基于配电网cps在线数据挖掘的优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种优化控制方法，具体涉及基于配电网CPS在线数据挖掘的优化控 制方法。
【背景技术】
[0002] 信息物理系统（Cyber Physical Systems，CPS)又叫信息物理融合系统，是随着信 息与通信技术的快速发展，在近几年涌现的一个新的研究领域，最早由美国国家基金委员 会（NSF, National Science Foundation)于2006年提出。CPS被认为有望成为继计算机、 互联网之后世界信息技术的第三次浪潮，其核心是计算、通讯、控制的融合，如图2所示。 CPS是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的 网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实 时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实 体，它包含了无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使得物 理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。
[0003] 随着智能电网的发展，配电网构成日益复杂，智能配电网在组织结构上包括电网 一次部分（分布式电源、馈线、变压器、负荷）、大量的数据采集设备（传感器、FTU、RTU以及 嵌入式数据采集设备）、先进高速通信网络（电力专用光纤网络、调度数据通信网、公共有 线Internet和无线网络）、控制中心和大量的计算分析资源，是典型的CPS。配电网CPS依 托现实世界丰富的信息监测设备，以及完善可靠的通信网络，实现配电网运行调度与其所 涉及的内部数据、外部数据等信息量的集成融合、相互使用。将配电网作为CPS，更好地描述 了现实配电网，并能对运行调度进行更加精确有效的控制。
[0004] 在智能电网的背景下，配电网CPS提供了海量数据，这些数据已成为电力企业进 行决策的基础。但是，单纯数据的积累并不能给电力企业带来益处，只有运用相关的技术手 段，对海量的数据进行深加工，发现隐含的信息并加以利用，进而指导电力企业做出正确的 决策，这样海量数据的作用才能发挥到极致。
[0005] 计算机技术和通信技术的迅猛发展将人类社会带入到了信息时代。为了进一步提 高数据信息的利用率，基于数据库的知识发现（Knowledge Discovery in Database，简称 KDD)及其核心技术--数据挖掘（Data Mining，简称DM)便应运而生了。KDD是从数据中 发现有用知识的整个过程，数据挖掘是KDD过程中的一个特定步骤。KDD的定义有若干个 版本，现在被普遍采用的定义如下：KDD是指从大量数据中提取有效的、新颖的、潜在有用 的和最终可理解的模式的非平凡过程。狭义上讲，数据挖掘是知识挖掘过程中的一个主要 步骤。但是配电网中的数据挖掘一般表示整个知识挖掘过程，是指从数据中提取隐含在其 中人们事先未知但又潜在有用的信息和知识，并将其最终表示成人们可理解模式的高级过 程。
[0006] 基于配电网CPS每天产生的海量运营数据。如何利用现有的技术和手段，从如此 众多的数据中发掘出潜在的价值，进而更好的控制配电网，提高配电网运行的安全性、可靠 性，是当前亟需解决的问题。
[0007] 实现配电网CPS的最终目标是增强对物理系统的控制能力。目前配电网采用相对 简单而固定的控制模式，控制的灵活性差，且由于难以实现系统范围内的最优控制而不得 不牺牲系统的整体运行效率。
[0008] 针对配电网在运行过程中不断产生和积累大量运行数据，已有不少学者研究运用 数据挖掘技术从中揭示隐藏在其背后的设备运行特点或规律，找出使配电网更加安全可靠 运行的方法，提高运行人员的决策水平。数据挖掘技术具有五大任务：预测（Prediction)、 分类（Classification)、关联规则分析（Association Rules Analysis)、聚类分析 (Cluster)、离群分析（Outlier Analysis)。目前，各类任务都已在电力系统中进行了应用。 但是基于数据挖掘的各类应用都没有把配电网作为CPS来考虑，也未考虑数据的实时性， 数据挖掘结果未能进一步作用于配电网中各种物理实体，未能实现配电网的整体综合化的 最优控制。
【发明内容】
[0009] 为解决上述问题，本发明提出基于配电网CPS在线数据挖掘的优化控制方法，包 括：将配电网CPS提供的海量历史数据和实时数据进行清洗，挖掘其潜在价值，找出数据间 关联关系，通过算例进行分析验证关联规则的有效性，并不断修正关联规则，将配电网CPS 提供的实时数据与挖掘结果进行匹配，输出结果并将其反馈给配电网CPS控制中心，实现 配电网的最优控制。
[0010] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0011] 基于配电网CPS在线数据挖掘的优化控制方法，包括：
[0012] (1)获取配电网CPS的数据源，对数据源进行清洗；
[0013] (2)建立数据源与控制量之间的关联规则模型，并进行数据挖掘；
[0014] (3)将实际配电网络作为算例，验证关联规则是否正确，若正确，转至步骤（4)，否 则修正关联规则；
[0015] (4)接收配电网实时数据与关联规则进行匹配，输出匹配结果。
[0016] 优选的，所述步骤（1)中获取配电网CPS的数据源的获取方法包括，在配电网CPS 中嵌入传感器，用于获取配电网CPS中的实时数据和历史数据。
[0017] 优选的，对数据源进行清洗包括，
[0018] 步骤（1-1)采用拉格朗日内插法，将数据源的缺失数据补齐；yn+1为缺失数据，则：
[0020] 其中，X1为数列中的第i个数据，η为数列所包含的数据量；设Xl^x 1, -,Xm和 y。，yi，…，yn为已知量。
[0021] 步骤（1-2)采用统计检测法分别计算数列X。，X1，…，Xn的平均值与标准差，获取数 据源中的疑似异常数据，其表达式为： CN 105184394 A 说明书 3/7 页
[0024] 基于切比雪夫定理，判断当前数据^是否为疑似异常数据；若Χ,>?+βσ:或者 $ 则X1为疑似异常数据；其中，ε为自定义因子。
[0025] 步骤（1-3)对所述疑似异常数据^进行分析，若所述X i由采集设备和/或采集通 道发生故障产生，则X1为错误数据；若为由线路故障产生，则X i为正确数据。
[0026] 进一步地，验证分析结果是否正确包括，将数据^与下一个数据采集周期采集到 的数据X1'进行对比，如果Xl' ·（l-λ) · (l+λ)，则Χι为正确数据，否则 错误数据；其中，λ为用户自定义常数，取值为5%。
[0027] 进一步地，验证完成后，对错误数据进行修正；所述数据修正方法与缺失数据补齐 方法相同。
[0028] 优选的，所述步骤（2)建立数据源与控制量之间的关联规则模型包括，定义数据 挖掘对象为数据项集I = U1, i2，…，ij，其包含m个不同数据项；ik为第k个数据项k = 1，2,…，m ;所述I中的元素个数即数据项集长度，长度为k的数据项集为k维数据项集；
[0029] 事件T为数据项集I的一个子集，每个事件均携带一个唯一标识tid与之相连，记 作Tl ;1为tid值；多个不同的事件构成事件数据库D ;
[0030] 设X为数据项集I中项的集合，如果IETI则表示事件T包含X。
[0031] 进一步地，所述关联规则为模型H F的蕴含式，有X C /，Fc / 且;Tn F = 0 包括支持度、置信度和相关度。
[0032] 优选的，通过执行所述步骤（2)的数据挖掘，获取支持度、置信度和相关度，具体 包括：
[0033] 设f G J为数据项集，B为事件集D中包含X的事件数量，A为事件集D中所有事 件的总数，所述数据项集X的支持度为Sup (X)，则：
[0035] 定义关联规则R的置信度Conf(R)，用于描述规则的可靠程度，??其中， X c /，y d /,且I n r = 0,则：
[0037] 所述相关度用于表征X和Y之间的相关程度，其表达式为：
[0039] 式中，Sup (Y)为事件D中包含Y的事件数量与事件D中所有事件总数之比。
[0040] 优选的，所述步骤（3)的验证方法具体包括，若Sup (X U Y) = Sup (X) Sup (Y)，表 示X独立于Y ;若相关度大于1，则X和Y为正相关，反之，若相关度小于1则模式X和Y为 负相关，将该规则删除。
[0041] 优选的，所述步骤（4)输出匹配结果包括：
[0043] 式中，SupnilA最小支持度，Sup _> 0 ;若数据项集满足最小支持度，则为频繁项 集；Confmin为最小置信度，Conf min> 0 ;Rel min为最小相关度，Rel min> 1〇
[0044] 与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
[0045] 本发明提出的方法的配电网CPS将全局控制与局部分散控制有机结合起来，使得 数据挖掘结果传输到配电网CPS的控制中心，配电网CPS可通过各种嵌入式控制系统对物 理设备进行局部控制，控制中心通过在线调整控制系统的参数和在必要时直接控制物理设 备协调优化整个系统，实现了配电网的闭环控制。
[0046] 将配电网CPS提供的海量历史数据和实时数据进行清洗，挖掘其潜在价值，找出 数据间关联关系，通过算例进行分析验证关联规则的有效性，并不断修正关联规则，将配电 网CPS提供的实时数据与挖掘结果进行匹配，输出结果并将其反馈给配电网CPS，实现配电 网的最优控制。
[0047] 充分利用配电网CPS输出的历史数据和实时数据，深度挖掘配电网潜在的、有用 的信息，将准确性高、及时性好、数据有效性良好的挖掘结果反馈给配电网CPS控制中心， 实现配电网的整体综合化的最优控制，必将在电力企业成本降低、配电网安全运行等方面 发挥重大作用。
【附图说明】
[0048] 图1为基于配电网CPS在线数据挖掘的优化控制方法流程图；
[0049] 图2为【背景技术】提供的CPS的核心示意图；
[0050] 图3为基于配电网CPS的闭环控制过程示意图。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0052] 如图1所示，针对配电网健全信息条件下，从健全信息的复杂性、矛盾性、冗余性 等特点，提出基于配电网CPS在线数据挖掘的优化控制方法，其中，配电网是典型的CPS ;
[0053] 具体步骤包括：
[0054] (1)获取配电网CPS的数据源，对数据源进行清洗；对配电网数据来源、信息状况 以及数据格式进行清洗，是本发明的前提与基础。
[0055] 步骤（1)的获取方法包括，在配电网CPS中嵌入传感器，用于获取配电网CPS中的 实时数据和历史数据。配电网CPS中的物理实体均嵌入了传感设备，以实现对