智能配用電多源大數(shù)據(jù)融合信息模型框架研究

摘要：針對智能配用電大數(shù)據(jù)平臺與配網(wǎng)子系統(tǒng)之間的信息集成與傳遞，提出一種基于配網(wǎng)大數(shù)據(jù)運行決策與運營分析流程的大數(shù)據(jù)融合信息模型。構(gòu)建由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、計算分析層、決策管理層以及評估規(guī)劃層構(gòu)成的瓦片金字塔模型，并通過計算索引樹查詢效率驗證了所提信息模型的有效性。

關(guān)鍵詞：智能配用電;多源大數(shù)據(jù);瓦片金字塔;信息模型

0? ? 引言

智能配用電（Intelligent Power Distribution and Utilization，IPDU）技術(shù)依托配網(wǎng)信息系統(tǒng)與社會公共數(shù)據(jù)，通過對多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)進行深入融合與挖掘[1-2]，分析配網(wǎng)運行態(tài)勢與趨勢，從而實現(xiàn)智能配網(wǎng)運行控制和運營管理的高效精準(zhǔn)決策。然而，由于已有配網(wǎng)相關(guān)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異，IPDU大數(shù)據(jù)平臺需要調(diào)用不同的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能，嚴(yán)重制約了平臺對數(shù)據(jù)識別提取的效率[3]。因此，根據(jù)IPDU技術(shù)結(jié)構(gòu)特征構(gòu)建多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)信息模型，對智能電網(wǎng)信息化建設(shè)具有較大意義，可有效提高配網(wǎng)運行決策效率[4-5]。

針對智能配用電多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合技術(shù)，根據(jù)智能配用電應(yīng)用功能技術(shù)實現(xiàn)過程的關(guān)聯(lián)特征，構(gòu)建了逐層關(guān)聯(lián)特征的大數(shù)據(jù)邏輯模型，并根據(jù)邏輯模型分層結(jié)構(gòu)設(shè)計物理模型。所提智能配用電大數(shù)據(jù)多源異構(gòu)信息模型通過對多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)層次化融合，實現(xiàn)配電網(wǎng)信息系統(tǒng)之間的高效無縫交互，且具有較好的數(shù)據(jù)融合性與可擴展性。

1? ? 智能配用電體系結(jié)構(gòu)

在智能配網(wǎng)運行調(diào)度控制過程中，配網(wǎng)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集電力系統(tǒng)與用戶的運行數(shù)據(jù)，并將量測數(shù)據(jù)與初級計算后的數(shù)據(jù)傳遞至大數(shù)據(jù)平臺。大數(shù)據(jù)平臺調(diào)用配網(wǎng)子信息系統(tǒng)相關(guān)計算結(jié)果與實際量測值，對配網(wǎng)運行態(tài)勢與趨勢進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果做出配網(wǎng)控制/管理決策，實現(xiàn)配網(wǎng)經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

智能配用電大數(shù)據(jù)平臺與配網(wǎng)運行相關(guān)子信息系統(tǒng)Sp（p=N+）的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)如圖1所示。

因此，有必要設(shè)計IPDU大數(shù)據(jù)信息模型，實現(xiàn)配用電多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)的有效融合，并將應(yīng)用功能與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成關(guān)聯(lián)關(guān)系，提升平臺的大數(shù)據(jù)提取與利用效率。

2? ? 多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)邏輯模型

2.1? ? 應(yīng)用功能與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

IPDU大數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用功能涉及配網(wǎng)態(tài)勢估計、狀態(tài)預(yù)測、運行控制決策以及網(wǎng)架建設(shè)規(guī)劃等一系列過程。

依據(jù)智能配用電技術(shù)實現(xiàn)的順序，可將功能集合分為圖2所示的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系。

由于計算功能與分析功能的前后邏輯順序功能存在一致性，將兩者進行合并，形成由量測F1、計算與分析F2、決策管理F3以及規(guī)劃評估F4組成的功能集合。功能集合之間由其輸入、輸出數(shù)據(jù)形成關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.2? ? 瓦片金字塔結(jié)構(gòu)邏輯模型

為進一步明確應(yīng)用功能輸入量與對應(yīng)數(shù)據(jù)層中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提升數(shù)據(jù)提取過程中的定位速度，構(gòu)建瓦片金字塔結(jié)構(gòu)的IPDU大數(shù)據(jù)邏輯模型。根據(jù)應(yīng)用功能—數(shù)據(jù)映射關(guān)系，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行拆分、合并，形成數(shù)據(jù)瓦片矩陣。如圖3所示，瓦片金字塔中各層瓦片矩陣代表一類數(shù)據(jù)，各層的數(shù)據(jù)量遵循自下而上逐層遞減約束，共分為四層：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、計算分析層、決策管理層以及評估規(guī)劃層。

邏輯模型中，上層數(shù)據(jù)層由下層或同層數(shù)據(jù)層計算分析后得到，且各數(shù)據(jù)層具有不同的時間尺度特征：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層中均為量測數(shù)據(jù);計算分析數(shù)據(jù)層為對量測數(shù)據(jù)分析后得到，其數(shù)據(jù)尺度具有較大的變化范圍;決策管理數(shù)據(jù)層包含了未來短期或中期時間尺度下的配網(wǎng)決策管理數(shù)據(jù);評估與規(guī)劃數(shù)據(jù)層則是配網(wǎng)和城市歷史決策的評估或遠景性規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2.3? ? 應(yīng)用功能數(shù)據(jù)提取效率

為論證根據(jù)邏輯模型形成的索引樹查詢效率，定義查詢空間Q={q1，q1，…，qR}。查詢路徑長度是衡量數(shù)據(jù)查詢效率的重要指標(biāo)，通?？啥x為查詢命令經(jīng)過的節(jié)點跳數(shù)[6]。當(dāng)IPDU應(yīng)用功能進行數(shù)據(jù)查詢請求時，節(jié)點跳數(shù)為3R。由于不同IPDU應(yīng)用功能的所屬數(shù)據(jù)存在交集，為了使信息模型所形成的文件盡可能小，須對數(shù)據(jù)進行二次分類，導(dǎo)致數(shù)據(jù)查詢過程中產(chǎn)生回溯，其節(jié)點跳數(shù)為4R+2r，r為交集中的數(shù)據(jù)個數(shù)。

因此，為提高應(yīng)用功能數(shù)據(jù)查詢提取效率，將IPDU數(shù)據(jù)根據(jù)應(yīng)用功能邏輯關(guān)聯(lián)形成瓦片金字塔結(jié)構(gòu)的邏輯模型及索引結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)用功能提取數(shù)據(jù)過程中的節(jié)點跳數(shù)，從而提高智能配用電大數(shù)據(jù)平臺運行效率。

3? ? 結(jié)語

智能配用電大數(shù)據(jù)平臺是智能電網(wǎng)、需求側(cè)管理等技術(shù)的重要平臺，因此，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺與配網(wǎng)子系統(tǒng)之間的信息有效交互，可為配網(wǎng)大數(shù)據(jù)計算、分析、決策提供數(shù)據(jù)支撐。針對配網(wǎng)多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)信息模型融合、交互與應(yīng)用，本文通過分析應(yīng)用功能邏輯關(guān)聯(lián)，提出瓦片金字塔結(jié)構(gòu)下的配用電大數(shù)據(jù)邏輯模型，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效融合，提升了智能配用電大數(shù)據(jù)平臺的決策效率。

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收稿日期：2020-09-01

作者簡介：吳舜裕（1988—），男，浙江杭州人，博士研究生，工程師，研究方向：智能配電網(wǎng)運行、電力大數(shù)據(jù)分析。