SpringCloud 微服務(wù)框架下新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法

蔡勛瑋，趙 俊，趙 麗，齊 明，李艷西

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司信息通信分公司，湖南長(zhǎng)沙 410004）

隨著電子傳輸需求量的增大，供電系統(tǒng)所承載的電子負(fù)荷需求也在不斷增大，在此情況下，如何準(zhǔn)確掌握傳輸電子量的負(fù)荷變化規(guī)律就顯得極為必要。

為解決此問(wèn)題，提出面向SpringCloud 微服務(wù)框架的新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法，SpringCloud 是框架型開(kāi)發(fā)軟件的集合表現(xiàn)形式，其巧妙利用了原始SpringBoot 軟件的編碼能力，在簡(jiǎn)化分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施框架的同時(shí)，向互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)提出注冊(cè)、負(fù)載、監(jiān)控及配置的需求，在短時(shí)間內(nèi)，使得整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的執(zhí)行狀態(tài)[1-2]。不僅可為外部傳輸信息的輸入提供大量的連接節(jié)點(diǎn)，也可使互聯(lián)網(wǎng)空間的部署與連接需求得到較好滿足。利用Eureka 組件、Hystrix 服務(wù)層結(jié)構(gòu)，對(duì)微服務(wù)框架的應(yīng)用結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步完善，再根據(jù)用電負(fù)荷特性的分析結(jié)果，計(jì)算電子量挖掘深度數(shù)值。

1 基于SpringCloud的微服務(wù)框架

SpringCloud 微服務(wù)框架的搭建需借助Eureka 組件與Hystrix 服務(wù)層結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)方法如下。

1.1 Eureka組件

Eureka 組件是SpringCloud 微服務(wù)框架中的基礎(chǔ)服務(wù)注冊(cè)結(jié)構(gòu)，由Eureka Server、Eureka Client 兩類(lèi)執(zhí)行應(yīng)用單元共同組成[3]。Eureka Server 可對(duì)隱藏于供電系統(tǒng)中的傳輸電子量進(jìn)行聚合處理，以確保微服務(wù)連接啟動(dòng)時(shí)，端口節(jié)點(diǎn)能接收到足量的IP 應(yīng)用信息。Eureka Client元件具備較強(qiáng)的文本注冊(cè)能力，可準(zhǔn)確記錄Eureka 組件的周期性連接行為，并可對(duì)微服務(wù)框架中暫存的傳輸電子量進(jìn)行提取處理[4]。Eureka 組件不具備獨(dú)立的檢查與微服務(wù)推薦能力，隨供電系統(tǒng)環(huán)境中傳輸電子數(shù)量水平的增大，Eureka Server 元件與Eureka Client 元件會(huì)同時(shí)開(kāi)啟復(fù)制與同步注冊(cè)服務(wù)，一方面維護(hù)SpringCloud 微服務(wù)框架的應(yīng)用穩(wěn)定性，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)電子量的全局化傳輸。Eureka 組件的組成如表1 所示。

表1 Eureka組件的組成

1.2 Hystrix服務(wù)層

Hystrix 是一類(lèi)基于Eureka 組件的微服務(wù)工具開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以為供電系統(tǒng)申請(qǐng)足夠長(zhǎng)的電子量傳輸連接時(shí)間，從而為微服務(wù)框架提供更為穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息支持。若考慮跨平臺(tái)的電量數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，Hystrix 服務(wù)層在SpringCloud 微服務(wù)框架中應(yīng)起到承上啟下的連接促進(jìn)作用，向上承接Eureka 組件傳輸而來(lái)的電子量傳輸信息，向下則可按照供電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，將這些信息參量規(guī)劃成多個(gè)傳輸結(jié)構(gòu)體[5-6]。出于安全性考慮，Hystrix 服務(wù)層元件的連接必須借助與Eureka 組件相關(guān)的信息應(yīng)用協(xié)議，一般情況下，協(xié)議文件中附屬的數(shù)據(jù)信息總量越大，供電系統(tǒng)中輸出的應(yīng)用電子數(shù)量級(jí)水平也就越高。設(shè)Q0代表初始情況下的供電系統(tǒng)電子輸出量，代表SpringCloud 框架在單位時(shí)間內(nèi)的挖掘服務(wù)強(qiáng)度，聯(lián)合上述物理量，可將Hystrix 服務(wù)層連接標(biāo)準(zhǔn)定義為：

其中，β為Eureka 組件連接強(qiáng)度，為單位時(shí)間內(nèi)的電子量傳輸均值，p0為初始情況下的供電服務(wù)系數(shù)。

1.3 微服務(wù)框架雛形

SpringCloud 微服務(wù)框架同時(shí)包含Eureka 組件結(jié)構(gòu)與Hystrix 服務(wù)層結(jié)構(gòu)，前者附屬于框架體系左側(cè)，包含多個(gè)Eureka 節(jié)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確記錄供電系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)的電子量傳輸行為，后者附屬于框架體系底部，負(fù)責(zé)整合電量信息數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)，為電網(wǎng)主機(jī)提供電子量數(shù)據(jù)信息的查詢與挖掘依據(jù)[7-8]。SpringCloud 服務(wù)器網(wǎng)關(guān)在感知到Eureka 節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求后，會(huì)對(duì)下級(jí)附屬結(jié)構(gòu)傳輸與供電系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)整合信號(hào)，并可借助信息傳輸信道，感知Eureka組件的實(shí)際注冊(cè)需求。在這樣一種作用機(jī)制下，電子量的傳輸能力得到有效控制，不但能夠準(zhǔn)確度量電網(wǎng)環(huán)境下的電子負(fù)荷變化規(guī)律，也可以有效避免供電負(fù)荷超載現(xiàn)象的出現(xiàn)[9]。SpringCloud 微服務(wù)框架如圖1 所示。

圖1 SpringCloud微服務(wù)框架

2 新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法

結(jié)合SpringCloud 微服務(wù)框架，按照用電負(fù)荷特性分析、特征供電指標(biāo)定義、電子量挖掘深度計(jì)算的處理流程，完成新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

2.1 用電負(fù)荷特性分析

電力負(fù)荷特性是供電系統(tǒng)特有的傳輸電子量描述屬性，指的是一種固有的電量變化規(guī)律，能夠用來(lái)預(yù)測(cè)單位時(shí)間內(nèi)的電量數(shù)據(jù)挖掘行為是否滿足實(shí)際應(yīng)用需求，從而判定SpringCloud 微服務(wù)框架下供電系統(tǒng)的執(zhí)行可靠性[10-11]。受到耗電行為的影響，用電負(fù)荷特性的表現(xiàn)形式會(huì)隨著電子傳輸量的增大，表現(xiàn)出正向累積的變化趨勢(shì)。所謂正向累積，是指?jìng)鬏旊娮恿坎粩嘣龃蟮淖兓^(guò)程，由于SpringCloud 微服務(wù)框架的存在，新型供電系統(tǒng)在單位工作時(shí)間內(nèi)總是會(huì)呈現(xiàn)電子量極限化傳輸?shù)男问?，這也是電網(wǎng)主機(jī)能夠針對(duì)電量傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行定向挖掘處理的主要原因[12-13]。規(guī)定在新型供電系統(tǒng)中Hystrix 服務(wù)層的連接起始數(shù)值始終為1，在耗電行為項(xiàng)分別為A1與A2的情況下，可將用電負(fù)荷特性分析結(jié)果表示為：

其中，?1、?2分別代表兩個(gè)不同的電子量累積系數(shù)，y1、y2分別代表兩個(gè)不同的、符合極限傳輸需求的電子量數(shù)值。

2.2 特征供電指標(biāo)定義

特征供電指標(biāo)是在新型供電系統(tǒng)中，具有良好電子供應(yīng)能力并傳輸電量信號(hào)的指標(biāo)的統(tǒng)稱(chēng)。若將用電負(fù)荷特性看作是內(nèi)在作用條件，則可將特征供電指標(biāo)看作是外在作用條件，大多數(shù)情況下，SpringCloud微服務(wù)框架都處于相對(duì)穩(wěn)定的供應(yīng)狀態(tài)，因此特征供電指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果只受到電量傳輸時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)挖掘系數(shù)兩項(xiàng)參量值的直接影響[14-15]。電量傳輸時(shí)長(zhǎng)可表示為 |T|，數(shù)據(jù)挖掘系數(shù)常表示為χ，為了更好符合電力負(fù)荷的特性分析條件，默認(rèn)在供電指標(biāo)提取與計(jì)算的過(guò)程中，上述兩項(xiàng)物理量之間不具備相互干擾的作用能力。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將特征供電指標(biāo)提取結(jié)果表示為：

其中，b為供電傳輸量的特征分解系數(shù)，ΔG為單位時(shí)間內(nèi)的電信號(hào)數(shù)據(jù)挖掘量，c0為供電量的下限傳輸行為系數(shù)項(xiàng)，cn為供電量的上限傳輸行為系數(shù)項(xiàng)。

2.3 電子量挖掘深度計(jì)算

電子量挖掘深度是指新型供電系統(tǒng)中應(yīng)用電信號(hào)所能達(dá)到的最遠(yuǎn)傳輸位置，由于SpringCloud 微服務(wù)框架的作用能力相對(duì)有限，所以無(wú)論電子量的傳輸能力發(fā)生怎樣的變化，其所能達(dá)到的最遠(yuǎn)位置也不會(huì)出現(xiàn)明顯改變[16]。電子數(shù)據(jù)挖掘行為常與信息查找、信號(hào)篩選伴隨出現(xiàn)，即在新型供電系統(tǒng)中，電子量挖掘行為并不能獨(dú)立存在，而是需要SpringCloud 服務(wù)節(jié)點(diǎn)、供電信號(hào)傳輸信道等多個(gè)物理?xiàng)l件的配合，才能達(dá)到其目標(biāo)傳輸位置。設(shè)m1、m2代表供電系統(tǒng)中兩個(gè)不同的電子量配置條件，代表特征供電參量，聯(lián)立式（3），可將電子量挖掘深度值表示為：

其中，X代表電量供應(yīng)系數(shù)，f代表新型供電系統(tǒng)中的電子量挖掘權(quán)限值，l代表電信號(hào)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)挖掘條件。結(jié)合上述指標(biāo)參量，依照SpringCloud微服務(wù)框架的連接需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法的有效處理。

3 實(shí)用能力分析

在圖2 所示實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，將供電主機(jī)與電網(wǎng)高壓輸入端相連，借助變壓器設(shè)備對(duì)傳輸電量進(jìn)行初步處理，當(dāng)輸出電信號(hào)逐漸趨于穩(wěn)定后，同時(shí)打開(kāi)主控器與監(jiān)控裝置，按照傳輸電子量的分流需求，將這些應(yīng)用電子反饋至調(diào)控主機(jī)中，并將暫時(shí)未消耗的傳輸電子存儲(chǔ)于蓄電池結(jié)構(gòu)中（圖2 中調(diào)控主機(jī)1 配置SpringCloud 微服務(wù)框架下的新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法，作為實(shí)驗(yàn)組；調(diào)控主機(jī)2 配置灰色模型分析法，作為對(duì)照組）[17-18]。

圖2 實(shí)驗(yàn)原理示意圖

SSR 指標(biāo)是一項(xiàng)矢量參考數(shù)據(jù)，由正、負(fù)兩個(gè)方向共同組成，在供電系統(tǒng)中傳輸直流電時(shí)，SSR 指標(biāo)表示為正方向；在供電系統(tǒng)中傳輸交流電時(shí)，SSR 指標(biāo)表示為負(fù)方向（正、負(fù)符號(hào)只代表方向，不影響指標(biāo)數(shù)值）。該項(xiàng)系數(shù)指標(biāo)可作為參考，幫助運(yùn)行人員監(jiān)督供電系統(tǒng)中的電子量傳輸行為，一般數(shù)值分布情況越集中，其參考價(jià)值也就越大。表2 為實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組SSR 指標(biāo)的實(shí)際記錄數(shù)值。

表2 SSR指標(biāo)記錄數(shù)值

表2 中實(shí)驗(yàn)組SSR 指標(biāo)傳輸方向一直保持明顯的集群分布形式，在5～25 min 之間屬于直流電的正傳輸方向，在30～50 min 屬于交流電的負(fù)傳輸方向，在不考慮傳輸方向的情況下，其指標(biāo)均值為4.3，與最大值間的差值僅為0.7，滿足集中分布的實(shí)用性需求。對(duì)照組SSR 指標(biāo)傳輸方向則并沒(méi)有明顯變化規(guī)律，在不考慮傳輸方向的情況下，其指標(biāo)均值為8.1，與最大值間的差值為3.9，遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組。

PRP 指標(biāo)描述了供電系統(tǒng)中電量負(fù)荷的變化規(guī)律，PRP 指標(biāo)均值越大，所得電量負(fù)荷的變化規(guī)律就越準(zhǔn)確。表3 記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組PRP 指標(biāo)數(shù)值的具體變化情況。

表3 PRP指標(biāo)記錄數(shù)值

分析表3 可知，實(shí)驗(yàn)組PRP 指標(biāo)的分布形式相對(duì)較為平均，最大值、最小值之間的差值水平并不十分明顯，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的平均數(shù)值約為81.0%。對(duì)照組PRP 指標(biāo)的分布形式則相對(duì)較為參差，最大值、最小值之間的差值水平極為明顯，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的平均數(shù)值約為64.7%，低于實(shí)驗(yàn)組的平均數(shù)值水平。

綜上可知，實(shí)驗(yàn)組調(diào)控主機(jī)的SSR 指標(biāo)數(shù)值分布更為平均、PRP 指標(biāo)均值量更大，可在運(yùn)行人員監(jiān)督供電系統(tǒng)中電子量傳輸行為的同時(shí)，準(zhǔn)確掌握電量負(fù)荷的變化規(guī)律，驗(yàn)證了SpringCloud 微服務(wù)框架下新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法的應(yīng)用有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

SpringCloud 微服務(wù)框架為新型供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方法提供了更為可靠的信息處理空間，可在Eureka 組件、Hystrix 服務(wù)層結(jié)構(gòu)的同步作用下，通過(guò)分析用電負(fù)荷特性的方式，準(zhǔn)確定義電子量挖掘的實(shí)時(shí)處理深度，不僅最大化保障了電子量的傳輸能力，也為運(yùn)行人員提供了供電系統(tǒng)的負(fù)荷變化規(guī)律，在輸配電環(huán)境中具有更強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用能力。