发明内容
本发明提供了基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法,用于解决现有技术中无法直接对数据源的可信度进行评价的技术问题。
本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法,包括:
根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度;
结合节点连通关系形成的状态转移矩阵,使用有向图的节点排序算法,计算节点和关键量测的最终可信度;
通过比较单个关键量测的不同数据源的最终可信度,选择最大的最终可信度作为真正数据。
优选地,所述根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度具体包括:
根据电力平衡原理设定至少一个与电力平衡原理对应的关键量测;
将数据源中的数据代入电力平衡原理方程,逐个判断关键量测是否满足与该关键量测相关的电力平衡原理方程,若是,则记录该关键量测的偏爱可信度加一,若否,则记录该关键量测的偏爱可信度减一,直到所有关键量测的偏爱可信度计算完毕;
计算节点内的全部关键量测的偏爱可信度的平均值作为该节点的偏爱可信度。
优选地,所述结合节点连通关系形成的状态转移矩阵,使用有向图的节点排序算法,计算节点和关键量测的最终可信度具体包括:
建立节点连通关系对应的状态转移矩阵;
通过有向图的节点排序算法的迭代公式计算出每个节点的最终可信度;
通过节点的最终可信度求出该节点内的关键量测的最终可信度;
所述有向图的节点排序算法的迭代公式为:
其中,r
n+1、r
n为最终可信度,最终可信度的初始值r
0为预设参数,α为预设的衰减因子,T为状态转移矩阵,
为归一化处理后的单位偏爱向量,n为预设的迭代次数。
优选地,所述通过节点的最终可信度求出该节点内的关键量测的最终可信度具体为:
逐一计算关键量测的最终可信度直到一个数据源的所有关键量测的最终可信度计算完毕,所述关键量测的最终可信度计算方法为:用节点的最终可信度乘以待计算的关键量测的偏爱可信度再除以该节点的偏爱可信度得到关键量测的最终可信度。
优选地,所述通过比较单个关键量测的不同数据源的最终可信度,选择最大的最终可信度作为真正数据具体包括:
根据计算获得的节点和关键量测的最终可信度统计单个关键量测的来自所有数据源的最终可信度并选择最终可信度的最大值作为该关键量测的真正数据。
优选地,所述根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度之前还包括:
获取数据源的断面数据。
优选地,所述根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度之前还包括:
为每个关键量测设定初始偏爱可信度。
优选地,所述建立节点连通关系对应的状态转移矩阵具体为:
根据网络图的节点链接的入度和出度信息形成节点网络图的状态转移矩阵:
其中,n表示节点个数,且矩阵中每个项根据转移矩阵的定义计算,具体公式为:
其中,wi表示节点i的出度。
优选地,所述电力平衡原理方程包括:母线有功平衡原理方程、母线无功平衡方程、线路有功平衡方程、线路无功平衡方程、变压器有功平衡方程、变压器无功平衡方程。
本发明提供的一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的步骤。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法,包括:根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度;结合节点连通关系形成的状态转移矩阵,使用有向图的节点排序算法,计算节点和关键量测的最终可信度;通过比较单个关键量测的不同数据源的最终可信度,选择最大的最终可信度作为真正数据。本发明通过可信度表征评价关键量测的各个数据的质量,通过状态转移矩阵考虑了节点连通关系,使用有向图的节点排序算法结合状态转移矩阵和偏爱可信度计算得到关键量测关于每个数据源最终可信度,从中选择可信度最高的作为真正数据,较为准确地选择出质量较好的数据,为电力调度系统的数据稳定提供了有力的支持,解决了现有技术中无法直接对数据源的可信度进行评价的技术问题。
具体实施方式
本发明提供了基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法,用于解决现有技术中无法直接对数据源的可信度进行评价的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中,文献[1]为王树禾.图论.北京:科学出版社.2004,文献[2]为M.Bianchini,M.Gori,and F.Scarselli.Inside Page-Rank.Tech.rep.,University ofSiena,2003,文献[3]为卢建刚,黄凯,张辉,曾建勇,顾全.电网调度自动化信息分析考核系统.电力系统自动化,2006。
为了清楚的表明本专利的内容,如下介绍《图论》中的出度和入度的概念。在有向图中有节点和边组成,每个节点既有指向该节点的边,也有从该节点流出的边。其中指向一个节点的所有边的条数成为该节点的入度;相应的,从一个节点流出的边的条数成为该节点的出度。为了便于分析,节点i的入度表示为li,出度表示为wi。有关有向图的详细概念可以参见文献[1]的有关内容。
为了清楚的表明本专利的内容,如下介绍转移概率矩阵的概念。转移概率矩阵(Transition Matrix)是俄国数学家马尔科夫提出的,他发现一个系统的某些因素在转移中,第n次结果只受第n-1的结果影响,即只与当前所处状态有关,而与过去状态无关。在有向图中转移概率矩阵表明了相邻节点之间,信息从上一个节点流入下一个节点的概率。为了便于分析,用矩阵T表示有向图的转移矩阵,其中Tij表示有向图中任一节点i和节点j之间的转移概率,其定义如下:
其中,wi表示节点i的出度。
为了能够更为清晰表述本发明,在这里进一步介绍基于转移概率矩阵的有向图排序算法,该算法在Web页面排序上得到了成功应用,所以该算法又叫页面排序算法(PageRank)。页面排序算法的本质是认为一个页面如果被其他几个重要的页面指向,该页面也有很高的重要性。在Web页面及页面之间的链接关系组成的有向图上,页面排序算法首先假设每个页面有一个初始重要性r0,然后通过如下迭代过程计算每个页面的最终的重要性:
其中矩阵T表示有向图的转移矩阵,α是衰减因子,
是N维的单位向量。直观的理解,一个页面节点的重要性由两部分组成:第1部分就是公式(2)的前半部分,表示有α的概率从指向该页面节点的其他节点汇集重要性;第2部分就是公式(2)的后半部分,表示有(1-α)的概率从该页面节点自身的继承其本来的重要性。实际使用中向量ε可以替换成每个节点数值不同的偏爱向量。
有关PageRank算法的详细说明可以参见文献[2]的内容。
请参阅图1,本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的一个实施例,包括:
101、根据电力平衡原理计算关键量测和节点的偏爱可信度;
102、结合节点连通关系形成的状态转移矩阵,使用有向图的节点排序算法,计算节点和关键量测的最终可信度;
103、通过比较单个关键量测的不同数据源的最终可信度,选择最大的最终可信度作为真正数据。
本发明通过可信度表征评价关键量测的各个数据的质量,通过状态转移矩阵考虑了节点连通关系,使用有向图的节点排序算法结合状态转移矩阵和偏爱可信度计算的到关键量测关于每个数据源最终可信度,从中选择可信度最高的作为真正数据,较为准确地选择出质量较好的数据,为电力调度系统的数据稳定提供了有力的支持,解决了现有技术中无法通过这些方面直接对数据源的可信度进行评价是本领域技术人员需要解决的技术问题。
请参阅图2,本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的另一个实施例,包括:
201、获取数据源的断面数据;
202、为每个关键量测设定初始偏爱可信度;
203、根据电力平衡原理设定至少一个与电力平衡原理对应的关键量测;
204、将数据源中的数据代入电力平衡原理方程,逐个判断关键量测是否满足与该关键量测相关的电力平衡原理方程,若是,则记录该关键量测的偏爱可信度加一,若否,则记录该关键量测的偏爱可信度减一,直到所有关键量测的偏爱可信度计算完毕;
205、计算节点内的全部关键量测的偏爱可信度的平均值作为该节点的偏爱可信度;
206、建立节点连通关系对应的状态转移矩阵;
207、通过有向图的节点排序算法的迭代公式计算出每个节点的最终可信度;
208、通过节点的最终可信度求出该节点内的关键量测的最终可信度;
有向图的节点排序算法的迭代公式为:
其中,r
n+1、r
n为最终可信度,最终可信度的初始值r
0为预设参数,α为预设的衰减因子,T为状态转移矩阵,
为归一化处理后的单位偏爱向量,n为预设的迭代次数,ε是偏爱向量,可以是偏爱可信度加上节点间的方向形成。
通过节点的最终可信度求出该节点内的关键量测的最终可信度的具体步骤为:逐一计算关键量测的最终可信度直到一个数据源的所有关键量测的最终可信度计算完毕,关键量测的最终可信度计算方法为:用节点的最终可信度乘以待计算的关键量测的偏爱可信度再除以该节点的偏爱可信度得到关键量测的最终可信度。
209、根据计算获得的节点和关键量测的最终可信度统计单个关键量测的来自所有数据源的最终可信度并选择最终可信度的最大值作为该关键量测的真正数据。
建立节点连通关系对应的状态转移矩阵具体步骤为:
根据网络图的节点链接的入度和出度信息形成节点网络图的状态转移矩阵:
其中,n表示节点个数,且矩阵中每个项根据转移矩阵的定义计算,具体公式为:
其中,wi表示节点i的出度。
电力平衡原理方程包括:母线有功平衡原理方程、母线无功平衡方程、线路有功平衡方程、线路无功平衡方程、变压器有功平衡方程、变压器无功平衡方程。
以上是对本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的另一个实施例进行详细的描述,以下将对本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的另一个实施例进行详细的描述。
请参阅图3,本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的另一个实施例为:
为每个量测点的每种数据源赋予静态初始可信度,静态初始可信度依据数据采集源的通道通讯条件,比如光纤网络直接采集通道的可信度大于普通调度数据网络通道;网络直接采集通道可信度大于转发通道。
获取一种采集源(比如调度数据网直接采集通道的数据源)的断面数据。为了保证数据断面的完整性和后续迭代计算的收敛性,统一约定如果该采集源的数据在某些量测点没有采集,可以采用静态初始可信度稍低的其他数据源进行替代。
在获取同一数据采集源完整的断面数据之后,依据一次设备的电力平衡原理计算每个量测点的数据偏爱可信度。一次设备电力平衡原理是根据设备运行的特点通过设备本身的量测数据,再根据设备的电气特性进行局部平衡计算分析。设备平衡特征的计算方法很多,不同的设备有不同的计算方法,而且同一个设备不同量测之间有不同的计算方法。平衡计算方法可以根据实际需要进行筛选。
为了本专利方法的可操作性,并且结合电力系统分析中关键量测,约定可以采用如下平衡计算方法(但不限定为以下方法):(a)母线有功平衡,表示母线相连的线路和变压器卷的有功的流入和流出的平衡关系,其相关的关键量测为母线所连接的线路和变压器卷的有功量测;(b)母线无功平衡,表示母线相连的线路和变压器卷的无功的流入和流出的平衡关系,其相关的关键量测为母线所连接的线路和变压器卷的无功量测;(c)线路有功平衡,表示线路两端的有功流入和流出之间的差值和线路自身的有功损耗平衡关系,其相关的关键量测为线路两端的有功量测;(d)线路无功平衡,表示线路两端的无功流入和流出之间的差值和线路自身的有功损耗平衡关系,其相关的关键量测为线路两端的无功量测;d)线路电流平衡,表示线路两端的电流流入和流出之间的差值和线路对地电流的平衡关系,其相关的关键量测为线路两端的电流量测;(e)变压器有功平衡,其相关的关键量测为变压器各侧的有功量测;(f)变压器无功平衡,其相关的关键量测为变压器各侧的无功量测;(g)PQI不匹配,表示通过有功无功和母线电压计算出的电流和采集的电流量测不匹配,其相关的关键量测为变压器各侧的有功无功电流量测、线路两端的有功无功电流量测以及母线的电压量测;(h)母线电压不合理,表示母线采集电压和通过支路有功无功电流计算的电压误差较大,其相关的关键量测为母线电压及母线连接的变压器卷的有功无功电流量测、线路的有功无功电流量测;(i)遥信不对位,表示开关或刀闸的状态位置和相关的遥测值数据不一致,其相关的关键量测为开关刀闸状态量测和开关刀闸所在间隔的主设备的有功无功电流量测。根据上述平衡计算方法,对于满足平衡原理的相关关键量测的可信度加1;对于不满足平衡原理的相关关键量测的可信度减1,。通过全部平衡计算分析之后,每个节点内的关键量测i都有一个偏爱可信度ki,对于整个节点的偏爱可信度采用节点内全部量测可信度的平均值:
这样就形成了关键量测和节点的偏爱可信度rb。
进一步,根据电力系统节点支路模型构造方法,从当前系统中的电网结构构造出有向网络图。其中节点和节点之间的连接方向已经通过潮流方向确定。并根据网络图的节点链接的入度和出度信息形成节点网络图的状态转移矩阵:
其中n表示节点个数,矩阵中每一项根据公式(1)进行定义。
通过采用公式(2)中定义的基于有向图的排序算法进行迭代计算,计算每个节点的最终可信度。为此需要先对如下参数进行确定:(a)初始可信度向量r
0,即每个节点的初始可信度。采用概率论的原理,初始情况下,一个节点可信和不可信的可能性相同,同时综合考虑节点内的关键量测的静态初始可信度的均值进行确定;(b)偏爱向量ε,即每个节点的偏爱可信度,采用通过电力平衡计算分析之后的可信度作为偏爱可信度,通过归一化处理形成单位偏爱向量
(c)衰减因子α,该因子为了控制迭代计算的收敛速度。由于电网是典型的复杂网络,在文献[2]中说明了网页组成的互联网络也是典型的复杂网络,该网络的衰减因子可以控制在0.85左右,该参数可以根据长期实验效果进行修正确定;(d)迭代次数n,该参数表示迭代计算的次数,一般情况下通过衰减因子α已经能够控制迭代的收敛性,一次完整的迭代计算可能超过几十次,但是实际计算时,经过10次左右的计算,可信度已经很少变化,所以为了计算效率,这里取迭代次数10,该迭代次数也可以根据长期实验效果进行修正确定。
通过对初始可信度向量r0、偏爱向量ε、衰减因子α和迭代次数的参数确定之后,依据状态转移矩阵T,通过公式(2)进行迭代计算,得到每个节点的最终可信度rn。
进一步,把通过迭代计算得到的每个节点的最新可信度反馈到节点内的每个关键量测i上,通过如下公式计算关键量测i的最终可信度mi:
通过上述计算就形成了一种数据源的所有关键量测的最终可信度,对应所有数据源采用同样的计算过程,就形成每个数据源的所有关键量测的可信度。
通过对单个关键量测的所有数据源的可信度排序,选择可信度最高的数据源作为该关键量测的真正数据,用于后续的监视和分析,能够有效提高电量调度系统运行的准确性和可靠性。
根据本发明提供的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的另一个实施例,可以应用到4节点的系统中,以下将介绍该实施例应用到4节点系统的应用例。
首先将图4中4个节点根据一种数据源的信息赋予初始可信度(0.25,0.25,0.25,0.25),同时假设4个节点的对该数据源的偏爱可信度为(0.1,0.3,0.4,0,2)实际的计算中节点的偏爱可信度是通过节点内的该数据源的关键量测的偏爱可信度计算,取衰减因子为0.85。根据图2中4个节点的连接关系,形成如下转移矩阵:
然后采用公式(2)中定义的迭代算法进行迭代,最终得到4个节点的可信度为(0.071,0.273,0.240,0,257)。
进一步根据节点的最终可信度,计算节点内的关键量测点的可信度。比如第i个节点的量测的偏爱可信度k,则按照公式(5)的方法第i个量测的最终可信度为(0.071/0.1)*k。
通过对其他数据源的量测采用同样的计算方法,形成一个测点的多个数据源的最终可信度,取可信度最高的选作为该量测的真正监视数据。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
本发明提供的一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于有向图排序的电力调度系统多源数据质量评价方法的步骤。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。