唐學(xué)軍

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電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化雙系統(tǒng)間模型校驗(yàn)方案研究

唐學(xué)軍

（國(guó)網(wǎng)安徽省池州市貴池區(qū)供電公司，安徽池州 247100）

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化體系以主調(diào)為依托，以備調(diào)為輔助，是精益化調(diào)度的技術(shù)基礎(chǔ)。為維系主、備調(diào)的健康率，需要建立主、備系統(tǒng)間模型數(shù)據(jù)的快速校驗(yàn)機(jī)制，以實(shí)時(shí)察覺(jué)主、備系統(tǒng)的運(yùn)行異常并進(jìn)行故障精確定位。本文首先對(duì)基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)模型進(jìn)行分析，其次提出模型快速校驗(yàn)的技術(shù)架構(gòu)和實(shí)施流程，再次就校驗(yàn)方案的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，最后是實(shí)例檢驗(yàn)。驗(yàn)證結(jié)果表明：本文研究成果可顯著提升調(diào)度主備系統(tǒng)間的模型校驗(yàn)效能，為智能調(diào)度奠定基礎(chǔ)。

模型校驗(yàn)；主備系統(tǒng)；數(shù)據(jù)補(bǔ)齊；時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中[1]，其改變了傳統(tǒng)的按周期性保存歷史數(shù)據(jù)的方式，并呈現(xiàn)“變化即存儲(chǔ)”特征。這樣就使得電網(wǎng)全景細(xì)節(jié)得以展現(xiàn)，但也使各級(jí)調(diào)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)出量急速攀升。另一方面，智能電網(wǎng)對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)異常防范提出了更高的要求（主要體現(xiàn)在時(shí)間提前量上）[2]。因此，研究時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)電網(wǎng)模型存儲(chǔ)的影響，并基于此設(shè)計(jì)主調(diào)系統(tǒng)與備調(diào)系統(tǒng)間模型數(shù)據(jù)的快速校驗(yàn)方案，對(duì)精益調(diào)度、“大運(yùn)行”體系建設(shè)將起到添磚加瓦的作用。

1 基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

1.1 時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)概要

電網(wǎng)運(yùn)行中的大量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)時(shí)間序列特性，對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的有效工具即時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)[3]，其技術(shù)概貌如圖1所示。一般將時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)視作智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)的技術(shù)根基。

圖1 時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)概貌

1.2 基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式變動(dòng)

常規(guī)電網(wǎng)調(diào)控體系以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)作為電網(wǎng)模型存儲(chǔ)的惟一手段[4]，存在諸多缺陷，如數(shù)據(jù)變化不采樣、應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)失協(xié)、無(wú)數(shù)據(jù)壓縮能力等。在吸納時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)后，主、備調(diào)系統(tǒng)中關(guān)于電網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)發(fā)生了明顯改變，如圖2所示。

圖2 吸納時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在這種架構(gòu)下，兩種數(shù)據(jù)庫(kù)各自發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)出以下先進(jìn)性[5]。

1）保證系統(tǒng)穩(wěn)定。因基于虛擬訪(fǎng)問(wèn)層技術(shù)對(duì)兩類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行協(xié)同訪(fǎng)問(wèn)和處理，可避免過(guò)多改動(dòng)。

2）兼顧速度和數(shù)量。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)電網(wǎng)模型和靜態(tài)參數(shù)的存儲(chǔ)，借助內(nèi)存下裝可實(shí)現(xiàn)高速訪(fǎng)問(wèn)；時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息的即變即存，完整展現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行軌跡。

3）明晰模型與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)與電網(wǎng)模型存在映射關(guān)系，兩者分屬不同數(shù)據(jù)庫(kù)，便于設(shè)計(jì)快速校驗(yàn)方案。

2 主、備調(diào)之間的模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化體系中，主調(diào)前置機(jī)的數(shù)據(jù)輸出有兩個(gè)目的[6]，即主調(diào)系統(tǒng)和備調(diào)系統(tǒng)。在送往備調(diào)過(guò)程中，要經(jīng)歷相對(duì)較長(zhǎng)的傳輸通道并經(jīng)由多點(diǎn)解析，可能使備調(diào)上收到的模型數(shù)據(jù)與主調(diào)有顯著差異（大趨勢(shì)一致，但具體到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)偏差），如圖3所示。

工程應(yīng)用中，常引用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的概念[7]。在本案中，為了量化主備調(diào)系統(tǒng)間模型數(shù)據(jù)的偏離程度，為測(cè)點(diǎn)異常判斷提供輔助決策，也經(jīng)由計(jì)算絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，絕對(duì)偏差系是指，同一設(shè)備在主、備調(diào)模型中對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)點(diǎn)在某相同時(shí)刻的差值。相對(duì)偏差系是指，絕對(duì)偏差與主調(diào)模型中數(shù)值的比率。

2.2 校驗(yàn)方案的整體框架

對(duì)調(diào)度自動(dòng)化雙系統(tǒng)間模型進(jìn)行校驗(yàn)的目的是為了迅速獲取問(wèn)題測(cè)點(diǎn)的信息（包括測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備）。為此，依據(jù)前文關(guān)于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的配置，設(shè)計(jì)一套高效的模型校驗(yàn)方案，其框架梗概如圖4所示。

技術(shù)要點(diǎn)導(dǎo)讀如下。

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)模型內(nèi)涵以及模型—測(cè)點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)。主、備調(diào)需各自部署時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)以分別存儲(chǔ)主、備調(diào)模型中的全部測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)校驗(yàn)層中的“模型解析”部分負(fù)責(zé)依照模型內(nèi)涵及模型—測(cè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起模型中所包含的時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)點(diǎn)集合?！皵?shù)據(jù)處理”部分負(fù)責(zé)依照校驗(yàn)設(shè)定（指規(guī)則和時(shí)間范圍等）分別獲取主、備調(diào)模型所有測(cè)點(diǎn)在規(guī)定條件內(nèi)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類(lèi)、補(bǔ)齊等處理操作?！皵?shù)據(jù)校驗(yàn)”部分負(fù)責(zé)對(duì)雙系統(tǒng)間對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的兩類(lèi)偏差的計(jì)算。

2.3 校驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)校驗(yàn)框架，設(shè)計(jì)出如圖5所示的校驗(yàn)執(zhí)行流程。重點(diǎn)步序詮釋如下。

圖5 調(diào)度雙系統(tǒng)間模型校驗(yàn)的流程設(shè)計(jì)

1）校驗(yàn)規(guī)則設(shè)定包含兩個(gè)選項(xiàng)：原始值校驗(yàn)規(guī)則設(shè)定或采樣值校驗(yàn)規(guī)則設(shè)定。

2）選取待校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，依托關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中內(nèi)容，獲得模型映射的測(cè)點(diǎn)集合。

3）按照測(cè)點(diǎn)集合及前道設(shè)定，對(duì)主、備調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)庫(kù)的所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量檢索。

4）按測(cè)點(diǎn)名對(duì)主、備調(diào)內(nèi)的模型數(shù)據(jù)作匹配（相同測(cè)點(diǎn)名劃作一組），對(duì)每組內(nèi)數(shù)據(jù)排序（按時(shí)間）。

5）若校驗(yàn)規(guī)則選定為原始值校驗(yàn)，則必須要得到每組數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間戳的最大集合，并依據(jù)數(shù)據(jù)補(bǔ)齊算法對(duì)沒(méi)有數(shù)據(jù)的時(shí)間戳增補(bǔ)數(shù)值，從而生成兩個(gè)秩序一般無(wú)二的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

6）對(duì)每組時(shí)間序列數(shù)據(jù)作絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差的計(jì)算，將結(jié)果以多種方式展現(xiàn)。對(duì)超過(guò)偏差閾值的含時(shí)間戳的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)予以突出顯示，以提醒專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行進(jìn)一步查驗(yàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)闡述

3.1 關(guān)于校驗(yàn)規(guī)則

校驗(yàn)規(guī)則有兩種：或者針對(duì)原始值，或者針對(duì)采樣值。所謂原始值校驗(yàn)，就是對(duì)模型測(cè)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的所有真實(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。所謂采樣值校驗(yàn)，就是依據(jù)采樣時(shí)長(zhǎng)D，在規(guī)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)等間隔獲取測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行校驗(yàn)[8]。二者區(qū)別如圖6所示。

圖6 采樣值與原始值的區(qū)別示例

由圖6可知，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)采集時(shí)點(diǎn)與原始數(shù)據(jù)采集時(shí)點(diǎn)重合時(shí)，采樣值與原始值是一致的（如1、2、3、4、9時(shí)刻）；反之則不對(duì)應(yīng)。顯然，若校驗(yàn)規(guī)則選定為采樣值校驗(yàn)，則每組內(nèi)測(cè)點(diǎn)（分別來(lái)自主調(diào)和備調(diào)）的時(shí)間戳序列一模一樣，無(wú)需執(zhí)行數(shù)據(jù)補(bǔ)齊操作；若選定原始值校驗(yàn)，則由于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間戳序列可能不一致，所以需要以時(shí)間戳最大集合為背景對(duì)空缺時(shí)間戳執(zhí)行數(shù)據(jù)補(bǔ)齊操作。

3.2 關(guān)于數(shù)據(jù)補(bǔ)齊

數(shù)據(jù)補(bǔ)齊分插值補(bǔ)齊和階梯值補(bǔ)齊兩類(lèi)，也允許對(duì)算法進(jìn)行自定義。所謂插值補(bǔ)齊，就是以距離當(dāng)下時(shí)間戳最近的左右側(cè)歷史值所確定的直線(xiàn)的斜率來(lái)生成所需時(shí)間戳值，如式（1）；所謂階梯值補(bǔ)齊，就是認(rèn)為當(dāng)前時(shí)間戳歷史值與距當(dāng)下時(shí)間戳最近的左側(cè)歷史值一樣，如式（2）。

（2）

以上敘述還可佐以圖7進(jìn)行形象展示。

圖7 幾種數(shù)據(jù)補(bǔ)齊方式介紹

鑒于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)是“遇變即存”，即變化呈現(xiàn)之前測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與最近歷史值一致，因此選用階梯值補(bǔ)齊算法。

3.3 關(guān)于模型數(shù)據(jù)處理

在原始值校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，主、備?shí)時(shí)庫(kù)中歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間戳存在一定概率的差異，需要進(jìn)行適當(dāng)處理，相關(guān)流程如圖8所示。

圖8 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程展示

1）首先利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的批量獲取功能來(lái)形成主、備系統(tǒng)模型對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間戳集合（去重復(fù)后），然后在保持時(shí)間戳有序性前提下將時(shí)間戳分為有數(shù)據(jù)和無(wú)數(shù)據(jù)的兩類(lèi)。

2）利用數(shù)據(jù)補(bǔ)齊算法對(duì)無(wú)數(shù)據(jù)的時(shí)間戳作批量補(bǔ)齊（注意對(duì)測(cè)點(diǎn)物理意義的考量）。

3）對(duì)于每組數(shù)據(jù)，將經(jīng)處理后的兩類(lèi)時(shí)序數(shù)列依最大時(shí)間戳集合作合并操作，然后計(jì)算相對(duì)偏差和絕對(duì)偏差。

4 應(yīng)用案例

以上研究在東部某市的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，表1所示為成果示例。

由表1可知，在對(duì)某市電力調(diào)度系統(tǒng)主、備調(diào)模型校驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了異常情況（陰影部分）。經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)備調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)模塊工作失穩(wěn)，為迅速處置爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。

表1 某市調(diào)度自動(dòng)化雙系統(tǒng)間模型校驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

智能調(diào)度首先建立在電網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的基礎(chǔ)之上。為了預(yù)防數(shù)據(jù)異常，需要建立調(diào)度主、備系統(tǒng)間模型正確性快速校驗(yàn)的方法體系。本文提出的基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)考量的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)方案可在確?？煽啃郧疤嵯嘛@著提升該項(xiàng)工作的效率，為精益調(diào)度和智能調(diào)度奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，值得推廣。

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Research on Model Checking Scheme of Power Grid Dispatching Automation System

Tang Xuejun

(State Grid Anhui Chizhou Guichi District Electric Power Company, Chizhou, Anhui 247100)

Power grid dispatching automation system with melody as the basis, to prepare to assist, is the basic technology of lean scheduling. In order to maintain the health of the host and the host, it is necessary to establish a fast calibration model between the main and standby system data to detect the abnormal operation of the main and backup system in real time and to locate the fault accurately. This paper firstly analyses the network model of time series based on the database, then put forward the technical architecture model checking and implementation process, once again on the key technology of verification scheme is expounded, finally is tested. The results show that the results of this study can significantly improve the efficiency of model checking in the scheduling system.

model checking; standby system; data completation; time series database

唐學(xué)軍（1971-），男，安徽池州人，電氣工程師，研究方向?yàn)檎{(diào)度自動(dòng)化。