一种变电站系统对点时间响应性能检测方法及系统与流程

本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种变电站系统对点时间响应性能检测方法及系统。

背景技术：

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。在发电厂内的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中。按传统信息联调的模式、主站自动化人员和厂站调试人员需至少花费2-3个星期才能完成信号校核工作,尤其是新建变电站电源来自开断线路，需线路开断形成新建线路后的光缆通道，才能满足市调、地调等环节的联调工作，停电时间长达20天及以上，相应造成停电时间长、且相应增加停电经济损失。

电力系统远动为电力系统调度服务的远距离监测、控制技术，即管理和监控分布甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况的一种技术手段。

由于远动信息对点工作是利用主站端向子站端发送远动信息通讯报文，当前变电站系统对点时间响应性能检测方法需要大量的先验知识，并且仅依据阈值等人工经验对数据进行分析，使得数据的利用率很低，埋没了数据应有的价值，并未达到预期效果，最终导致检测精度低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变电站系统对点时间响应性能检测方法及系统，以解决现有技术中需要大量的先验知识，并且仅依据阈值等人工经验对数据进行分析，使得数据的利用率很低，埋没了数据应有的价值，并未达到预期效果，最终导致检测精度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种变电站系统对点时间响应性能检测方法，包括以下步骤：

步骤s1、基于变电站系统中包含的所有调度站点以及所述调度站点的调度日志构建用于变电站系统对点时间响应性能分析的调度站点样本矩阵；

步骤s2、利用多目标划分算法对所述调度站点样本矩阵进行集群划分以获得均衡变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率的最优质分析集群；

步骤s3、基于所述最优质分析集群对所述调度站点进行远动信息对点操作以安全和时效评判变电站系统的对点响应性能。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中，构建所述调度站点样本矩阵的具体方法包括：

将每个调度主站进行编码量化为调度站点样本矩阵的样本矩阵点ai，并将每个调度主站的调度日志量化为样本矩阵点的样本特征量[bj]；

结合所述样本矩阵点ai和所述样本特征量[bj]构建获得所述调度站点样本矩阵为

a=；

其中，，，n为调度站点总数目，m为样本特征的总类目。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中，还包括将所述调度站点样本矩阵a转化为相似度邻接矩阵w，包括：

依次计算调度站点样本矩阵a中每一项与其余项的欧氏距离，并生成相似度矩阵，所述欧氏距离计算公式为：

，

基于预设的相似度阈值，将所述相似度矩阵进行二值化转换生成相似度邻接矩阵，所述二值化转换公式为：；

其中，，，n为调度站点总数目，m为样本特征的总类目，、分别为调度站点样本矩阵a的第、个样本矩阵点的第j样本特征元素，为相似度邻接矩阵w的第行第列的矩阵元素，为相似度矩阵的第行第列的矩阵元素。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中，利用变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率构建对调度站点样本矩阵进行集群划分的多目标划分算法，包括：

数学量化所述对点时间响应性能分析精度生成精度效益目标，所述精度效益目标公式为：；

数学量化所述对点时间响应性能分析效率生成效率效益目标，所述效率效益目标公式为：；

利用最小化求解原则结合所述精度效益目标和效率效益目标构建所述多目标划分算法的多目标函数，所述多目标函数为：，

其中，为调度站点样本矩阵a中划分的第k个集群的样本矩阵点集合，，，，，为调度站点样本矩阵a的第个样本矩阵点，为调度站点样本矩阵a的第个样本矩阵点，m为调度站点样本矩阵a划分后的最优质分析集群总数，v为调度站点样本矩阵a中的样本矩阵点集合。

作为本发明的一种优选方案，利用多目标划分算法对所述调度站点样本矩阵a进行集群划分的具体方法包括：

步骤s201：对所述调度站点样本矩阵a中的所有样本矩阵点均分别量化为单个分析集群，并设定迭代次数；

步骤s202：依次计算分析集群和其余分析集群的适应度函数，保留适应度函数最大的两单分析集群进行融合归一生成融合集群实现融合迭代；

步骤s203：若融合迭代次数大于等于设定迭代次数，选取当前步骤s202中的融合集群作为所述最优质分析集群；若融合迭代次数小于设定迭代次数，返回步骤s202。

作为本发明的一种优选方案，所述依据适应度函数构建的具体方法包括：

基于目标函数线性标定获得适应度函数，其中，为扰动常数，为多目标函数；

依次计算两个分析集群融合的适应度值，并选取适应值最高的两个分析集群进行融合。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中，评判变电站系统的对点响应性能的具体方法包括：

随机在最优质分析集群中选取一个调度站点作为主站点，剩余调度站点作为副站点；

控制主站点发送通讯报文并同步记录所述通讯报文的发送时序，同步控制副站点接收报文并同步记录所述通讯报文的接收时序；

统计通讯报文的发送时序和接收时序间的时序差值作为所述变电站系统的对点响应效率的判别标准，统计主站点处发送的通讯报文和所述副站点处接收的通讯报文间的数据差值作为所述变电站系统的对点响应精度的判别标准。

作为本发明的一种优选方案，所述最优质分析集群中的集群对点响应效率和集群对点响应精度包括所述主站点和副站点的对点响应效率和对点响应精度的叠加。

作为本发明的一种优选方案，本发明提供了一种根据所述的变电站系统对点时间响应性能检测方法的检测系统，包括：

矩阵构建单元，基于变电站系统中包含的所有调度站点以及所述调度站点的调度日志构建用于变电站系统对点时间响应性能分析的调度站点样本矩阵；

集群划分单元，用于利用多目标划分算法对所述调度站点样本矩阵进行集群划分以获得均衡变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率的最优质分析集群；

性能评判单元，用于基于所述最优质分析集群对所述调度站点进行远动信息对点操作以安全和时效评判变电站系统的对点响应性能。

作为本发明的一种优选方案，所述性能评判单元包括通讯报文交换组件，响应效率解析组件以及响应精度解析组件，所述通讯报文交换组件分别设置在主站点和副站点处，用于传送通讯报文并同步记录通讯报文发送和接收时序，再分别传送至响应效率解析组件和响应精度解析组件，所述响应效率解析组件统计通讯报文发送和接收时序的时序差值，所述响应精度解析组件用于分别解析主站点处发送的通讯报文和所述副站点处接收的通讯报文并统计的通讯报文间的数据差值。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明将结构复杂的变电站系统中的调度站点依照层次聚类算法将台账参数、工况数据相似的调度站点划分为最优质分析集群，实现对分析精度和分析效率的最佳均衡，最终保障对点变电站系统的对点响应性能分析脱离阈值比对，分析结果更加可靠，并且在对调度站点集群划分过程中利用网络层次内聚特性，避免依赖先验知识，降低计算复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的变电站系统对点时间响应性能检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的对点时间响应性能分析网络结构示意图；

图3为本发明实施例提供的最优质分析集群结构示意图；

图4为本发明实施例提供的检测系统结构框图。

图中的标号分别表示如下：

1-矩阵构建单元；2-集群划分单元；3-性能评判单元。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明提供了一种变电站系统对点时间响应性能检测方法，包括以下步骤：

步骤s1、基于变电站系统中包含的所有调度站点以及调度站点的调度日志构建用于变电站系统对点时间响应性能分析的调度站点样本矩阵；

步骤s1中，构建对点时间响应性能分析网络的具体方法包括：

步骤s1中，构建调度站点样本矩阵的具体方法包括：

将每个调度主站进行编码量化为调度站点样本矩阵的样本矩阵点ai，并将每个调度主站的调度日志量化为样本矩阵点的样本特征量[bj]；

结合样本矩阵点ai和样本特征量[bj]构建获得调度站点样本矩阵为a=；

其中，，，n为调度站点总数目，m为样本特征的总类目。

步骤s1中，还包括将调度站点样本矩阵a转化为相似度邻接矩阵w，包括：

依次计算调度站点样本矩阵a中每一项与其余项的欧氏距离，并生成相似度矩阵，欧氏距离计算公式为：

，

基于预设的相似度阈值，将相似度矩阵进行二值化转换生成相似度邻接矩阵，二值化转换公式为：；

其中，，，n为调度站点总数目，m为样本特征的总类目，、分别为调度站点样本矩阵a的第、个样本矩阵点的第j样本特征元素，为相似度邻接矩阵w的第行第列的矩阵元素，为相似度矩阵的第行第列的矩阵元素。

其中，被划分到同一集群中的调度站点具有同类型响应或同一功能性模块，因此可采用同种类型响应分析，同时归属于同一集群中的所有调度站点具有联动属性，一旦某一调度站点响应呈异常状态，能在其归属的集群内进行关联追溯获得其余受影响处于异常状态的调度站点，可快速提高分析效率。

样本特征量是对调度日志的特征量化提取，调度日志中包含调度站点的工况和台账数据，样本特征量即为工况和台账数据的提取，用于计算调度站点间工况和台账数据的相似度，可了解调度站点间的关联特征，最终构建出调度站点间的相似度邻接矩阵，比如：，则表示表征调度站点的样本矩阵点和间存在关联性，即表征调度站点的样本矩阵点出现异常会关联追溯至表征调度站点的样本矩阵点，，则表示表征调度站点的样本矩阵点和间不存在关联性，即表征调度站点的样本矩阵点出现异常与表征调度站点的样本矩阵点不存在影响。

可以理解的是，本实施例的基于集群分析对变电站系统进行响应分析，充分利用变电站系统各调度站点工况的关联性，并非单一对调度站点进行切割分析，导致忽视了变电站系统的复杂性、不确定性和模糊性，最终提高分析准确性和合理性。

步骤s2、利用多目标划分算法对调度站点样本矩阵进行集群划分以获得均衡变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率的最优质分析集群；

步骤s2中，利用变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率构建对调度站点样本矩阵进行集群划分的多目标划分算法，包括：

数学量化对点时间响应性能分析精度生成精度效益目标，精度效益目标公式为：；

数学量化对点时间响应性能分析效率生成效率效益目标，效率效益目标公式为：；

利用最小化求解原则结合精度效益目标和效率效益目标构建多目标划分算法的多目标函数，多目标函数为：，

其中，为调度站点样本矩阵a中划分的第k个集群的样本矩阵点集合，，，，，为调度站点样本矩阵a的第个样本矩阵点，为调度站点样本矩阵a的第个样本矩阵点，m为调度站点样本矩阵a划分后的最优质分析集群总数，v为调度站点样本矩阵a中的样本矩阵点集合。

可以理解的是，利用和作为集群划分的目标函数，越大，集群的平均内度越大，即集群内的节点连接关系越为密切，且集群数目越多，集群规模普遍较小；越小，集群的平均外度越小，即集群间的节点连接关系越为稀疏，且集群数目越少，集群规模普遍较大。这两个互补的项体现了优质的集群划分的两个方面，需要在二者之间权衡，取一个折衷点。

对进行最小化修正，可转化为多目标优化的减小会使网络趋向于划分为很多自身紧密度非常高的小集群，而的减小会使网络趋向于划分为一些与网络中其他部分连接稀疏的大集群。因此，这两个互补项反映出一个好的集群划分的两个基本方面，而模块度密度是在这两者之间的一个本质折衷。和都有平衡对方想增加或减少集群个数的趋势，并且都与模块度密度相关，可以克服分辨率限制的问题，因此将和作为集群划分的目标函数，利用的网络本身的层次内聚特性，避免依赖先验知识，从而减少了各种先验知识的实时采集，最终降低了数据传输、运算和存储的压力。

利用和作为集群划分的目标函数还可以将集群控制在最优规模的同时保证集群划分的精度最高，最优规模保障了对点时间响应性能分析的效率最高，避免出现超大规模导致对点时间响应性能分析的时间过长，影响最终分析效率，集群划分的精度最高保障了对点时间响应性能分析的精度最高，避免集群的错误划分导致对点时间响应性能分析的分析错误，影响最终分析精度。

利用多目标划分算法对调度站点样本矩阵a进行集群划分的具体方法包括：

步骤s201：对调度站点样本矩阵a中的所有样本矩阵点均分别量化为单个分析集群，并设定迭代次数；

步骤s202：依次计算分析集群和其余分析集群的适应度函数，保留适应度函数最大的两单分析集群进行融合归一生成融合集群实现融合迭代；

步骤s203：若融合迭代次数大于等于设定迭代次数，选取当前步骤s202中的融合集群作为所述最优质分析集群；若融合迭代次数小于设定迭代次数，返回步骤s202。

依据适应度函数构建的具体方法包括：

基于目标函数线性标定获得适应度函数，其中为扰动常数，为多目标函数；

依次计算两个分析集群融合的适应度值，并选取适应值最高的两个分析集群进行融合。

可以理解的是，选取适应度值高的分析集群进行融合，可保证精度效益和效率效益，从而得到更精确和更综合的集群结构。

如图2-3所示，举例说明，调度站点样本矩阵的集群为1、2和3个集群，集群1中包括调度站点1-6，集群2中包括调度站点7-10，集群3中包括调度站点12-14，其中集群1中的调度站点采用同种分析方式进行响应分析，若其中调度站点2出现响应异常，同步追溯调度站点1、3、4、5和6进行响应分析，以集群形式进行响应分析，快速提高分析效率。

步骤s3、基于最优质分析集群对调度站点进行远动信息对点操作以安全和时效评判变电站系统的对点响应性能。

步骤s3中，评判变电站系统的对点响应性能的具体方法包括：

随机在最优质分析集群中选取一个调度站点作为主站点，剩余调度站点作为副站点；

控制主站点发送通讯报文并同步记录通讯报文的发送时序，同步控制副站点接收报文并同步记录通讯报文的接收时序；

统计通讯报文的发送时序和接收时序间的时序差值作为变电站系统的对点响应效率的判别标准，统计主站点处发送的通讯报文和副站点处接收的通讯报文间的数据差值作为变电站系统的对点响应精度的判别标准。

最优质分析集群中的集群对点响应效率和集群对点响应精度包括主站点和副站点的对点响应效率和对点响应精度的叠加。

利用移动式国产北斗卫星对时技术应用在远动信息对点工作，通过分析对点过程的报文提取时间以及信息丢失比对计算响应效率和响应精度。

如图4所示，基于上述变电站系统对点时间响应性能检测方法，本发明提供了一种检测系统，包括：

矩阵构建单元，用于基于变电站系统中包含的所有调度站点以及调度站点间的流向电流构建对点时间响应性能分析网络；

集群划分单元，用于利用集群划分模型对对点时间响应性能分析网络进行集群划分以获得均衡变电站系统的对点时间响应性能分析精度和分析效率的最优质分析集群；

性能评判单元，用于基于最优质分析集群对调度站点进行远动信息对点操作以安全和时效评判变电站系统的对点响应性能。

性能评判单元包括通讯报文交换组件，响应效率解析组件以及响应精度解析组件，通讯报文交换组件分别设置在主站点和副站点处，用于传送通讯报文并同步记录通讯报文发送和接收时序，再分别传送至响应效率解析组件和响应精度解析组件，响应效率解析组件统计通讯报文发送和接收时序的时序差值，响应精度解析组件用于分别解析主站点处发送的通讯报文和副站点处接收的通讯报文并统计的通讯报文间的数据差值。

本发明将结构复杂的变电站系统中的调度站点依照层次聚类算法将台账参数、工况数据相似的调度站点划分为最优质分析集群，实现对分析精度和分析效率的最佳均衡，最终保障对点变电站系统的对点响应性能分析脱离阈值比对，分析结果更加可靠，并且在对调度站点集群划分过程中利用网络层次内聚特性，避免依赖先验知识，降低计算复杂度。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。