調度數據挖掘系統設計與應用

南京易司拓電力科技股份有限公司 鄭 杰

調度自動化系統作為供電企業電網運行監控中最重要的自動化系統之一，在建設投入實用化運行后，供電公司各部門對于變電站各類遙信、遙測數據及各類上報報表數據大部分由SCADA系統作為數據源。然而在應用過程中發現對于異常數據無法自動過濾，導致生成的報表無法滿足特殊運行方式下的需求，如母線接地時電壓對合格率的影響及突變數據無法反映正常運行下的極值信息等；另外在SCADA系統上定義報表是采用每個格子都需單獨拖拽的模式，不具備自動拓展功能，對于在特殊時間特別是在迎峰度冬、迎峰度夏期間，各部門要求的報表數量多、需花費很多時間和人力在SCADA系統上進行報表定義。SCADA定義的出來的格式也相對單一，數據出來后需進行二次加工，無法及時滿足各部門對報表直接需求。

然而根據SCADA系統的重要性及對生產、運行和管理的影響程度，一般不會因個別需求進行改造升級；為滿足上述供電企業對SCADA系統數據實用化的要求，擬建立一套調度數據挖掘系統，滿足國家電網各部門對數據的需求和應用。

1 系統設計

系統整體架構共分為接口層、平臺層和應用層。接口層主要部署連接SCADA服務器進行模型和數據獲取的接口程序；接口層將數據接入后由平臺層進行數據過濾、計算和存儲，以及對存儲后的數據進行報表生成，便于應用層進行報表定義和查看；應用層是將存儲的模型和數據進行WEB應用，包含綜合展示、數據查詢、報表管理和系統運維。

接口層包含模型接口和數據接口。其中模型接口功能是模型獲取和解析，SCADA服務器將廠站定義、遙測定義、遙信定義、計算量定義、電度量定義等導出XML模型，將模型存放到指定目錄。調度數據挖掘系統通過接口定時獲取該模型，獲取到模型后，根據IEC61970中的CIM規范，基于廠站定義、遙測名稱，自動抽取變電站主變、主變高中低壓側線圈、母線、母線分段、線路間隔、所用變間隔、電容器等電網設備信息，可在系統中實現電網一次接線圖。

在抽取電網設備的基礎上，對電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等數據類型按量測類型進行管理，對遙測按照量測進行自動抽取管理，并與電網設備、量測類型進行關聯。當廠站、遙信/遙測名稱變化時，SCADA系統自動更新廠站、遙信/遙測名稱、系統通過新獲取的XML文件獲取最新模型信息，實現模型實時同步變更。

數據接口采用只讀用戶直接登錄SCADA三區數據庫，直接讀取SCADA系統5分鐘采樣庫數據，包括遙測數據、遙信數據（實時數據或變位信息）、計算量數據、電度量數據（含峰谷信息）等。將讀取的數據參照電力系統標準E文件方式生成數據文件，再將數據文件解析入庫。當SCADA采樣間隔5分鐘結束時，系統自動獲取該5分鐘數據以實現同步，也可以延后獲??；系統在每天零點對前一天數據進行整理，自動對未獲取到的數據進行補獲；系統也提供人工獲取數據的界面，可人工下發數據補采任務，按指定的時間段和指定的遙測、遙信量進行獲取。

系統平臺層包含數據過濾模塊、數據計算模塊和報表生成模塊。在數據進行計算前，由數據過濾模塊先進行數據過濾來保證最終結果的正確性和合理性。數據過濾主要根據設置的異常限值、過濾規則等進行數據的自動或人工過濾、修改，以滿足運行、分析和管理需要為宗旨。設置錯誤數據限值，絕對值限值、變化率限值等；過濾規則如下：

對突變、不合理數據進行自動過濾，并填入前一點數據或隨機數據；對電壓、功率因數類遙測的明顯錯誤數據：每類電壓根據電壓等級有缺省的錯誤數據上下限值，功率因數一般不低于0.5，進行自動過濾，并填入前一點數據；根據遙信信息，對“零漂”情況進行自動判斷并剔除處理；根據設置的時間間隔對遙信誤動情況進行自動判斷并剔除處理；以上自動過濾處理功能均支持人工觸發；以上所有的過濾和替代均記錄詳細的事件，并支持處理后觸發重新統計。

數據計算模塊主要是針對過濾后的數據進行數據計算，計算出最終報表生成需要的數據，避免在報表生成時再進行計算，保證報表生成的速度。數據計算是在剔除上述所有異常數據、突變數據、零漂數據、不合理數據、零值數據、轉供時間段、免考核時間段數據情況下進行。計算方式如下：5分鐘統計：系統統計遙測、計算量5分鐘間隔數據的小時最大/小值及發生時間、平均值，日最大/小值及發生時間、平均值。對月、季、年的極值，根據日統計極值進行應用即時統計；整點統計：系統統計遙測、計算量整點數據的日最大/小值及發生時間、平均值。對月、季、年的極值，根據日統計極值進行應用即時統計；遙信統計：根據5分鐘數據統計變位情況并統計變位次數。

數據計算除對數據常規統計和小指標統計外，為確保統計結果滿足運行方式管理、分析等需要，設置如下計算規則：最小值零值過濾：對停電、未投入等情況，出現零值在統計時需要剔除，以確保統計結果的最小值真正為運行時的最小值；對電壓、功率因數類遙測的不合理數據：每類電壓根據電壓等級有缺省的合理數據上下限值，功率因數一般不低于某限值，在過濾錯誤數據的基礎上可進一步考慮合理數據，非合理數據統計時自動剔除、不參與統計；設置的線路轉供關系對轉供情況進行自動判斷，支持人工的確認；根據實際運行方式設置單個遙測、單個變電站、所有變電站的免統計、免考核時間點或時間段。

2 系統應用

系統應用主要分為綜合展示，報表管理、數據查詢、負荷轉供分析、和系統運維。綜合展示主要以柱狀圖、餅圖等形式展示該地區全區、網供有無功數據，以及各行業負荷數據。

報表管理提供報表定義和修改，以通過鏈接的方式打開報表定義模塊。為方便定義，報表定義采用Excel類似的窗口界面，使其具備簡捷、靈活等特點。為提高報表定義的靈活性，模塊設計有拓展格、父子格、排序、控件等功能。除了傳統的表格拖方法外，模塊設計有數據集和程序集兩種集成方法，通過數據集可以隨意編寫SQL語句來實現數據的獲取，也可以通過特定的程序集來實現獲取，只需要輸入展示的設備類型、數據類型、數據項和日期等信息，即可實現同類設備的同類數據全部展示，想要實現多種設備和多種數據的展示，可通過定義多個程序集來關聯實現獲取數據集與程序集合并實現。這種設計方式極大的增加了報表定義的速度和靈活性，能節省大量的人力投入。

可利用多個程序集與多個數據庫來實現的一張早會報表，此報表大概20分鐘定義完成，實現效果如表1所示。只需要定義一張模板，就能實現各區域電網最大最小負荷、最大最小電量、電量同比環比的展示，并且報表的生成速度很快，由于所需數據在數據計算模塊已完成計算，大部分報表只需要幾秒鐘就能完成生成。由于設計模板包含程序集，在后期電網運行中，區縣局或設備的名稱修改和增刪不需要人工在報表里添加，只需要定期更新模型后系統會自動識別并展示在所需的報表內。

表1 早會報表

同時報表還設計可設置電壓等級、類型、時間等屬性，以此來保證報表使用的靈活性。同時一張報表模板也可復用，只需在原報表下新建實例即可使用原報表格式和屬性，再人工勾選需要的變電站、線路或量測等，以此可減少人工成本。系統提供歷史報表功能，就是設置報表生成的時間，系統會根據時間自動執行報表生成任務，將報表生成到指定目錄，當需要報表時只需點擊下載即可。報表管理也提供低頻低壓方案配置，以及報表授權和報表角色管理。

數據查看是查看設備的5分鐘數據和統計數據。顯示控制區下線路、負荷，主變、母線昨日、當日、某日或時段的遙測信息，可按照圖形展示和表格展示，以5分鐘為最小查詢間隔。

負荷轉供分析設計提供一種過載情況下的負荷分析方案（圖1），在設置有環網的條件下，選擇需要分析的變電站及對應轉供類型，可查詢某時刻點對應負荷可否轉供的情況。系統為過載的線路提供轉供輔助決策方案，設計利用供電可靠性的配電網負荷轉供優化方法，通過配電網負荷轉供分層優化、優化算法設定以及供電可靠性約束條件設定，完成負荷轉供優化方法設計。實現負荷可轉供線路、負荷不可轉供線路可視化展示、并提出輔助決策結論。該設計在一定程度上為配電網應急恢復方面提供了解決辦法，提高供電可靠性、節約供電成本。系統運維主要是對使用人員的賬號信息和訪問權限進行管理。

圖1 轉供實現步驟

綜上，調度數據挖掘系統通過接入SCADA系統的模型和數據，具備數據偵查、異常數據過濾、小指標統計等優點，避免了異常數據、零漂數據、零值數據對報表結果的影響，提高了數據統計的準確性；系統通過定制的報表工具，利用數據集與程序集的結合，由原來一張報表需幾個部門人員定義維護到只需一個專業人員維護、從一張報表定義幾個小時到定義幾分鐘，極大提高了工作效率、降低了成本。調度數據挖掘系統具有報表應用的優越性，可作為SCADA及其他系統的報表模塊，具備很高的市場應用價值。