基于分層聚合的電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)

翟佳，封冠華，張翃帆

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分層聚合就是按照數(shù)據(jù)的層次分布原理，求取物理數(shù)值解，統(tǒng)計(jì)最終計(jì)算結(jié)果的分布形式，將具有相似性的指標(biāo)參量聚合起來(lái)，從而生成全新的數(shù)值解排列集合。與常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法不同，分層聚合算法同時(shí)具備分裂、凝聚兩類執(zhí)行能力，在保障信息參量完整性的同時(shí)，合理運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)，可以避免信息浪費(fèi)行為的出現(xiàn)[1]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，“分層”“聚合”是兩個(gè)完全不同的執(zhí)行階段，前者注重對(duì)數(shù)據(jù)參量的打散處理，而后者則可將散亂分布的數(shù)據(jù)在此結(jié)合起來(lái)，一方面有效解決了數(shù)據(jù)參量分布不合理的問(wèn)題，另一方面也實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)聚合指標(biāo)的合理調(diào)取與利用。

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于存在電壓誤差、電信號(hào)傳輸不及時(shí)等外界因素，極易導(dǎo)致不良信息參量出現(xiàn)，且隨著電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間的增加，這些數(shù)據(jù)會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)中大量堆積，從而對(duì)電網(wǎng)主機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行能力造成一定的不利影響[2]。傳統(tǒng)前推回代型追蹤辨識(shí)方法通過(guò)統(tǒng)計(jì)電力數(shù)據(jù)傳輸能力的方式，確定不良數(shù)據(jù)所處位置，再借助物理信道組織，將這些信息參量反饋至既定存儲(chǔ)位置，以此實(shí)現(xiàn)不良數(shù)據(jù)辨識(shí)[3]。然而該方法的應(yīng)用能力有限，其對(duì)于不良數(shù)據(jù)的分辨準(zhǔn)確度始終不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于分層聚合的電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)方法，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，驗(yàn)證該方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 基于分層聚合的電力系統(tǒng)規(guī)劃

在分層聚合思想的支持下，電力系統(tǒng)規(guī)劃包含主電路連接、分層標(biāo)準(zhǔn)制定、聚合指標(biāo)計(jì)算三個(gè)執(zhí)行環(huán)節(jié)。

1.1 主電路連接

主電路體系負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)中的電量信號(hào)供應(yīng)，以MAX811T 芯片作為核心搭建結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，整個(gè)主電路體系中包含多個(gè)R消耗電阻，其中一部分電阻負(fù)責(zé)點(diǎn)傳輸電量信號(hào)的處理，另一部分電阻則負(fù)責(zé)更改供應(yīng)電流的傳輸方向，在復(fù)位子回路的作用下，這些電阻結(jié)構(gòu)能夠整合一切可利用的電信號(hào)資源，并可借助傳輸信道，將這些信號(hào)參量反饋回MAX811T 主芯片中[4-5]。電信號(hào)聚合器具備一定的電量感應(yīng)能力，可與MAX811T 芯片直接相連，并可調(diào)取其中的電流與電壓參量。完整的連接示意圖如圖1 所示。

圖1 主電路示意圖

在電力應(yīng)用系統(tǒng)中，主電路存在于高壓輸入端與低壓輸出端之間，且連接位置不會(huì)隨不良數(shù)據(jù)傳輸行為的改變而出現(xiàn)變化。

1.2 分層標(biāo)準(zhǔn)制定

分層標(biāo)準(zhǔn)約束了電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的傳輸能力，在分層聚合算法作用下，分層標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際取值越大，不良數(shù)據(jù)對(duì)于電量系統(tǒng)的攻擊能力也就越強(qiáng)，此時(shí)主機(jī)元件對(duì)于這些數(shù)據(jù)參量的辨識(shí)意愿也就更強(qiáng)。在不考慮其他干擾條件的情況下，分層標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果只受到電力不良數(shù)據(jù)分類權(quán)限、信息分辨指標(biāo)兩項(xiàng)物理系數(shù)的直接影響[6-7]。假設(shè)電力不良數(shù)據(jù)分類權(quán)限為α，若考慮分層聚合算法的作用能力，該項(xiàng)指標(biāo)參量的取值結(jié)果始終處于[1,e)之間。信息分辨指標(biāo)為β，一般情況下，該項(xiàng)指標(biāo)參量的取值結(jié)果越大，分層標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)也就越細(xì)致。聯(lián)立上述物理量，可將分層聚合算法的分層標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果表示為：

式中，rα表示α權(quán)限下的不良數(shù)據(jù)標(biāo)記指標(biāo)，hα表示初始標(biāo)記向量，表示單位時(shí)間內(nèi)的不良數(shù)據(jù)傳輸均值。在電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境中，分層聚合算法的應(yīng)用必須參考分層標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值精度水平。

1.3 聚合指標(biāo)計(jì)算

聚合指標(biāo)作為分層標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充說(shuō)明條件，其對(duì)于分層聚合算法的影響相對(duì)較弱，在既定的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境中，該項(xiàng)物理系數(shù)的取值區(qū)間較為局限，其值并不會(huì)隨電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)傳輸水平的增加而明顯增大[8-9]。設(shè)w表示電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的聚合分類條件，在考慮分層聚合能力的情況下，w≥1 的不等式條件恒成立。表示電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境中的不良數(shù)據(jù)傳輸特征值，Δd表示主電路體系中的電信號(hào)單位傳輸量，λw表示電力系統(tǒng)對(duì)于不良數(shù)據(jù)的判別標(biāo)準(zhǔn)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將分層聚合算法的聚合指標(biāo)表示為：

對(duì)于電力系統(tǒng)主機(jī)而言，聚合指標(biāo)選取結(jié)果將直接影響分層聚合算法的實(shí)際能力。

2 自動(dòng)辨識(shí)算法

在電力系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境中，聯(lián)合分層聚合算法，對(duì)信息不良水平進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)加權(quán)殘差統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定辨識(shí)標(biāo)度的具體數(shù)值，從而完成基于分層聚合的電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)方法的設(shè)計(jì)。

2.1 電力數(shù)據(jù)不良性計(jì)算

電力數(shù)據(jù)不良性通常指的是電力系統(tǒng)中存在的各種問(wèn)題或異常情況，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定、不可靠或不安全。在分層聚合算法的作用下，數(shù)據(jù)自身的不良性越強(qiáng)，電力主機(jī)對(duì)于該類型數(shù)據(jù)參量的辨識(shí)作用行為也就越明顯[10-11]。設(shè)gmax表示分層聚合權(quán)限的最大數(shù)值反饋結(jié)果，gmin表示分層聚合權(quán)限的最小數(shù)值反饋結(jié)果，在電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中，gmax＞gmin且gmax≠gmin的不等式條件恒成立。δ表示電力系統(tǒng)主機(jī)中不良傳輸數(shù)據(jù)的拆分統(tǒng)計(jì)項(xiàng)系數(shù)，且指標(biāo)δ的取值結(jié)果恒大于自然數(shù)1。表示基于分層聚合算法的數(shù)據(jù)不良性特征值，聯(lián)立上述物理量，可將電力數(shù)據(jù)不良性表達(dá)式定義為：

不良性價(jià)值決定了電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸能力，該值能夠幫助電網(wǎng)主機(jī)對(duì)不良數(shù)據(jù)參量進(jìn)行判別與處理[12]。

2.2 不良數(shù)據(jù)加權(quán)殘差

不良數(shù)據(jù)加權(quán)殘差也稱之為不良電力數(shù)據(jù)辨識(shí)誤差，對(duì)于電力主機(jī)而言，該項(xiàng)指標(biāo)參量能夠決定自動(dòng)辨識(shí)指令的執(zhí)行強(qiáng)度，并可在不良性原則標(biāo)準(zhǔn)的作用下，完成對(duì)已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的分析與處理[13-14]。假設(shè)?表示電力系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)閾值，其取值結(jié)果會(huì)隨著分層聚合算法作用強(qiáng)度的變化而不斷改變。表示電力系統(tǒng)主機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所能感知到的不良數(shù)據(jù)傳輸均值，一般來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)物理系數(shù)的取值結(jié)果越大，不良數(shù)據(jù)加權(quán)殘差的計(jì)算數(shù)值也就越大。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（3），可將不良數(shù)據(jù)加權(quán)殘差表達(dá)式定義為：

其中，f表示電力系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于不良數(shù)據(jù)的自動(dòng)化判別權(quán)限，l表示辨識(shí)系數(shù)。

在考慮電力數(shù)據(jù)不良性的情況下，可認(rèn)為加權(quán)殘差的物理計(jì)算值越大，電力系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于分層聚合算法的適應(yīng)性能力也就越強(qiáng)。

2.3 辨識(shí)標(biāo)度值

辨識(shí)標(biāo)度值決定了電力系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于不良數(shù)據(jù)的承載能力，在分層聚合算法的作用下，辨識(shí)主機(jī)對(duì)于不良數(shù)據(jù)參考的分辨精度水平越高，則表示辨識(shí)標(biāo)度值的取值結(jié)果越大，此時(shí)，電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的瞬時(shí)傳輸能力也就相對(duì)較強(qiáng)[15-16]。設(shè)ω表示分層聚合算法量化系數(shù)的最小值，若考慮分層聚合算法的實(shí)際作用能力，則ω≥1 的不等式條件恒成立。假設(shè)?、σ表示兩個(gè)不同的電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)化分辨參量，u?表示參量取值為?時(shí)的不良數(shù)據(jù)辨識(shí)權(quán)限，uσ表示參量取值為σ時(shí)的不良數(shù)據(jù)辨識(shí)權(quán)限，A表示既定不良數(shù)據(jù)標(biāo)度。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（4），可以得到電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)辨識(shí)標(biāo)度值計(jì)算結(jié)果：

至此，完成各項(xiàng)物理系數(shù)指標(biāo)的計(jì)算與處理，在分層聚合算法的支持下，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)方法的設(shè)計(jì)。

3 實(shí)例分析

選取如圖2 所示的供電柜主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。首先，將分層聚合算法控制程序輸入實(shí)驗(yàn)用供電柜主機(jī)中，所得各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)組變量；其次，將前推回代追蹤算法控制程序輸入實(shí)驗(yàn)用供電柜主機(jī)中，所得各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對(duì)照組變量；然后，控制其他干擾變量完全保持一致；最后，通過(guò)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 供電柜主機(jī)

電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率η能夠描述電網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的運(yùn)行穩(wěn)定性，一般來(lái)說(shuō)，不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率越高，電網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的運(yùn)行穩(wěn)定性也就越強(qiáng)。

電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率η的物理計(jì)算式如下：

其中，I0表示不同方法分辨出的電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)數(shù)量，U0表示電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)總量。

圖3 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組電流有效值的數(shù)值變化情況。

圖3 電流有效值

分析圖3 可知，實(shí)驗(yàn)組電流有效值的變化形式相對(duì)較為穩(wěn)定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大取值結(jié)果為56.91 A、最小取值結(jié)果為54.33 A，二者差值僅為2.58 A。對(duì)照組電流有效值的變化波動(dòng)性更強(qiáng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大取值結(jié)果為49.50 A、最小取值結(jié)果為33.00 A，二者差值為16.50 A。

圖4 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組電壓有效值的變化情況。

圖4 電壓有效值

分析圖4 可知，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組電壓有效值的平均水平相對(duì)較低，全局最大值僅能達(dá)到420 V；對(duì)照組電壓有效值的平均水平相對(duì)較高，最大值達(dá)到了500 V，與實(shí)驗(yàn)組極值相比上升了80 V。

聯(lián)合圖3、圖4 對(duì)電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率指標(biāo)η進(jìn)行計(jì)算，具體數(shù)值結(jié)果如表1 所示。

表1 電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率

分析表1 可知，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率指標(biāo)的均值水平相對(duì)較高，而對(duì)照組準(zhǔn)確率指標(biāo)的均值水平相對(duì)較低。

綜上可知，隨著基于分層聚合的自動(dòng)辨識(shí)的應(yīng)用，電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率指標(biāo)始終保持在較高的水平，與前推回代追蹤辨識(shí)方法相比，更符合穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用需求，可以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

在分層聚合算法的作用下，電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)方法針對(duì)主電路連接現(xiàn)狀進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)不良數(shù)據(jù)加權(quán)殘差指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，確定辨識(shí)標(biāo)度的具體數(shù)值。以此實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)自動(dòng)辨識(shí)。從實(shí)用性角度來(lái)看，這種新型辨識(shí)方法能夠有效提升不良數(shù)據(jù)分辨準(zhǔn)確率，對(duì)維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定性能夠起到較強(qiáng)的作用。