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互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智慧售電關(guān)鍵技術(shù)——評(píng)估技術(shù)

2018-04-16 19:17:05 互聯(lián)網(wǎng)+智慧售電  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
當(dāng)電力消費(fèi)置于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,最大的變革在于用電行為、交易、過程、電力調(diào)度及分布能源生產(chǎn)等電能的全生命周期均建立在互聯(lián)網(wǎng)虛擬空間和基...

當(dāng)電力消費(fèi)置于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,最大的變革在于用電行為、交易、過程、電力調(diào)度及分布能源生產(chǎn)等電能的全生命周期均建立在互聯(lián)網(wǎng)虛擬空間和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過程建模、分析及優(yōu)化。因此,“互聯(lián)網(wǎng)+智慧售電”的實(shí)現(xiàn)即是一個(gè)數(shù)據(jù)獲取、傳輸、業(yè)務(wù)表達(dá)與價(jià)值發(fā)現(xiàn)過程。其中數(shù)據(jù)獲取主要依靠智能用電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),通過連接各種用電器、分布能源和檢測模塊,獲取各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息;數(shù)據(jù)傳輸主要依靠近距離通信、公共通信網(wǎng)絡(luò)等組成異構(gòu)融合的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)匯聚至云計(jì)算平臺(tái);數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)表達(dá)和價(jià)值發(fā)現(xiàn)主要依靠大數(shù)據(jù)組織、可視化、挖掘等技術(shù)完成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電力消費(fèi)過程。


5.1.4智能用電物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信重要性評(píng)估技術(shù)


電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為電網(wǎng)的重要組成部分,承載的業(yè)務(wù)量也變得越來越多,增長速度驚人,尤其是更多新能源設(shè)備、智能控制設(shè)備、智能家電等終端的接入使得電力物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,對(duì)安全性、可靠性評(píng)估也變得越來越重要。而電力通信網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)在很大程度上決定了電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性,對(duì)重要節(jié)點(diǎn)的重點(diǎn)維護(hù)和管理成為電力通信網(wǎng)的一個(gè)重要任務(wù)。


電力物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)決定了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性,電力通信網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的重要性表明了該節(jié)點(diǎn)在可能的故障情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響,使用定量的方法來對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估已經(jīng)成為電力通究的熱點(diǎn)。目前國內(nèi)外對(duì)電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的重要性評(píng)估主要存在下面一些方法:


(1)利用節(jié)點(diǎn)的度作為節(jié)點(diǎn)重要性的指標(biāo)。該方法中某節(jié)點(diǎn)的的鏈接的邊越多,那么該節(jié)點(diǎn)的重要性就越大。

(2)基于節(jié)點(diǎn)刪除的評(píng)價(jià)。該方法通過刪除某個(gè)節(jié)點(diǎn),看網(wǎng)絡(luò)的連通性的變化來分析節(jié)點(diǎn)的重要性。

(3)基于節(jié)點(diǎn)的介數(shù)的評(píng)價(jià),如果該節(jié)點(diǎn)的介數(shù)越大那么該節(jié)點(diǎn)越重要。

(4)通過節(jié)點(diǎn)緊密度來對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),緊密度越大則節(jié)點(diǎn)的重要性越強(qiáng)。


目前的電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估主要采用以上幾種方法,但是以上的方法都具有一些缺陷:以節(jié)點(diǎn)的度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)存在一定的片面性,如橋節(jié)點(diǎn)的度雖然不大,但重要性卻很強(qiáng);基于節(jié)點(diǎn)刪除的方如果刪除的是末梢節(jié)點(diǎn),那么就不能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)重要性的客觀評(píng)估;另外,由于介數(shù)和緊密度是對(duì)節(jié)點(diǎn)在全局的影響的定義,因此基于介數(shù)緊密度的方法也存在著一些不合理性。


目前,有關(guān)電力物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估的工作基本上都是以單一連接權(quán)值為主,還沒有將距離和帶寬都考慮進(jìn)評(píng)估模型的。而且,以往的電力通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估往往只利用單個(gè)的評(píng)價(jià)指標(biāo),而沒有有效的綜合多種評(píng)價(jià)指標(biāo),并且很多方法只針對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身,而忽略了網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)重。針對(duì)目前電力通信網(wǎng)評(píng)估存在的各種問題,利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和距離作為加權(quán),通過多種評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合來對(duì)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行評(píng)。由于采用多指標(biāo)的方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)重要性的評(píng)估分類,并且這種分類是一種無監(jiān)督的分類。日前,針對(duì)電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估的無監(jiān)督分類主要為K- means方法。 k-means方法為無監(jiān)督分類中的主要傳統(tǒng)方法,但是因?yàn)樵摲椒ɑ诰嚯x,故結(jié)果是圓形的聚類形狀,并不能很好地對(duì)復(fù)雜特征的融合進(jìn)行分類。針對(duì)該問題,采用了一種叫做快速密度聚類的方法,該方法發(fā)表在2014年的 Science期刊上,該方法不僅利用距離作為分類的度量,還利用密度作為分類的指標(biāo),有效解決了k-means方法的不足。在加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,基于快速密度聚類的方法,采用節(jié)點(diǎn)度、節(jié)點(diǎn)緊密度以及節(jié)點(diǎn)的介數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)電力通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)重要性進(jìn)行評(píng)估。利用某省的實(shí)際電網(wǎng)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),驗(yàn)證了該方法在電力通信網(wǎng)中的實(shí)用性。


1.節(jié)點(diǎn)重要性相關(guān)指標(biāo)分析


節(jié)點(diǎn)數(shù)為n,邊數(shù)為m的通信網(wǎng)有權(quán)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型可以用一個(gè)加權(quán)矩陣來描述,即

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邊權(quán)鄰接矩陣的矩陣元為WGij=Bij,如果節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)j之間有連接;WGij。=∞,如果節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間沒有連接。其中,WGij、Bij為節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間線路的權(quán)值。邊權(quán)代表節(jié)點(diǎn)間相互作用的強(qiáng)度或難易程度。如果節(jié)點(diǎn)之間的距離作為權(quán)值,權(quán)值越大表示兩點(diǎn)間的距離越大,作用越弱。如果節(jié)點(diǎn)之間的帶寬作為權(quán)值,則權(quán)值越大作用越大。本書中將距離和帶寬的權(quán)值進(jìn)行歸一化整合,距離和帶寬的權(quán)值各為50%。


網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的重要性不但與節(jié)點(diǎn)本身的度有一定關(guān)系,還與節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的度大小、節(jié)點(diǎn)的緊密度、節(jié)點(diǎn)的介數(shù)存在一定的關(guān)聯(lián),這指標(biāo)體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的影響力。節(jié)點(diǎn)的影響力包括直接影響力和間接影力,直接影響力反映節(jié)點(diǎn)本身影響其他節(jié)點(diǎn)的能力,如節(jié)點(diǎn)的度。同影響力反映節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)施加影響的能力,如節(jié)點(diǎn)緊密度介數(shù)。利用節(jié)點(diǎn)的度、節(jié)點(diǎn)的緊密度、節(jié)點(diǎn)的介數(shù)作為節(jié)點(diǎn)重要性的價(jià)指標(biāo)。


節(jié)點(diǎn)的度:節(jié)點(diǎn)i的度數(shù)k是指與該節(jié)點(diǎn)直接連接的邊數(shù),反映的聲是一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的直接影響力。具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)的度不會(huì)超過n-1。通常情況下,加權(quán)后節(jié)點(diǎn)i的強(qiáng)度Si定義為

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節(jié)點(diǎn)的緊密度:緊密度指標(biāo)C用于刻畫網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)到其他節(jié)點(diǎn)的難易程度,反映節(jié)點(diǎn)的間接影響力。其值定義為該節(jié)點(diǎn)到所有其他節(jié)點(diǎn)的距離之和的倒數(shù)。具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)到達(dá)所有其他節(jié)點(diǎn)的距離之和不會(huì)小于n-1,則歸一化的緊密度指標(biāo)Ci為

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對(duì)于加權(quán)網(wǎng)絡(luò),兩節(jié)點(diǎn)間的距離dij一般定義為連接兩節(jié)點(diǎn)間的最短路徑上邊的權(quán)值之和。
介數(shù)指選取復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中合適的靜態(tài)幾何參量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯嗳跣缘挠?jì)算。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的介數(shù)用參數(shù)bi表示,反映節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)連通中的重要程度。bi也反映了節(jié)點(diǎn)拓?fù)浯嗳跣裕?img alt="互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智慧售電關(guān)鍵技術(shù)——評(píng)估技術(shù)" src="http://www.zuoguai.cn/uploadfile/2018/0416/20180416072520383.png" />代表節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的脆弱程度,代表節(jié)點(diǎn)相對(duì)拓?fù)涞闹匾龋瑴y度了故造成的潛在影響程度,能夠直接找到最脆弱點(diǎn)。


2.快迷密度聚類


針對(duì)目前非監(jiān)督聚類存在的一些問題,采用快速密度聚類的方法進(jìn)行電力通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估分類。快速密度聚類算法的核心思想是:類簇中心被具有較低局部密度的鄰居點(diǎn)包圍,且與具有更高密度的任何點(diǎn)有相對(duì)較大的距離。基于這種思想,對(duì)于任意數(shù)據(jù)點(diǎn)i,需要計(jì)算兩個(gè)量:局部密度值pi以及點(diǎn)i到具有更高局部密度點(diǎn)的距離δi。Pi 和δi的值都與數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離dij有關(guān)(dij代表點(diǎn)i和點(diǎn)j之間的距離,文中用歐式距離表示)。任意數(shù)據(jù)點(diǎn)i的局部密度Pi如下定義


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其中dc是截?cái)嗑嚯x,如果dij-dc<0,那么x(dij-dc)=1,如果dij-dc≥0,那么就有X(dij-dc)=0。數(shù)據(jù)點(diǎn)i的局部密度Pi本質(zhì)上為數(shù)據(jù)點(diǎn)i距離為dc內(nèi)的點(diǎn)的個(gè)數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明分類結(jié)果對(duì)dc的大小選擇具有很高的魯棒性,及dc的大小對(duì)分類結(jié)果影響不大。算法中,對(duì)于dc的選擇規(guī)則為:使得點(diǎn)的平均鄰居數(shù)大概是數(shù)據(jù)集中點(diǎn)的總數(shù)的1%~2%。點(diǎn)i到具有更高局部密度點(diǎn)的距離δi定義為


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在算法中具有高B和相對(duì)較高的,的點(diǎn)可被認(rèn)為是類簇中心,類簇中心找到后,剩余的每個(gè)點(diǎn)被歸屬到它的有更高密度的最近鄰所屬類簇。類簇分配只需一步即可完成,不像其他算法要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行選代優(yōu)化。圖5-10的簡單示例展示了算法的核心思想,圖5-10(a)為聚類中心的尋找,圖5-10(b)為樣本點(diǎn)的聚類。

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圖5-10算法實(shí)例展示(一)
(a)聚類中心決策圖

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圖5-10算法實(shí)例展示(二)
(b)二維聚類圖


3.節(jié)點(diǎn)重要性分類結(jié)果


利用節(jié)點(diǎn)度、節(jié)點(diǎn)緊密度、節(jié)點(diǎn)的介數(shù)作為節(jié)點(diǎn)重要性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。節(jié)點(diǎn)的度的大小非常的直觀,反映了節(jié)點(diǎn)本身影響其他節(jié)點(diǎn)的能力力。一般情況下,度越大的節(jié)點(diǎn)重要性越大,但是對(duì)于某些橋節(jié)點(diǎn)來說卻不正確。間接影響力反映節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)施加影響的能力,如節(jié)點(diǎn)的緊密度和介數(shù)

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圖5-11  節(jié)點(diǎn)緊密度分析圖

 

圖5-11是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)密度分析從圖5-11可以看出,緊密度大的點(diǎn),其度未必很大,但是改點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸中的作用很大。圖5-12為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的脆弱性分析,節(jié)點(diǎn)的脆弱性代表了該節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)連通方面的能力,如過聯(lián)通能力強(qiáng),那么該節(jié)點(diǎn)遭到損毀后對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響就越大,即認(rèn)為脆弱性強(qiáng)。從圖5-12可以看出,節(jié)點(diǎn)的脆弱性并不和節(jié)點(diǎn)的度分布和緊密度呈完全的正相關(guān)關(guān)系。

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圖5-12  節(jié)點(diǎn)脆弱性分析


圖5-13給出了各種因素的分布,表5-3給出了這三種要素之間的相關(guān)性。從圖5-13中和表5-3中可以看出,這三種因素之間并不完全是正相關(guān)的關(guān)系。因此在節(jié)點(diǎn)重要性的度量上,需要綜合考慮這三種因素。

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圖5-13節(jié)點(diǎn)度、緊密度以及介數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

 

表5-3 各要素之間的相關(guān)關(guān)系

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利用快速密度聚類的方法對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性進(jìn)行評(píng)估。文中的要素為3個(gè),那么分類空間為三維。因此將快速密度聚類的方法由二維推廣至三維,應(yīng)用與節(jié)點(diǎn)重要性分類中,圖5-14給出了基于三種因素的聚類中心

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圖5-14基于快速密度聚類的聚類中心選擇圖

 

選擇圖,圖中的4個(gè)方塊即為我們所需的聚類中心,按照這4個(gè)聚類中心將所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類,聚類結(jié)果如5-14所示。

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圖5-15  節(jié)點(diǎn)的重要性聚類分布圖

 

圖5-15中三個(gè)維度代表三個(gè)聚類因素,即節(jié)點(diǎn)度、緊密度以及脆弱性。從圖5-15中可以看出,該方法可以很好地將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重要性分類。圖5-15中方形節(jié)點(diǎn)代表重要性很強(qiáng),星形代表該節(jié)點(diǎn)重要性比較強(qiáng),三角形代表該節(jié)點(diǎn)重要性一般,圓形代表該節(jié)點(diǎn)重要性很弱。在實(shí)際應(yīng)用中,方形代表的節(jié)點(diǎn)要引起足夠的重視。


圖5-16給出了電力通信網(wǎng)骨干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)重要性分類結(jié)果,從圖中可以很直觀地看出,我們采用的方法可以比較好地對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。

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圖5-16  電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的重要性分類圖

 

對(duì)于重要性一般的節(jié)點(diǎn)和重要性比較弱的節(jié)點(diǎn)來說,由于文中采用了距離和帶寬作為權(quán)值的一部分,因此一般重要性節(jié)點(diǎn)在距離和帶寬的加權(quán)值比重要性比較弱的節(jié)點(diǎn)大。這也就是圖5-16中一般重要性節(jié)點(diǎn)和重要性比較弱的節(jié)點(diǎn)的區(qū)別。

 

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責(zé)任編輯:電力交易小郭

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