用灰色关联分析法，得到各因子间存在的相关性[8]。

(1)

在式(1)中用N描述变量序列对应的长度。

(2)无量纲化处理变量序列，通过下式处理上述过程获取的变化序列值xi(k)：

(2)

(4)设置分辨系数ρ，通过下式对关联系数ξ0i(k)进行计算：

(3)

(5)用r0i描述参考序列X0与比较序列Xi之间存在的关联程度，可通过关联系数ξi计算得到，其表达式如下：

(4)

将所获得的关联程度按照由大到小的顺序排列，并可以用关联程度来度量参考序列与比较序列间的变化趋势。

1.2 权重确定

电力系统配网业务资产网格化自动集成方法通过熵权法计算权重。

1)归一化处理指标数据

对指标特点进行分析，将其分为正向和逆向指标两类，两类指标的归一化处理结果如下：

(5)

式中：m为待选择方案的数量；n为评价指标的数量；Dik为评价指标i针对待选方案k的估计值；dik为归一化处理后的指标数据。

2)权重计算

用E描述m个待选方案通过n个评价指标获得的总体熵，其计算公式如下：

(6)

设e(di)为熵值，其主要作用是对评价指标i对应的评价决策重要性进行衡量；di为方案评价指标值，其中i=1,2,…,m；熵值e(di)可通过归一化处理结果计算得到：

(7)

设θi为评价指标i对应的权值，可通过熵值e(di)计算得到：

(8)

1.3 投入分配系数

电力系统配网业务资产网格化自动集成方法在线性综合加权求和的基础上评定网格综合状态Fi：

(9)

式中:xij为指标对应的标准化数据；wij为指标对应的权重。

(10)

至此完成了电力系统网络业务资产网格化规划模型构建，通过上述模型实现业务资产的网格化规划。

2 业务资产信息自动集成

根据IEC61970规范化处理接口，利用透明接口连接外界通信与该接口，电力系统配网业务资产网格化自动集成方法通过EC61970和表述性状态转移(Representational State Transfer，REST)软件架构风格对业务资产进行集成处理，整体方案如图1所示。

图1 数据集成方案

通过公用信息模型CIM[9]开发的应用作为组件可直接接入电力系统中，数据在遗留系统中的格式可通过包装器完成转换[10]，针对满足GIS的接口，对其进行封装处理，之后再接入电力系统中，根据HTTP协议中存在的标准动作进行相关操作[11]。可以采用 TCP/IP协议栈作为电力系统通信网的传输协议和网络层，上、下层网络间数据传输所用的时间可以通过多线程技术减少。在电力系统中利用时序数据访问接口完成静态数据的集成，利用高速数据访问接口完成动态数据的集成。

电力系统配网业务资产网格化自动集成方法对中继器/包装器的数据集成模型进行改进，将满足公用信息模型的全局数据库引入上述模型中，在相关标准的基础上完成新旧系统之间的信息交互，改进后的数据集成模型如图2所示。

图2 数据集成模型

1)公共信息模型全局数据库

公共信息模型(common information model，简称CIM)，在CIM的基础上构建电力系统配网业务资产数据库，在电力系统中对全局数据库可以直接进行相关操作[12]。局部数据库中存在的映射操作是在全局数据库的基础上完成的，全局数据库中通常包括两类映射表，在操作过程中根据全局和局部映射表完成相关操作[13]。

2)中介器

利用映射规则分解全局操作，获得若干个子操作，数据的格式同时发生改变，将标准格式的数据存储到电力系统的全局数据库中。

电力系统配网业务资产网格化自动集成方法实现数据集成的具体流程为：全局模式下的系统将查询请求传送到CIM全局数据库中，如果满足要求的数据存储于全局数据库中，直接将满足要求的数据传送给系统[14]；否则，查询数据库中存在的映射表类别，利用中介器分解处理全局查询，并向数据源传送分解获得的局部查询。当分解结果传输到中介器后，异构数据通过模式映射表转变为符合公用信息模型的数据格式[15]，并将其存储到全局数据库中，向系统反馈结果。

根据上述分析结果，采用五元组I描述电力系统配网业务资产集成方案，其表达式如下：

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

(11)

式中：M为全局数据与局部数据模式之间存在的映射关系；R为可以使用的数据在数据源中构成的资源集合；T为状态转移；O为资源操作；U为资源命名。

全局数据库G(T1,T2)与局部数据库L1(S1,t1)、L2(S1,t2)相对应，其中，S1属于关联字段，描述的是变电站，T、t均描述的是变压器，T1、T2均对应着t1、t2，可通过下式描述映射关系：

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

(12)

式中：&为连接关系。根据式(12)的映射关系，在五元组的基础上确定电力系统配网业务资产网格化自动集成算法：

(1)利用模式映射表获取全局数据查询请求Rg对应的局部数据库LDi(i=1,2,…,n)，并以此为依据建立相关链接。

(2)对全局请求Rg中存在的属性进行分析，根据分析结果获取局部数据库LDi中存在的属性，用sql语句描述数据库LDi中存在的子查询：

Rg=sql1&sql2&sql3&sql4&…

(13)

(3)当数据在LDi中的模式与Rg相对应时，获取两者之间存在的映射关系，并建立连接关系。

(4)在系统中利用中介器传送HTTP请求，根据请求处理局部数据，完成电力系统配网业务资产网格化的自动集成。

3 实验与结果

为了验证电力系统配网业务资产网格化自动集成方法的整体有效性，需要对电力系统配网业务资产网格化自动集成方法进行测试。

分别采用电力系统配网业务资产网格化自动集成方法(所提方法)、文献[3]方法(基于海量数据的配电网运行分析系统架构与技术实现)和文献[4]方法(基于物联网技术的电力资产管理与评估系统)对电力系统配网业务资产进行集成测试，对比不同方法的信息匹配正确率，测试结果如图3所示。

图3 匹配正确率测试结果

根据图3可知，三种方法在电力系统匹配业务资产集成测试中的匹配正确率都随着记录数的增加而降低，但通过对比可知，在记录数相同情况下，所提方法的匹配正确率远远高于文献[3]方法和文献[4]方法的匹配正确率，以上两种方法的匹配正确率随着记录数的增加大幅度下降，表明上述方法不适用于记录数多的系统中。通过上述分析可知，所提方法的匹配正确率高，因为所提方法对资产进行集成之前对电力系统配网业务资产进行了网格化规划，在此基础上实现信息集成，提高了所提方法的信息匹配正确率。

在上述实验环境下，测试所提方法、文献[3]方法和文献[4]方法对不同数量电子系统配网业务资产信息集成所用的时间，根据集成时间测试上述方法的集成效率，测试结果如图4所示。

图4 集成时间测试结果

分析图4可知，数据记录与集成时间之间的关系正比，与正确匹配率相反。根据图2中的数据可知，随着数据记录的增加，所提方法、文献[3]方法和文献[4]方法的集成时间不断增加，但所提方法的集成时间增长缓慢，且均保持在10s以内，与所提方法相比，文献[3]方法和文献[4]方法的集成时间长且增速快，通过上述测试验证了所提方法的集成效率。

为了进一步验证所提方法、文献[3]方法和文献[4]方法的有效性，选取精确度Preci和召回率Reci作为指标，对上述方法的有效性进行客观评价，精确度Preci和召回率Reci的计算公式分别如下：

(14)

(15)

式中：Nz为检索到的正确结果数；Nall为检索结果总数；Nt为实际正确的结果数。

上述方法的精确度和召回率如表1所示。

表1 精准度和召回率测试结果 %

根据表1中的数据可知，在多次迭代中所提方法的精确度和召回率均高于文献[3]方法和文献[4]方法的测试结果，通过精确度和召回率两个指标验证了所提方法具有较好的集成性能。

4 结 语

信息化发展在互联网飞速发展的背景下亟需通过各种异构和分散的资料、数据构建集成系统，为相关服务提供决策。但在网络环境日益复杂和不断变化的环境下，电力系统配网业务资产集成的难度较高。目前电网系统配网业务资产集成方法存在匹配正确率低、集成效率低和集成性能差的问题，提出电力系统配网业务资产网络化自动集成方法，该方法为了解决上述方法中存在的问题，首先对电力系统配网业务资产进行网格化规划，其次对业务资产信息进行集成，为电力系统的发展提供了保障。