甘運(yùn)良 董躍周 謝芳毅 彭玉培 李 攀

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司 2.北京洛斯達(dá)科技發(fā)展有限公司）

0 引言

電網(wǎng)清潔能源送出工程主要具有規(guī)模大以及工期緊張等特點(diǎn)，使工程管理面臨巨大的挑戰(zhàn)［1-2］。為了有效提升工程管理水平，需要全面推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的深度融合，有效提升清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)的管理水平，確保系統(tǒng)滿足綜合管理需求。國(guó)內(nèi)相關(guān)專家針對(duì)清潔能源送出工程管理的內(nèi)容進(jìn)行了大量研究，王子強(qiáng)［3］等人對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析，通過Agent技術(shù)構(gòu)建電力調(diào)度管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)總體框架，同時(shí)對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹和分析；路志紅［4］優(yōu)先對(duì)電力建設(shè)系統(tǒng)的項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估，并以此為依據(jù)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)信息管理系統(tǒng)。本文在上述兩種管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅可以提升工程數(shù)據(jù)預(yù)處理能力和管理能力，同時(shí)還能夠有效提升整體的運(yùn)行效率。

1 清潔能源送出工程數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

模糊均值算法能夠更好地對(duì)清潔能源送出工程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［5-6］，但是整個(gè)算法仍然存在較多的問題。為此，提出一種可能性模糊C均值（possibilistic fuzzy Cmeans，PFCM）聚類算法，其具體的操作原理如下：

設(shè)定X＝｛x1，x2，…，xj，…，xn｝∈Rs代表給定的樣本空間，s代表維數(shù)，n代表樣本總數(shù)。如果X可以被劃分為c類，即樣本集的n個(gè)樣本被劃分為c個(gè)不同的類別，設(shè)dij代表聚類中心Vi和元素xj之間的歐式距離，則其表達(dá)式如公式（1）所示：

PFCM算法的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)minJm，p（U，T，V，X）可以表示為公式（2）的形式：

式中，tij代表可能性劃分矩陣；uij代表模糊矩陣；q代表模糊矩陣中的元素總數(shù)；a和b代表任意常數(shù)；dij代表協(xié)方差矩陣；γi代表參數(shù)，表達(dá)式如下：

PFCM算法的出現(xiàn)更好地解決了已有聚類方法的不足［7-8］，同時(shí)還能夠準(zhǔn)確識(shí)別數(shù)據(jù)中存在的噪聲，獲取更加理想的數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果。當(dāng)清潔能源送出工程在運(yùn)行過程中，需要借助協(xié)方差矩陣對(duì)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，具體結(jié)果如公式（4）所示：

式中，β代表清潔能源送出工程測(cè)試樣本總數(shù)；m代表聚類有效性函數(shù)的總數(shù)。

為了有效解決PFCM算法在數(shù)量龐大的工程數(shù)據(jù)中無法預(yù)知聚類總數(shù)的問題，提出一種全新的聚類有效性函數(shù)V( )c，具體的計(jì)算式如下：

式中，vi代表隸屬矩陣中的有效性函數(shù)；vr代表迭代次數(shù)。

采用PFCM指標(biāo)替換原始隸屬度矩陣uij，新的矩陣u′ij可以表示為以下形式：

式中，ukj和tkj代表矩陣中的有效評(píng)價(jià)指標(biāo)。

粒子群優(yōu)化（PSO）算法是一種智能尋優(yōu)算法，被廣泛應(yīng)用于各種不同的研究領(lǐng)域。為了進(jìn)一步優(yōu)化PFCM算法中的距離中心，需要引入探測(cè)函數(shù)完成粒子迭代過程中慣性權(quán)重的調(diào)整，最終完成自適應(yīng)值f（t＋1）的確定，f（t＋1）的表達(dá)式如下：

式中，‖Pibest－Xi（t）‖和‖Gibest－Xi（t）‖代表歐式距離。

當(dāng)?shù)螖?shù)進(jìn)行的越多，則f（t＋1）的值越小，同時(shí)結(jié)果也越接近最優(yōu)。

慣性權(quán)重ω的取值決定著整個(gè)算法的綜合性能，為此需要借助動(dòng)態(tài)的非線性Sigmoid函數(shù)對(duì)ω進(jìn)行調(diào)節(jié)，ω的迭代公式如下所示：

式中，ef（t）代表未知的聚類樣本總數(shù)。

在上述分析的基礎(chǔ)上，采用PSO-PFCM聚類算法對(duì)清潔能源送出工程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理［9-10］，詳細(xì)的操作步驟如圖1所示。

圖1 清潔能源送出工程數(shù)據(jù)預(yù)處理操作流程圖

（1）清潔能源送出工程數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了有效降低數(shù)據(jù)增加對(duì)聚類結(jié)果產(chǎn)生的影響，需要后續(xù)降低整個(gè)算法的計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。

（2）數(shù)據(jù)聚類

搜索最優(yōu)聚類中心以及最佳聚類數(shù)量，一般選取PFCM指標(biāo)最小值［11-12］，同時(shí)確定最佳聚類數(shù)量。其中，PSO算法中適應(yīng)度取值最優(yōu)的粒子即為最優(yōu)初始聚類中心；采用改進(jìn)的PSO-PFCM聚類算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類處理，獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所屬類別。

（3）異常數(shù)據(jù)檢測(cè)和修正

根據(jù)分析清潔能源送出工程數(shù)據(jù)聚類結(jié)果，同時(shí)對(duì)全部數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，完成異常數(shù)據(jù)檢測(cè)［13-14］，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)出的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

2 面向“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)

清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)主要采用分層架構(gòu)模式展開設(shè)計(jì)。通過分析傳統(tǒng)管理模式可知，現(xiàn)場(chǎng)不同類型的信息均需要采用文件以及表格等形式報(bào)送到建設(shè)管理單位以及相關(guān)管理部門，由于信息比較分散，需要借助大量的人力和物力進(jìn)行匯報(bào)以及加工處理，確保信息傳遞的真實(shí)性以及有效性。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要將工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、安全以及質(zhì)量等多個(gè)管理維度作為核心，將各級(jí)項(xiàng)目以及業(yè)務(wù)管理崗位作為關(guān)鍵點(diǎn)，有效開展工程數(shù)據(jù)自動(dòng)收集以及智能分析，根據(jù)消息自動(dòng)化以及數(shù)據(jù)可視化等方式完成工程管理中的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用。

根據(jù)系統(tǒng)的管理需求，主要采用移動(dòng)應(yīng)用軟件以及各種指揮平臺(tái)的形式，全面建設(shè)以工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)快速收集以及自動(dòng)測(cè)算為一體的管理平臺(tái)。同時(shí)在面向“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”背景下，構(gòu)建清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的具體組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 電網(wǎng)資源分布信息管理模塊

模塊需要將電網(wǎng)資源對(duì)象的分布信息以及關(guān)聯(lián)信息等進(jìn)行完整且統(tǒng)一的表達(dá)和管理。同時(shí)在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行統(tǒng)一建模，確保研究對(duì)象為電站類對(duì)象以及線路類對(duì)象等。其中，全部資源對(duì)象的數(shù)據(jù)組成結(jié)構(gòu)如下：

（1）資源對(duì)象

主要負(fù)責(zé)對(duì)全部電網(wǎng)資源對(duì)象的通用屬性以及存取接口進(jìn)行管理，其中主要包含對(duì)象的資產(chǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)以及證書類型等。

（2）電站類對(duì)象

為CPwResc類對(duì)象的繼承類對(duì)象，同時(shí)包含全新的屬性變量以及函數(shù)。

（3）設(shè)備類對(duì)象

該對(duì)象主要新增屬性為繼承類對(duì)象，同時(shí)各個(gè)線路對(duì)象實(shí)例可能存在多個(gè)不同的子對(duì)象。

以上類型均為模塊所需要管理的對(duì)象，根據(jù)不同的繼承或者組合關(guān)系制定相關(guān)的管理方案。

2.2 實(shí)體設(shè)備／資產(chǎn)管理模塊

結(jié)合電網(wǎng)實(shí)體資源資產(chǎn)功能的需求，需要在模塊設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮資產(chǎn)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則以及資產(chǎn)事務(wù)處理流程的管理機(jī)制。

針對(duì)業(yè)務(wù)處理需求，分別對(duì)不同類型的資產(chǎn)實(shí)物進(jìn)行處理，同時(shí)借助業(yè)務(wù)流程機(jī)制對(duì)各種類型的資產(chǎn)實(shí)物提供公共處理服務(wù)，制定對(duì)應(yīng)的映射機(jī)制，促使各項(xiàng)流程實(shí)例均能夠在特定的環(huán)節(jié)和狀態(tài)下被調(diào)用，以完成對(duì)應(yīng)的信息任務(wù)處理。

為了有效保證業(yè)務(wù)流程在發(fā)生異常中斷的情況下可以被繼續(xù)向前執(zhí)行，需要借助日志機(jī)制對(duì)整個(gè)操作流程的中間狀態(tài)進(jìn)行查詢［15］，同時(shí)設(shè)定對(duì)應(yīng)的接口函數(shù)來對(duì)全部業(yè)務(wù)流程進(jìn)行調(diào)用執(zhí)行。

為了有效達(dá)到上述目的，需要在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)流程對(duì)象以及狀態(tài)存儲(chǔ)管理的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)的操作步驟如下：

（1）對(duì)各個(gè)流程進(jìn)行標(biāo)號(hào)；

（2）掌握流程對(duì)象當(dāng)前的狀態(tài)；

（3）對(duì)函數(shù)進(jìn)行初始化處理；

（4）對(duì)狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行更新。

在狀態(tài)存儲(chǔ)層中，數(shù)據(jù)庫(kù)主要選取臨時(shí)數(shù)據(jù)表來實(shí)現(xiàn)流程的中間狀態(tài)管理以及流轉(zhuǎn)。

2.3 儀器儀表資源管理模塊：

儀器儀表資源管理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)研究對(duì)象的單元進(jìn)行管理。通過初始化函數(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的管理對(duì)資源對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索；特性訪問函數(shù)主要是對(duì)子類對(duì)象的技術(shù)特性進(jìn)行對(duì)應(yīng)的指標(biāo)檢索和存取，具體的使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則如圖3所示。

2.4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)信息管理模塊

在“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”背景下，該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)清潔能源送出工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行訪問和維護(hù)，借助接口函數(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲取對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

當(dāng)確定相關(guān)的準(zhǔn)則之后，需要設(shè)定對(duì)應(yīng)的定量表達(dá)形式，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)采用接口函數(shù)重新定義權(quán)重因子，完成指標(biāo)集合評(píng)價(jià)以及創(chuàng)建等相關(guān)操作。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證所提面向“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)的綜合有效性，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)選取烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程為研究對(duì)象，開展清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)的測(cè)試分析。

3.1 聚類結(jié)果測(cè)試分析

為了評(píng)價(jià)2.1小節(jié)的清潔能源送出工程數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，將聚類結(jié)果準(zhǔn)確率和召回率設(shè)定為測(cè)試指標(biāo)。當(dāng)兩項(xiàng)指標(biāo)的取值高達(dá)85%以上，則說明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 所設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)清潔能源送出工程數(shù)據(jù)的預(yù)處理能力測(cè)試結(jié)果

分析圖4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，由于測(cè)試對(duì)象不同，導(dǎo)致聚類正確率和召回率存在一定程度的差異，但是兩者測(cè)試指標(biāo)的取值均在85%以上，充分說明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠更好完成數(shù)據(jù)聚類，具有較好的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力。

3.2 管理能力測(cè)試分析

測(cè)試分析工程使用所設(shè)計(jì)系統(tǒng)前后的月線損電量變化趨勢(shì)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表。

通過分析表可知，在使用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)的月線損電量相比之前明顯降低，說明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較好的管理能力。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行效率測(cè)試分析

選取系統(tǒng)運(yùn)行效率作為測(cè)試指標(biāo)，進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試分析，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

分析圖5中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，相比另外兩種管理系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率明顯更高一些。由于所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，能對(duì)全部工程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，有效避免人工操作出現(xiàn)的失誤和時(shí)間長(zhǎng)等問題，促使所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到明顯提升，能夠以更快的速度完成清潔能源送出工程智慧化管理。

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)管理系統(tǒng)存在的一系列問題，本文設(shè)計(jì)并提出一種面向“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的清潔能源送出工程智慧化管理系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較好的工程數(shù)據(jù)預(yù)處理能力以及管理能力，同時(shí)還具有較高的運(yùn)行效率。

未來將針對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)展開更深層次的研究，重點(diǎn)包含以下幾方面的內(nèi)容：

（1）將計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加充分地融入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化管理，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)可以制定一系列的安保措施，為系統(tǒng)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（2）將移動(dòng)電子商務(wù)技術(shù)更好地引入到系統(tǒng)中，豐富系統(tǒng)的組成，同時(shí)進(jìn)一步完善系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能夠全面發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，為各個(gè)領(lǐng)域提供更大的幫助。