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        基于灰色關(guān)聯(lián)分析的短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)

        2022-10-28 13:42:58徐英李滿君段振興叢贇陳偉杰
        電子設(shè)計工程 2022年20期
        關(guān)鍵詞:關(guān)聯(lián)系統(tǒng)

        徐英,李滿君,段振興,叢贇,陳偉杰

        (1.國網(wǎng)舟山供電公司,浙江舟山 316002;2.舟山啟明電力設(shè)計院有限公司,浙江舟山 316002)

        所謂關(guān)聯(lián)度是指存在于兩個系統(tǒng)之間的影響因素條件,可隨時間或?qū)ο蟮淖兓淖兤渥陨淼年P(guān)聯(lián)性度量性能[1]。在系統(tǒng)的發(fā)展過程中,若兩個自變量因素的變化行為滿足一致性要求,也就是二者之間的同步變化程度相對較高,就可以理解為這兩個自變量因素之間的關(guān)聯(lián)度水平較高[2]?;疑P(guān)聯(lián)分析法可根據(jù)相關(guān)因素之間的相似性或相異性程度,衡量變量參數(shù)之間的實際關(guān)聯(lián)能力,從而在短時間內(nèi)提取所需的變量參數(shù),實現(xiàn)對關(guān)聯(lián)度信息的安排與處理。

        在電力負荷網(wǎng)絡(luò)中,為滿足短期電量信息的傳輸需求,極易導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)出現(xiàn)混亂傳輸?shù)默F(xiàn)象[3]。傳統(tǒng)小波閾值型預(yù)測系統(tǒng)通過去噪處理的方式,屏蔽短期電力負荷信息中的無用數(shù)據(jù),再借助數(shù)據(jù)庫主機實現(xiàn)對電量信息的實時存儲。然而此系統(tǒng)的應(yīng)用能力有限,并不能完全滿足電量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚硇枨?。為解決此問題,引入灰色關(guān)聯(lián)分析法則,搭建一種新型的短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng),借助GVMS 平臺,完成灰色關(guān)聯(lián)分析的基本特征定義,再利用預(yù)測核函數(shù),得到最終的數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理結(jié)果。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        1.1 傳輸電子量預(yù)測電路

        傳輸電子量預(yù)測電路可在灰色關(guān)聯(lián)分析法則的作用下,對電網(wǎng)環(huán)境中的短期電量負荷水平進行管控與調(diào)節(jié),從而滿足關(guān)鍵電信號主機電流與電壓的應(yīng)用需求。傳輸電子量預(yù)測電路中存在多個C 級、R級、L 級電阻,且由于連接功能的不同,這些電阻的實際接入數(shù)值水平也有所不同[4]。一般情況下,C 級電阻的分布范圍相對較為廣泛,能夠按照短期電力負荷量的分布水平,傳輸電子量預(yù)測電路中主要在左側(cè)部分(R1,R2),調(diào)節(jié)電阻參量兩端的電壓負載數(shù)值。H 級電阻分布在傳輸電子量預(yù)測電路的中部(R3,R4),負責(zé)整合待傳輸?shù)亩唐陔娏ω摵闪?,并將其轉(zhuǎn)換成全新的連接形式[5]。F 級電阻分布于傳輸電子量預(yù)測電路的右下部(R5,R6),負責(zé)調(diào)度短期電力負荷量的傳輸能力,并借助輸入信道,將這些電信號參量存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機中。傳輸電子量預(yù)測電路如圖1所示。

        圖1 傳輸電子量預(yù)測電路

        1.2 GVMS平臺

        GVMS 平臺可面向電網(wǎng)主機提供電量信號處理服務(wù),在短期執(zhí)行環(huán)境中,數(shù)據(jù)庫主機中存儲的電力負荷量越多,GVMS 平臺所具備的電力負荷預(yù)測能力也就越強。整個平臺體系的頂層為GVMS 應(yīng)用框架,可按照短期電力負荷量的傳輸情況,對相關(guān)信息資源進行管理,從而有序安排預(yù)測系統(tǒng)中的各項高級應(yīng)用服務(wù)[6]。GVMS 技術(shù)框架位于平臺體系中部,可遵循灰色關(guān)聯(lián)分析法則的應(yīng)用需求,記錄電力信息的訪問行為,并從中獲取大量的電力數(shù)據(jù)存儲信息[7]。GVMS 物理架構(gòu)存在于平臺體系底部,同時包含網(wǎng)絡(luò)、主機等多種硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體,通常情況下,其執(zhí)行能力與短期電力負荷量的輸出行為完全匹配。GVMS 平臺結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 GVMS平臺結(jié)構(gòu)

        1.3 負荷預(yù)測功能模塊

        由于灰色關(guān)聯(lián)分析算法的存在,負荷預(yù)測功能模塊可按照電網(wǎng)終端用戶對于短期電力負荷的消耗需求,將客戶端軟件分成多個應(yīng)用成分,并將這些文件以信息協(xié)議的形式,分配至各級系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系之中[8]。系統(tǒng)電力負荷預(yù)測主機需要同時具備負荷查詢、負荷預(yù)測、電量查詢與電量管理的能力,且隨著傳輸信道覆蓋面積的增大,這些短期電力負荷數(shù)據(jù)也可快速存儲至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機中[9]。一般情況下,負荷查詢與電量查詢指令總是呈現(xiàn)對應(yīng)連接狀態(tài),前者可根據(jù)負荷預(yù)測的實際運行情況,將待管理電力負荷數(shù)據(jù)整合至同一模塊結(jié)構(gòu)之中,從而使得電量信息的查詢與分布語句可以同時實施[10]。負荷預(yù)測功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

        圖3 負荷預(yù)測功能模塊結(jié)構(gòu)

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        在各級硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)的支持下,按照灰色關(guān)聯(lián)分析基本特征研究、預(yù)測核函數(shù)定義、數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理的操作流程,實現(xiàn)預(yù)測系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建,兩相結(jié)合,完成基于灰色關(guān)聯(lián)分析的短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計。

        2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析的基本特征

        在灰色關(guān)聯(lián)分析算法中,關(guān)聯(lián)度是描述電力負荷量離散函數(shù)之間遠近程度的物理衡量指標[11],其著重強調(diào)多個離散函數(shù)對于核心離散函數(shù)的影響,簡單來說,在計算與處理的過程中,忽略關(guān)聯(lián)度數(shù)值大小的重要性,按照既定關(guān)聯(lián)規(guī)則對待預(yù)測數(shù)值參量進行排序,從而實現(xiàn)對預(yù)測信息的合理處置與整合[12]?;疑P(guān)聯(lián)分析算法能夠打破數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)聯(lián)性影響條件,并在所存儲數(shù)據(jù)參量間形成兩兩對應(yīng)的框架,一方面通過數(shù)據(jù)對比的方式,說明所采用預(yù)測算法的實際應(yīng)用能力,另一方面也可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸行為的準確預(yù)測。設(shè)ΔT代表短期電力負荷量的單位預(yù)測時長,Rmax代表最大的短期電力負荷量特征值,聯(lián)立上述物理量,可將灰色關(guān)聯(lián)分析的基本特征定義為:

        其中,q代表數(shù)據(jù)信息的灰色度處理權(quán)限,Q代表最基本的數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)性系數(shù),β代表預(yù)測量提取系數(shù),k代表電力負荷數(shù)據(jù)的短期預(yù)測行為量[13]。

        2.2 預(yù)測核函數(shù)

        預(yù)測核函數(shù)是以灰色關(guān)聯(lián)分析基本特征為前提建立的短期電力負荷量篩查條件,由于數(shù)據(jù)信息傳輸量始終處于相對變動的存在狀態(tài),因此預(yù)測核函數(shù)也很難長時間保持絕對穩(wěn)定的存在狀態(tài)[14]。若不考慮其他物理條件的干擾,預(yù)測核函數(shù)同時受到原始電力負荷量、實際電力負荷量兩項物理數(shù)值指標的影響。原始電力負荷量可表示為p,在灰色關(guān)聯(lián)分析法則的作用下,該項物理量具備極高的數(shù)值計算水平。實際電力負荷量可表示為p′,為避免錯誤預(yù)測行為的出現(xiàn),該項物理指標的數(shù)量級水平始終小于原始電力負荷量。在上述物理量的支持下,聯(lián)立式(1),可將預(yù)測核函數(shù)條件表示為:

        其中,χ代表短期電力負荷量的實值預(yù)測指標。

        2.3 數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理

        數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理也叫短期電力負荷量的初步處理,在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機中,已存儲的短期電力負荷數(shù)據(jù)由完整、非完整、模糊、非模糊、有噪聲、無噪聲等多種形式共同組成[15]。為獲得較為理想的短期電力負荷預(yù)測結(jié)果,首先需要區(qū)分已存儲數(shù)據(jù)的所屬類型,再根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法則,對這些數(shù)據(jù)信息進行整理,將其中傳輸能力較強的信息參量,平均分配至各級系統(tǒng)應(yīng)用主機之中,再將其中傳輸能力較弱的信息參量,留在數(shù)據(jù)庫主機中繼續(xù)進行存儲,直至檢測主機中所反饋出的電力負荷信息與實際應(yīng)用需求完全匹配[16]。數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理流程圖如圖4 所示。

        圖4 數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理流程圖

        至此,完成各級軟硬件預(yù)測環(huán)境的設(shè)計,在灰色關(guān)聯(lián)分析法則的支持下,實現(xiàn)短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

        3 系統(tǒng)應(yīng)用能力測試

        通過人工安裝的方式,將搭載實驗組預(yù)測系統(tǒng)與對照組預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用主機與兩個相同的電力負荷元件相連,其中實驗組主機配置基于灰色關(guān)聯(lián)分析的短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng),對照組主機配置小波閾值型預(yù)測系統(tǒng)。預(yù)測系統(tǒng)調(diào)試如圖5 所示。

        圖5 預(yù)測系統(tǒng)調(diào)試

        ALT 指標描述了電網(wǎng)輸出電子對于電力負荷需求的滿足能力,一般情況下,ALT 指標數(shù)值越大,電網(wǎng)輸出電子對于電力負荷需求的滿足能力越強,反之則越弱。表1 記錄了實驗組、對照組ALT 指標數(shù)值的實際變化情況。

        表1 ALT指標對比

        表1 所記錄的實驗組ALT 指標在前35 min 的實驗時間內(nèi),一直保持上升的數(shù)值變化趨勢,而從第40 min 起,這種上升變化行為開始逐漸趨于緩慢,最終進入絕對穩(wěn)定的數(shù)值相持階段。對照組ALT 指標則在連續(xù)上升趨勢后,進入了小幅平穩(wěn)狀態(tài),最后又開始呈現(xiàn)不斷地小幅下降。整個實驗過程中,實驗組最大值72.47%與對照組最大值48.63%相比,上升了23.84%。

        UCR 指標反映了電網(wǎng)主機對于短期電力負荷量的記錄準確性,指標參量的數(shù)值水平越高,電網(wǎng)主機對于短期電力負荷量的記錄準確性越強。表2 記錄了實驗組、對照組UCR 指標的實際數(shù)值情況。

        表2 記錄的實驗組UCR 指標始終保持相對穩(wěn)定的數(shù)值波動狀態(tài)。對照組UCR 指標則在一段時間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)后,開始逐漸進入連續(xù)下降的數(shù)值變化狀態(tài)。整個實驗過程中,實驗組最大值達到了80.33%,與對照組最大數(shù)值51.26%相比,得到了明顯提升。

        表2 UCR指標對比

        總結(jié)上述數(shù)值記錄結(jié)果,則有如下結(jié)論:

        1)基于灰色關(guān)聯(lián)分析短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)的ALT 指標數(shù)值更大,在應(yīng)用過程中,能夠較好滿足電力負荷的基本需求;

        2)基于灰色關(guān)聯(lián)分析短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)的UCR 指標數(shù)值也相對較大,可在確定電量數(shù)據(jù)傳輸方向的同時,實現(xiàn)對短期電子負荷量的妥善安排與處理。

        4 結(jié)束語

        在灰色關(guān)聯(lián)分析法則的作用下,短期電力負荷預(yù)測系統(tǒng)可以借助GVMS 平臺,將傳輸電子量預(yù)測電路與負荷預(yù)測功能模塊相連,一方面滿足了預(yù)測核函數(shù)的建立需求,另一方面也實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的初步預(yù)處理。實驗結(jié)果表明,隨著ALT 指標數(shù)值、UCR 指標數(shù)值的增大,短期電子負荷量可得到妥善地安排與處理,在滿足電力負荷基本需求方面,具備較強的實際應(yīng)用能力。

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