调度数据挖掘系统设计与应用

南京易司拓电力科技股份有限公司 郑 杰

调度自动化系统作为供电企业电网运行监控中最重要的自动化系统之一，在建设投入实用化运行后，供电公司各部门对于变电站各类遥信、遥测数据及各类上报报表数据大部分由SCADA系统作为数据源。然而在应用过程中发现对于异常数据无法自动过滤，导致生成的报表无法满足特殊运行方式下的需求，如母线接地时电压对合格率的影响及突变数据无法反映正常运行下的极值信息等；另外在SCADA系统上定义报表是采用每个格子都需单独拖拽的模式，不具备自动拓展功能，对于在特殊时间特别是在迎峰度冬、迎峰度夏期间，各部门要求的报表数量多、需花费很多时间和人力在SCADA系统上进行报表定义。SCADA定义的出来的格式也相对单一，数据出来后需进行二次加工，无法及时满足各部门对报表直接需求。

然而根据SCADA系统的重要性及对生产、运行和管理的影响程度，一般不会因个别需求进行改造升级；为满足上述供电企业对SCADA系统数据实用化的要求，拟建立一套调度数据挖掘系统，满足国家电网各部门对数据的需求和应用。

1 系统设计

系统整体架构共分为接口层、平台层和应用层。接口层主要部署连接SCADA服务器进行模型和数据获取的接口程序；接口层将数据接入后由平台层进行数据过滤、计算和存储，以及对存储后的数据进行报表生成，便于应用层进行报表定义和查看；应用层是将存储的模型和数据进行WEB应用，包含综合展示、数据查询、报表管理和系统运维。

接口层包含模型接口和数据接口。其中模型接口功能是模型获取和解析，SCADA服务器将厂站定义、遥测定义、遥信定义、计算量定义、电度量定义等导出XML模型，将模型存放到指定目录。调度数据挖掘系统通过接口定时获取该模型，获取到模型后，根据IEC61970中的CIM规范，基于厂站定义、遥测名称，自动抽取变电站主变、主变高中低压侧线圈、母线、母线分段、线路间隔、所用变间隔、电容器等电网设备信息，可在系统中实现电网一次接线图。

在抽取电网设备的基础上，对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等数据类型按量测类型进行管理，对遥测按照量测进行自动抽取管理，并与电网设备、量测类型进行关联。当厂站、遥信/遥测名称变化时，SCADA系统自动更新厂站、遥信/遥测名称、系统通过新获取的XML文件获取最新模型信息，实现模型实时同步变更。

数据接口采用只读用户直接登录SCADA三区数据库，直接读取SCADA系统5分钟采样库数据，包括遥测数据、遥信数据（实时数据或变位信息）、计算量数据、电度量数据（含峰谷信息）等。将读取的数据参照电力系统标准E文件方式生成数据文件，再将数据文件解析入库。当SCADA采样间隔5分钟结束时，系统自动获取该5分钟数据以实现同步，也可以延后获取；系统在每天零点对前一天数据进行整理，自动对未获取到的数据进行补获；系统也提供人工获取数据的界面，可人工下发数据补采任务，按指定的时间段和指定的遥测、遥信量进行获取。

系统平台层包含数据过滤模块、数据计算模块和报表生成模块。在数据进行计算前，由数据过滤模块先进行数据过滤来保证最终结果的正确性和合理性。数据过滤主要根据设置的异常限值、过滤规则等进行数据的自动或人工过滤、修改，以满足运行、分析和管理需要为宗旨。设置错误数据限值，绝对值限值、变化率限值等；过滤规则如下：

对突变、不合理数据进行自动过滤，并填入前一点数据或随机数据；对电压、功率因数类遥测的明显错误数据：每类电压根据电压等级有缺省的错误数据上下限值，功率因数一般不低于0.5，进行自动过滤，并填入前一点数据；根据遥信信息，对“零漂”情况进行自动判断并剔除处理；根据设置的时间间隔对遥信误动情况进行自动判断并剔除处理；以上自动过滤处理功能均支持人工触发；以上所有的过滤和替代均记录详细的事件，并支持处理后触发重新统计。

数据计算模块主要是针对过滤后的数据进行数据计算，计算出最终报表生成需要的数据，避免在报表生成时再进行计算，保证报表生成的速度。数据计算是在剔除上述所有异常数据、突变数据、零漂数据、不合理数据、零值数据、转供时间段、免考核时间段数据情况下进行。计算方式如下：5分钟统计：系统统计遥测、计算量5分钟间隔数据的小时最大/小值及发生时间、平均值，日最大/小值及发生时间、平均值。对月、季、年的极值，根据日统计极值进行应用即时统计；整点统计：系统统计遥测、计算量整点数据的日最大/小值及发生时间、平均值。对月、季、年的极值，根据日统计极值进行应用即时统计；遥信统计：根据5分钟数据统计变位情况并统计变位次数。

数据计算除对数据常规统计和小指标统计外，为确保统计结果满足运行方式管理、分析等需要，设置如下计算规则：最小值零值过滤：对停电、未投入等情况，出现零值在统计时需要剔除，以确保统计结果的最小值真正为运行时的最小值；对电压、功率因数类遥测的不合理数据：每类电压根据电压等级有缺省的合理数据上下限值，功率因数一般不低于某限值，在过滤错误数据的基础上可进一步考虑合理数据，非合理数据统计时自动剔除、不参与统计；设置的线路转供关系对转供情况进行自动判断，支持人工的确认；根据实际运行方式设置单个遥测、单个变电站、所有变电站的免统计、免考核时间点或时间段。

2 系统应用

系统应用主要分为综合展示，报表管理、数据查询、负荷转供分析、和系统运维。综合展示主要以柱状图、饼图等形式展示该地区全区、网供有无功数据，以及各行业负荷数据。

报表管理提供报表定义和修改，以通过链接的方式打开报表定义模块。为方便定义，报表定义采用Excel类似的窗口界面，使其具备简捷、灵活等特点。为提高报表定义的灵活性，模块设计有拓展格、父子格、排序、控件等功能。除了传统的表格拖方法外，模块设计有数据集和程序集两种集成方法，通过数据集可以随意编写SQL语句来实现数据的获取，也可以通过特定的程序集来实现获取，只需要输入展示的设备类型、数据类型、数据项和日期等信息，即可实现同类设备的同类数据全部展示，想要实现多种设备和多种数据的展示，可通过定义多个程序集来关联实现获取数据集与程序集合并实现。这种设计方式极大的增加了报表定义的速度和灵活性，能节省大量的人力投入。

可利用多个程序集与多个数据库来实现的一张早会报表，此报表大概20分钟定义完成，实现效果如表1所示。只需要定义一张模板，就能实现各区域电网最大最小负荷、最大最小电量、电量同比环比的展示，并且报表的生成速度很快，由于所需数据在数据计算模块已完成计算，大部分报表只需要几秒钟就能完成生成。由于设计模板包含程序集，在后期电网运行中，区县局或设备的名称修改和增删不需要人工在报表里添加，只需要定期更新模型后系统会自动识别并展示在所需的报表内。

表1 早会报表

同时报表还设计可设置电压等级、类型、时间等属性，以此来保证报表使用的灵活性。同时一张报表模板也可复用，只需在原报表下新建实例即可使用原报表格式和属性，再人工勾选需要的变电站、线路或量测等，以此可减少人工成本。系统提供历史报表功能，就是设置报表生成的时间，系统会根据时间自动执行报表生成任务，将报表生成到指定目录，当需要报表时只需点击下载即可。报表管理也提供低频低压方案配置，以及报表授权和报表角色管理。

数据查看是查看设备的5分钟数据和统计数据。显示控制区下线路、负荷，主变、母线昨日、当日、某日或时段的遥测信息，可按照图形展示和表格展示，以5分钟为最小查询间隔。

负荷转供分析设计提供一种过载情况下的负荷分析方案（图1），在设置有环网的条件下，选择需要分析的变电站及对应转供类型，可查询某时刻点对应负荷可否转供的情况。系统为过载的线路提供转供辅助决策方案，设计利用供电可靠性的配电网负荷转供优化方法，通过配电网负荷转供分层优化、优化算法设定以及供电可靠性约束条件设定，完成负荷转供优化方法设计。实现负荷可转供线路、负荷不可转供线路可视化展示、并提出辅助决策结论。该设计在一定程度上为配电网应急恢复方面提供了解决办法，提高供电可靠性、节约供电成本。系统运维主要是对使用人员的账号信息和访问权限进行管理。

图1 转供实现步骤

综上，调度数据挖掘系统通过接入SCADA系统的模型和数据，具备数据侦查、异常数据过滤、小指标统计等优点，避免了异常数据、零漂数据、零值数据对报表结果的影响，提高了数据统计的准确性；系统通过定制的报表工具，利用数据集与程序集的结合，由原来一张报表需几个部门人员定义维护到只需一个专业人员维护、从一张报表定义几个小时到定义几分钟，极大提高了工作效率、降低了成本。调度数据挖掘系统具有报表应用的优越性，可作为SCADA及其他系统的报表模块，具备很高的市场应用价值。