基于斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法

摘 要：針對(duì)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警時(shí)效性不足及判定形式單一的問(wèn)題，本文提出基于斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。該方法通過(guò)采集各類工單數(shù)據(jù)，采用多階處理提高預(yù)警時(shí)效性，并設(shè)定多階停電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。通過(guò)構(gòu)建斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，確定監(jiān)控閾值，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法相比，該方法在測(cè)試中的監(jiān)測(cè)預(yù)警頻率更高，具有更高的靈活性和可靠性。在實(shí)時(shí)背景下，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法能更有效地處理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提高預(yù)警準(zhǔn)確性，為臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)的有效管理提供有力支持。

關(guān)鍵詞：斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)；臺(tái)區(qū)電力；停電風(fēng)險(xiǎn)；監(jiān)測(cè)預(yù)警；預(yù)警方法；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP 274" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

臺(tái)區(qū)停電不僅會(huì)對(duì)用電居民造成影響，還會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)造成重大損失，為降低發(fā)生概率，須設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)性強(qiáng)的臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。彭力等[1]提出的傳統(tǒng)HPLC臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法以HPLC原理為引導(dǎo)，標(biāo)定易停電位置，增加預(yù)警和監(jiān)測(cè)程序的關(guān)聯(lián)度，實(shí)現(xiàn)快速多維識(shí)別。駱晨等[2]提出的傳統(tǒng)多源量化處理臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法通過(guò)融合多源特征，設(shè)計(jì)靈活的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)構(gòu)，增加關(guān)聯(lián)處理的穩(wěn)定性[3]。上述方法雖然可以實(shí)現(xiàn)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，但是在復(fù)雜的背景環(huán)境下，預(yù)警耗時(shí)較長(zhǎng)，控制效果有限。因此，本文提出對(duì)基于斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的設(shè)計(jì)和實(shí)踐分析。斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)是一種衡量2個(gè)變量之間相關(guān)性的非參數(shù)方法，能夠有效衡量2個(gè)變量之間的單調(diào)關(guān)系，不需要對(duì)數(shù)據(jù)的分布進(jìn)行假設(shè)[4]。據(jù)此構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體系，進(jìn)行量化分析，確定各指標(biāo)對(duì)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)的影響程度[5]。基于分析結(jié)果，設(shè)計(jì)一套臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，通過(guò)實(shí)際案例驗(yàn)證其有效性和實(shí)用性，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和風(fēng)險(xiǎn)管理提供有力的技術(shù)支持。

1 設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法

1.1 部署監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)停電異常數(shù)據(jù)采集

在當(dāng)前的臺(tái)區(qū)供電范圍內(nèi)，首先需要明確客戶訴求的預(yù)警閾值ε，根據(jù)不同的情況對(duì)預(yù)警閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。根據(jù)不同場(chǎng)景設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)閾值，以日常情況為例，具體分為以下情況。

場(chǎng)景1：同臺(tái)區(qū)訴求超閾值，當(dāng)日同一臺(tái)區(qū)客戶反映停電訴求超10件。

場(chǎng)景2：催辦量超閾值，當(dāng)日同一工單被催辦超5次。

場(chǎng)景3：合并量超閾值，當(dāng)日同一工單被合并超5次。

場(chǎng)景4：故障未及時(shí)處理被催辦，同一客戶超3h后催辦前期故障報(bào)修工單。

根據(jù)以上場(chǎng)景設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)閾值，可以更準(zhǔn)確地了解客戶訴求，提升服務(wù)的針對(duì)性與滿意度[6]。實(shí)施過(guò)程中需要注意的是，節(jié)點(diǎn)的設(shè)定還需要進(jìn)行關(guān)聯(lián)，預(yù)設(shè)邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)，以核心節(jié)點(diǎn)作為主控點(diǎn)，向外部的邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)的覆蓋處理[7]。接下來(lái)，利用部署的節(jié)點(diǎn)對(duì)停電數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在節(jié)點(diǎn)周邊增設(shè)傳感裝置，形成緊密相連的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的閉環(huán)處理與分析，從而更迅速、更精準(zhǔn)地響應(yīng)停電風(fēng)險(xiǎn)，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和與客戶的用電體驗(yàn)[8]。采集的數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)內(nèi)容見表1。

表1主要是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及內(nèi)容的設(shè)定。根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，逐一對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，且結(jié)合傳感裝置傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)中，立即進(jìn)行標(biāo)記并存儲(chǔ)，以供后續(xù)分析使用。

1.2 多階停電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)定及斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警模型設(shè)計(jì)

停電會(huì)對(duì)臺(tái)區(qū)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行造成極大的影響，因此進(jìn)行實(shí)時(shí)停電風(fēng)險(xiǎn)判定為后續(xù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警奠定條件。結(jié)合斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，設(shè)計(jì)應(yīng)變性更強(qiáng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型。停電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的設(shè)定需要根據(jù)歷史停電數(shù)據(jù)、當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)影響因素的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估。一般為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)等，對(duì)其進(jìn)行具體等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定，見表2。

基于上述設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)，建立模型。在監(jiān)測(cè)預(yù)警范圍內(nèi)設(shè)置X和Y變量，進(jìn)行等級(jí)交換處理。過(guò)程中通過(guò)相關(guān)線性關(guān)系的變化，進(jìn)行斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的計(jì)算，如公式（1）所示。

（1）

式中：P為皮爾曼相關(guān)系數(shù)；d為交換差；l為線性相關(guān)度。

結(jié)合得出的數(shù)值，判定此時(shí)各個(gè)停電等級(jí)的正相關(guān)性，并結(jié)合部署的節(jié)點(diǎn)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型表達(dá)式，如公式（2）所示。

（2）

式中：H為監(jiān)測(cè)預(yù)警輸出結(jié)果；σ為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)范圍；E為監(jiān)測(cè)點(diǎn)；a為重疊監(jiān)測(cè)區(qū)域。

對(duì)當(dāng)前測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，獲取最可靠的模型結(jié)果。此外，模型實(shí)時(shí)接收和處理來(lái)自監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)閾值進(jìn)一步判定當(dāng)前停電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。

1.3 動(dòng)態(tài)化標(biāo)定處理實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警

動(dòng)態(tài)化標(biāo)定處理首先要求系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和分析能力。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷收集與臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)。在接收到數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)利用斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。通過(guò)分析不同因素與停電風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)性，系統(tǒng)可以識(shí)別當(dāng)前臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素，并據(jù)此調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)閾值。具體的執(zhí)行如圖1所示。

圖1主要是對(duì)動(dòng)態(tài)化標(biāo)定的處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)因素與停電風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性顯著增強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)降低相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)閾值，以便更早地發(fā)出預(yù)警。此外，預(yù)警模型不僅具備高度敏感性，還融入了動(dòng)態(tài)化標(biāo)定處理技術(shù)，這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模型的實(shí)時(shí)更新和優(yōu)化。系統(tǒng)能夠持續(xù)、不斷地吸納新的數(shù)據(jù)輸入，并緊密結(jié)合臺(tái)區(qū)運(yùn)行環(huán)境的變化趨勢(shì)，對(duì)模型內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施精細(xì)化進(jìn)行微調(diào)。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整策略使模型能夠緊跟臺(tái)區(qū)運(yùn)行的實(shí)際狀況，更精準(zhǔn)地評(píng)估停電風(fēng)險(xiǎn)，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性。

2 方法測(cè)試

此次主要是對(duì)基于斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析和驗(yàn)證研究，考慮最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和穩(wěn)定性，選定對(duì)比的方式進(jìn)行分析，以G臺(tái)區(qū)作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象?；趥鹘y(tǒng)HPLC臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法、傳統(tǒng)多源量化處理臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法以及本文設(shè)計(jì)的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。利用電表設(shè)備采集數(shù)據(jù)和信息，匯總整合后，以待后續(xù)使用。接下來(lái)，進(jìn)行測(cè)試環(huán)境的搭建。

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

結(jié)合斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，對(duì)G臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的實(shí)際測(cè)試環(huán)境進(jìn)行設(shè)定和搭建。首先，結(jié)合臺(tái)區(qū)設(shè)備的運(yùn)行實(shí)況以及控制效果，在臺(tái)區(qū)設(shè)定拓?fù)浔O(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均需要進(jìn)行搭接和關(guān)聯(lián)，同一區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)還需要建立傳輸信道，便于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息的共享，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2主要是對(duì)臺(tái)區(qū)停電拓?fù)浔O(jiān)測(cè)點(diǎn)部署結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐分析。基于此，將臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)以及自然環(huán)境數(shù)據(jù)與臺(tái)區(qū)的主控程序進(jìn)行融合，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警環(huán)境。在監(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)域隨機(jī)選定6條可控性較強(qiáng)的線路，每一個(gè)線路為10個(gè)區(qū)段，區(qū)段增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)，完成基礎(chǔ)性感應(yīng)識(shí)別。接下來(lái)，進(jìn)行輔助測(cè)試環(huán)境的設(shè)定，見表3。

表3主要是對(duì)輔助測(cè)試環(huán)境的設(shè)定和搭建?；诖?，在當(dāng)前的測(cè)試環(huán)境中，確保測(cè)試的穩(wěn)定和平衡，增加各條線路之間的運(yùn)行平衡，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測(cè)試條件的部署。

2.2 測(cè)試方法與結(jié)果分析

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境中，結(jié)合斯皮爾曼系數(shù)，對(duì)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法進(jìn)行測(cè)試分析。預(yù)設(shè)4個(gè)周期的臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)區(qū)段，并結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，制定3組虛擬測(cè)試停電執(zhí)行指令，指令設(shè)置的停電時(shí)間也是不同的，分別是10s、25s以及40s。按照預(yù)設(shè)的指令在測(cè)試程序中執(zhí)行，此時(shí)，結(jié)合斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)建立對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警環(huán)境。當(dāng)?shù)谝唤M停電指令執(zhí)行時(shí)，預(yù)設(shè)的程序會(huì)結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行異常進(jìn)行預(yù)先識(shí)別處理，并生成模糊的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)值。具體的測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3主要是對(duì)測(cè)試環(huán)節(jié)的設(shè)定。在此基礎(chǔ)上，按照上述方式逐一進(jìn)行測(cè)定。需要注意的是，在進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試的過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)的變化，測(cè)定斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，確定其絕對(duì)值是否處于-1～1，并以此來(lái)判定監(jiān)測(cè)預(yù)警的相關(guān)情況，見表4。

表4主要是對(duì)斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)變動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警效果進(jìn)行判定，根據(jù)上述分析，可以判定此時(shí)對(duì)臺(tái)區(qū)的停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警呈正相關(guān)態(tài)，這時(shí)根據(jù)正相關(guān)狀態(tài)對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行判定；同時(shí)，計(jì)算周期性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警頻率，如公式（3）所示。

（3）

式中：D為周期性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警頻率；m和n分別為初始預(yù)警方位和實(shí)際預(yù)警范圍；k為似然函數(shù)值；λ為預(yù)警信度。

結(jié)合當(dāng)前測(cè)定，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，見表5。

表5主要是對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，與傳統(tǒng)HPLC臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法、傳統(tǒng)多源量化處理臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法相比，本文設(shè)計(jì)的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法最終得出的監(jiān)測(cè)預(yù)警頻率相對(duì)較高，這說(shuō)明在實(shí)時(shí)的背景環(huán)境下，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法更靈活、更可靠，動(dòng)態(tài)處理效果明顯提高。

3 結(jié)語(yǔ)

此次結(jié)合實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警續(xù)期，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和實(shí)踐驗(yàn)證，挖掘臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)與各影響因素之間的相關(guān)性，過(guò)程中結(jié)合斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)進(jìn)行量化分析，對(duì)覆蓋范圍內(nèi)的停電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定，為臺(tái)區(qū)停電風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和早期預(yù)警提供了強(qiáng)有力的工具，也為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行增添了新的保障。

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