（系统工程专业论文）数据挖掘技术在电力营销系统线损计算中的应用研究.pdf

a p p l i c a t i o no fd a t am i n i n gi nl i n el o s s e sc a l c u l a t i o nf o re l e c t r i cp o w e r m a r k e t i n gs y s t e m b y z h uj i e b e ( x i a ni n s t i t u t eo f p o s ta n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g l n s y s t e me n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rh a ox i a o h o n g s e n i o re n g i n e e rw a n gw e i z h o u j u n e ，2 0 1 1 8125 8 8删脚y 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：朱i 毛日期：2 0 1 1 年石月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：加f ，年 日期：力7 年 占月7 e l 乡月7 日 ， 顺f 学f ? i i 仓乏 目录 摘要i a b s t r a c t i i 插图索引i i i 附表索引i v 第l 章绪论1 1 1 课题的研究背景及意义1 1 2 理论线损计算的研究现状3 1 3 数据挖掘技术的研究现状3 1 4 本文的主要工作及研究内容5 第2 章电力营销系统的线损计算6 2 1 电力营销系统概述6 2 1 1 电力营销系统的业务范围6 2 1 2 电力营销系统的数据来源及特点6 2 2 线损及理论线损计算7 2 2 1 理论损耗计算原理8 2 2 2 实际损耗计算原理1 0 2 3 线损分析与降损措施1 3 2 3 1 常见的线损分析方法1 3 2 3 2 降损措施1 5 2 3 3 配电系统可靠性指标1 5 2 4 线损计算的软件实现16 2 5 小结2 1 第3 章数据挖掘在线损计算中的设计方案2 2 3 1 数据挖掘概述2 2 3 1 1 数据挖掘的过程2 2 3 1 2 数据挖掘的主要技术2 3 3 1 3 数据挖掘的商业流程2 4 3 2 数据预处理2 4 3 3 聚类分析2 7 3 3 1k 均值聚类2 8 3 3 2 层次聚类2 9 3 4 数据挖掘技术应用在线损计算中的设计方案3 1 3 5 小结3 2 麴掘杉! 揭 l 靛nf u j 。y 钾i i 系统线强汁铮f j 的f j j r 丌f i j r 了( 量i li!i i ii iilll i 皇 第4 章数据挖掘在线损计算中的实现与分析3 3 4 1 数据挖掘软件s p s s 3 3 4 2 数据的导入3 4 4 3 聚类分析的仿真实现过程3 6 4 3 1 异常数据处理的仿真实现3 6 4 3 2k 一均值聚类的仿真实现4 l 4 3 3 层次聚类的仿真实现4 4 4 4 仿真结果的分析和讨论4 7 4 5 小结5 0 结论与展望5l 参考文献5 2 致谢5 6 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 7 附录b 层次聚类分析各样本的距离矩阵5 8 i i 顺f f ? ii 仑之 曼曼量皇曼曼曼皇曼曼曼曼曼蔓曼曼皇曼曼鼍曼皇曼皇曼曼皇曼曼曼鼍蔓曼蔓曼皇皇i：- - 一 i i 皇曼曼曼曼曼曼! 曼曼! 曼曼曼! 皇 摘要 线损率是国家考核电力企业供电质量的综合经济技术指标，合理、 准确的线损计算是电力部门能耗计算、统计、分析和指导降损工作的基 础，如何对营销系统产生的海量数据进行有效利用以得到准确的理论线 损是电力营销系统亟待解决的关键问题。而线损误差与原始数据的准确 性、数学模型的准确性和数学方法的精确性等有关，但主要误差是由原 始数据不准确造成的。 本文以国家电网公司2 0 10 年研究开发项目( 国家电网发展( 2 0 l0 ) l5 1 号) 为背景，针对原始数据不准确的问题，设计了数据挖掘技术在 线损计算中的应用方案，实现了对参与线损计算的原始数据的预处理， 保证了原始数据的准确和齐备。方案利用聚类分析“物以类聚 的思想 对海量的历史数据进行处理，使正确的原始数据更快地聚集在一起，剔 除掉异常数据，以得到更加准确的线损计算结果。 本文还针对原始数据不完备问题，提出了缺失值的替换方法，即依 据原始数据的实际特点用不同类型的值进行替换，使其更逼近实际数据。 文章使用数据挖掘软件s p s s 分别对上文提出的两种方法进行了仿真， 将仿真结果代入理论线损在线系统进行计算，结果表明原始数据经过数 据挖掘技术处理后得到的理论线损更加接近实际线损，在证明了原始数 据准确性的同时，也验证了该方法的可行性、有效性和优越性。 关键词：电力营销；线损计算；数据挖掘；聚类分析；数据预处理 数荆j 把 l 衣n f u j 。y 销系统? t 损汁铮f j 的f j j 用研彳 a b s t r a c t t h el i n el o s sr a t ei sa ni m p o r t a n tc o m p r e h e n s i v et e c h n i c a li n d i c a t o rw h i c hi su s e d t oa s s e s st h eq u a l i t yo fp o w e rs u p p l ye n t e r p r i s eb yt h ec o u n t r y ar e a s o n a b l ea n d a c c u r a t el o s s e sc a l c u l a t i o ni st h ef o u n d a t i o no fe n e r g yc o m p u t a t i o nc a l c u l a t i o n ， s t a t i s t i c s ，a n da n a l y s i st og u i d et h el o s sr e d u c t i o nw o r ki ne l e c t r i c i t ys e c t o r t h e c r u c i a lp r o b l e mf o rt h ep o w e rm a r k e t i n gs y s t e mi sh o wt om a k ef u l lu s eo fl a r g ed a t a t og e tt h ea c c u r a t et h e o r e t i c a ll i n el o s s e s a n dt h el i n el o s s e se r r o ri sr e l a t e dt ot h e a c c u r a c yo fr a wd a t a ，m a t h e m a t i c a lm o d e l sa n dm a t h e m a t i c a lm e t h o d s ，b u tt h em a i n e r r o ri sc a u s e db yt h ei n a c c u r a c yo fr a wd a t a o nt h e b a c k g r o u n do ft h e s t a t eg r i dc o r p o r a t i o n r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t p r o j e c t si n 2 010 ( s t a t ep o w e rg r i dd e v e l o p m e n t ( 2 010 ) 151 ) ，t h ep a p e rd e s i g n st h e a p p l i c a t i o ns c h e m eo fa p p l y i n gt h ed a t am i n i n gt e c h n o l o g yi nl i n el o s s e sc a l c u l a t i o n t ot h eq u e s t i o no ft h ei n a c c u r a c yo fr a wd a t a ，w h i c hr e a l i z e sp r e p r o c e s s i n go ft h er a w d a t ap a r t i c i p a t e di nt h el i n el o s s e sc a l c u l a t i o nt oe n s u r et h ea c c u r a c ya n di n t e g r i t yo f t h er a wd a t a t h es c h e m eu s e st h ei d e a “b i r d so faf e a t h e rf l o c kt o g e t h e r o ft h e c l u s t e r i n ga n a l y s i st op r o c e s st h el a r g eh i s t o r i c a ld a t a t h ea c c u r a t er a wd a t ac a nb e g o tt o g e t h e rf a s t e r ，w h i l et h ei n a c c u r a t ed a t a a r er e m o v e d ，s oi tc a no b t a i nm o r e a c c u r a t er e s u l t so ft h el i n el o s s e sc a l c u l a t i o n t ot h eq u e s t i o no ft h ei m p e r f e c td a t a ，t h ep a p e rp r o p o s e st h em e t h o do fr e p l a c i n g t h em i s s i n gv a l u e a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lc h a r a c t e r i s t i co ft h er a wd a t a ，t h ep a p e r t a k e st h ep l a c eo ft h em i s s i n gv a l u eb yt h ed i f f e r e n tk i n d so fd a t at oa p p r o a c ht h er e a l d a t a t h et w om e t h o d sm e n t i o n e da b o v ea r es i m u l a t e db yt h ed a t am i n i n gs o f t w a r e s p s s t h e nc a r r yt h es i m u l a t i o nr e s u l t ss u b s t i t u t i o nt ot h eo n l i n et h e o r e t i c a ll i n e l o s s e sc a l c u l a t i o ns y s t e m ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et h e o r e t i c a ll i n el o s s e sw h i c ha r e o b t a i n e da f t e rt h ep r o c e s s i n go fd a t am i n i n gt e c h n o l o g ya r ec l o s e rt ot h er e a l l i n e l o s s e s t h er e s u l t sp r o v et h ea c c u r a c yo ft h er a wd a t a ，a n dt h ef e a s i b i l i t y , e f f i c i e n c y a n ds u p e r i o r i t yo ft h em e t h o d s k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t i n g ；l i n el o s sc a l c u l a t i o n ；d a t am i n i n g ；c l u s t e r i n g a n a l y s i s ；d a t ap r e p r o c e s s i n g i i 顺l + 学f ? ，论殳 插图索引 图2 1 分线路统计计算实例10 图2 2 低压台区实例1 1 图2 3 变压器实例1 1 图2 4 只有一个计量表图例l2 图2 5 变压器桥型接线图例12 图2 61o k v 环网线路图例12 图2 7 实际线损与理论线损的比对分析流程图14 图2 8 理论线损在线分析系统框图16 图2 9“导线参数”界面17 图2 10 “变压器参数”界面17 图2 1 1“母线连接线参数”界面17 图2 12“开关参数 界面18 图2 13“发电机参数：运行数据输入 界面18 图2 14“发电机参数：有功出力”界面18 图2 15“负荷参数”界面19 图2 16“电容器参数 界面19 图2 17 甘肃某区输电网内层显示效果图2 0 图2 18 输电网外层显示效果图2 0 图3 1 数据挖掘过程2 2 图3 2 数据挖掘应用在商业中的流程图2 4 图3 3 数据预处理2 5 图3 4k 一均值算法框图2 8 图3 5 数据挖掘在线损计算中的应用框图31 图4 1 数据成功导入图3 4 图4 2 甘肃某地区潮流遥测描述图3 5 图4 3 甘肃某地区潮流遥测数据图3 5 图4 4 甘肃某地区潮流遥测合并数据图3 6 图4 5 成功导入到s p s s 中的数据表3 6 图4 6 “汇总数据 对话框3 7 图4 7 “汇总数据：汇总函数”对话框3 7 图4 8 仿真数据及结果文件3 8 i i i 数据掺恫j l 术仃l u ，一销系统? 州汁钎中| f l 勺f j j r 订研究 图4 9“定义简单点图”对话框3 8 图4 10 原始数据的简单点图3 9 图4 1 1 可能异常数据经过均值替换后的简单点图3 9 图4 12 可能异常数据经过中值替换后的简单点图4 0 图4 13 “替换缺失值”对话框4 1 图4 14k 一均值聚类数据图41 图4 15 层次聚类前数据图4 4 图4 16 层次聚类分析冰柱图4 6 图4 17 层次聚类分析树形图4 6 图4 18 层次聚类后数据图4 7 图4 19 重损线路损耗对比柱状图4 9 图4 2 0 重损变压器损耗对比柱状图4 9 i v 数州掺把 上术介f 也力，【i ；： ：l j 系统? e 5 1j r 镩【 】的膨用m 究 表4 表4 表4 表4 附表索引 常用的可靠性经济评价指标1 6 聚类数为2 的初始类中心点4 2 聚类数为2 的迭代历史过程表4 2 聚类数为3 的初始类中心点4 2 聚类数为3 的迭代历史过程表4 3 聚类数为4 的初始类中心4 3 聚类数为4 的迭代历史过程表4 3 个案处理汇总表4 4 凝聚状态表4 5 样本类归属情况表4 5 0 重损线路表4 8 l 重损变压器表4 8 2 时间参数比较表4 9 i v 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 4 4 4 4 4 4 4 4 表表表表表表表表表 硕卜譬f ? ，i 仑之 第1 章绪论 目前，电力工业作为关系国计民生的基础产业，已成为最重要的基 础能源产业，是国民经济发展乃至世界各国经济发展战略中的优先发展 对象。伴随我国国民经济的不断发展，科学技术的不断进步，电力作为 人们日常生活不可或缺的能源之一，为整个社会的生产生活提供必要的 动力保障。作为基础产业和一种先进的生产力，电力产业与社会发展也 有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济安全的重大战略问题，同 时也与社会稳定息息相关，它无疑对促进国民经济的发展和社会进步起 到了至关重要的作用。 1 1 课题的研究背景及意义 随着中国经济的快速发展，各行各业对电的需求量不断扩大，与此 同时，对电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展。而作为电 力公司业务支撑系统的营销系统，其工作的重要性也随着电力市场的改 革与开放日益凸显，管理信息系统、地理信息系统、s c a d a 系统以及电 网运行的实时信息系统等各类系统的正常运行也相继产生出大量的营销 数据，如何从这些海量的历史数据中挖掘出更深层次的规律，从而快速、 准确地为决策者提供有效地决策信息，以保证电力系统经济、安全和可 靠的运行，进一步指导电网的经济运行工作，成为当前信息技术在营销 系统应用中面临的重要问题。 甘肃电网位于西北电网中部，西连青海，东接陕西，北通宁夏，省 内电网由西北至东南总距离超过130 0 千米，基于发挥水、电网联网优势 和水电调峰调频优势的目的，必然有大量的有功、无功功率频繁的穿越 甘肃主网，甘肃电网已然成为西北电网跨省交换电量的走廊，而大量的 交换电量势必会造成网络线损的增加，如何有效地积累科学数据，有力 地促进甘肃省电力公司全面掌握电网设备的负载及运行状况，了解电网 薄弱环节和引发线损的组成，进一步指导电网建设与改造工作，提高线 损专责人员发现并解决问题的能力，都需要准确的线损计算来为其提供 数据等量化指标和决策的科学依据。 在整个电力系统中，发电厂生产的电能通过输电、变电和配电环节 供给用户，在输配送电能的过程中，电网中各个元件都会产生电能损耗。 电力网电能损耗，即线损，由以下三部分组成，分别是固定损耗、可变 损耗和不明损耗。线损是电能在电力网传送、分配过程中客观存在的物 数捌掺掘 术仃f u ，j 。i f 销系统线损汁s 巾的胁用川可 理现象。合理、准确的线损计算是各级电力部门能耗计算、统计、分析 及指导降损工作的基础，线损率则是电网经济运行与否的综合经营指标。 在电力系统运行方式确定的情况下可采用稳态潮流计算，但电力网 负荷曲线有很大的随机性使得各元件的损耗对时间的解析函数函数难以 精确表达，大大降低了线损计算的准确性，计算方法局限于数理统计。 线损计算的基本方法是均方根电流法，在此基础上衍生了平均电流法、 最大电流法、等值电阻法、电压损失等方法，但仍会产生了很大的误差。 电力网线损计算的误差一般与原始数据的准确性、数学模型的准确性、 数学方法的精确性等有关。设总误差为1 ，则上述各项分别占总误差的比 率为：原始数据不准确所造成的误差为0 8 2 0 8 4 ；数学模型不准确所造 成的误差为0 14 0 15 ；数学方法不精确所造成的误差为0 0 2 0 0 3 【1 1 。 显然，主要误差是由原始数据不准确造成的。换句话说，原始数据是否 准确和齐备是影响线损计算准确性的关键因素。 现代电力系统中，数据质量的重要性不言而喻，线损计算所需数据 的准确和齐备对理论线损的计算至关重要。数据挖掘技术不仅是先进的 计算机技术，能够快速地访问海量数据并应用统计方法进行分析，还能 够解决大规模商业数据所面临的问题。本论文旨在利用数据挖掘技术中 的聚类分析对营销系统线损计算所需的相关数据进行有效挖掘，首先保 证原始数据的准确性，其次对其中的不良数据做相应的处理，为线损计 算提供优良的数据准备，以达到合理准确计算线损并指导降损工作的目 的，并具有以下三方面意义： 1 广泛直接的经济意义。合理有效的原始数据可计算出准确的理论 线损，为及时发现并改进线路类型、结构打下坚实的数据基础，进一步 及时发现产生高线损的原因，减少电网损失，相当于直接创造出经济价 值，增强电力企业的竞争力。比如，可通过对线损的计算分析优化电网 的运行方式，实现节能降损。 2 意义深远的社会意义。线损计算的分析能够指导监测电网、改善 电压质量方面的工作，可以延长电器的使用寿命，改善电器和设备的工 作状况；对众多企业而言，稳定的电压质量意味着生产成本的降低和设 备利用率的提高，它是企业用电设备更新升级的先决条件；对普通居民 而言，能够更轻松惬意地使用高精密生活用电器，从而降低了生活成本， 同时生活质量也得到广泛的提高；对供电企业而言，电网供电质量和可 靠性的提高将明显改善用户、发电企业和供电部门之间的关系，信誉度 不断攀升。 3 与时俱进的环保意义。电能是一种清洁能源，稳定的电压质量保 2 砸t 。f 7 , - i 仑史 障了同光灯以及电磁炉、电磁煲、微波炉为代表的新一代节能环保用电 器的普及和利用，大大降低了烟尘排放，空气质量得到了进一步的改善。 另一方面，电能的有效利用同时伴随着国民环保意识的增强，电力市场 的开发前景将会更加广阔。 1 2 理论线损计算的研究现状 传统理论线损计算方法的模型是依据电力网主要损耗元件的物理特 性构建的，主要方法有均方根电流法、平均电流法、等值电阻法和节点 等值功率法等。丁心海等【2 】针对传统配电网线损计算方法的不足，在负 荷曲线形状系数的确定、变压器铜损的计算、对配电网小( 或多) 电源 的处理、支路和配变的线损率计算等方面进行了改进。文献 3 充分利用 现有所能得到的电网数据，对其重新整理后根据持续负荷曲线进行线损 计算，提高了线损计算精度。目前，已有学者利用状态估计实现了不良 数据和拓扑错误的辨识 4 - 6 】，许汉平等【_ 7 】提出了利用状态估计数据对35 k v 及以上供电网进行线损计算的方法，提高了计算的准确性和精度。文献 8 】 提出了最小信息损失方法来辨识拓扑错误。 随着一些非机理性方法的相继引入，线损计算的误差得到了进一步 缩小。文献 9 】提出了用人工神经网络的方法确定潮流算法，避免了援建 模型和参数不准确所造成的计算误差。文献 10 提出了利用人工神经网络 来进行模式识别和状态估计。为进一步提高辨识准确性，文献 1 1 】利用了 模糊聚类算法，但样本状态空间大不可避免地带来了计算误差，在复合 数据和不良数据的辨别上增加了难度。 文献【l2 给出了修正传统前推回代法p v 点的新方法，文献【13 提出基 于实时监控系统的理论线损计算方法，先对电网实时运行方式进行分析， 保证在进行线损计算时符合当时电网的实时结线，再引入状态估计用快 速p q 分解状态估计算法对线损计算之前的原始数据进行处理，从而得到 更准确的计算结果。卢志刚、李爽【1 4 】针对电网线损的理论计算值与实际 值之间的差别问题，建立了基于直接神经动态规划的电网状态估计模型， 得到了逼近电网真实情况的线损数据。 1 3 数据挖掘技术的研究现状 数据挖掘( d a t am i n i n g ，d m ) 就是从大量的、不完全的、有噪声的、 模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的但又是潜 在有用的信息和知识的过程【15 1 。在人工智能领域，数据挖掘可等同于数 数掘挖掘技术介l u ，j ? i i j 系统? 坛托一算中的f f j i i j l7 e 据库中的知识发现。它集统计学、模式识别、人工智能、机器学习、数 据库技术以及高性能并行计算等领域于一体，是当前国际上数据库和信 息决策领域的最前沿研究方向之一。 目前，数据挖掘已在电信、零售、农业、网络r 志、银行、电力、 生物、天体、化工、医药、空间科学等行业有了广泛的应用，并具有广 阔的前景。只要该产业拥有分析价值与需求的数据仓储或数据库，皆可 利用挖掘工具进行有目的的挖掘分析，常见的应用案例多在零售业、直 效行销界、制造业、财务金融保险、通讯业以及医疗服务等。 侯雪波等16 1 、张斌等【17 1 、张珂等 18 1 将关联规则引入电力市场的营销 分析中，指导电力市场营销策略、项目和投资组合管理，进而进行需求 预测、销售及收入预测、理赔分析等。文献 19 】提出了一种模糊关联规则 挖掘的电力负荷预测新方法，牛东晓等【20 1 、肖俊等【21 1 也在电力负荷预测 的研究方向上做出了努力。 在中长期预测中，除传统的序列预测方法外，模糊理论【22 1 、专家系 统 2 3 1 等方法均被应用。姚李孝等【24 1 、冯丽等【25 1 、姚宇臻等【2 6 1 提高电力 负荷预测精确方向上做出了相应的研究。管胜利 2 7 】利用分类树的方法进 行不良数据状态估计。神经网络和模糊逻辑控制相结合的技术还在客户 关系管理( c r m ) 方面得到应用，文献 28 】中对此进行了探讨。文献 2 9 】利 用回归算法、神经网络以及归纳算法等多种算法得出对于各机组的开停 机计划表。 在短期负荷预测中，应用最广泛、研究最多的是神经网络，文献【3 0 】 对此做出了很好的总结。改进隶属度聚类方法的应用可改善负荷大波动 日的预测精度【31 1 。范习辉等【3 2 1 提出的基于时间窗的序列模式挖掘算法可 应用于警报信息的智能处理、故障定位与诊断。文献 33 提出了基于错误 模型分析和快速诊断推理的新型数据挖掘算法，方便了电力系统运行状 态的有效判定。 聚类法的应用集中在电力用户分类与信用评价、不良数据的修正、 负荷预测及分类、变压器故障诊断等方面。文献 3 4 35 】在用户分类与评 价方面做出了努力。文献 36 利用k o h o n e n 网提取相关负荷的特征曲线， 并进行不良数据的校正。王志勇等【3 7 】选取最合适的聚类方法以及聚类数 目得到典型负荷代表曲线。文献 38 】提出采用自适应矢量量化( a v q ) 神经 网络模糊聚类方法对电力负荷特性进行分类与综合。文献【3 9 利用可适应 性的决策树来对不同类型的负荷进行聚类。符杨等【4o 】引入加权模糊核聚 类方法( w f k c ) 并建立了新的变压器故障诊断模型，提高了故障诊断的正 确率。赵蕊蕊等【4 、陈舵等【4 2 】也在电力变压器的故障诊断方面进行了研 4 顺卜薯f i 仑乏 究，取得了可喜的研究成果。 将电网运行数据、负荷位置分布数据和实时变化数据等多目标层次 的信息合为一体，利用特殊的空间技术将其综合处理，才能实现如设备 跟踪、故障定位、模拟停电、损失评价及最优调度等高级功能【43 1 。文献 4 4 】利用空间挖掘技术得到同类及不同类负荷的分布。文献 4 5 指出空间 数据挖掘可应用于空间负荷预测、设备跟踪维护和故障定位。文献 4 6 】 利用空间挖掘到的普遍的几何知识( 如地理编码) 实现了对负荷调峰、 错峰和填谷等负荷侧的管理。 1 4 本文的主要工作及研究内容 本文针对电力营销系统线损计算中原始数据不准确和不齐备问题， 提出将数据挖掘技术应用在线损计算的数据预处理过程中。基于上述思 想，本文主要开展了以下几个方面的工作： ( 1 ) 结合网络拓扑的思想，分析营销数据中参与线损计算的数据特 点，设计了将数据挖掘技术应用在线损计算中的应用方案。 ( 2 ) 选择合适的数据挖掘工具和方法对原始数据进行处理，去伪存 真，以期得到计算线损所需要的准确有效数据。 ( 3 ) 探讨了替换不良数据的有效方法，以期方便、灵活的剔除掉线 损计算所用的不良数据，目的是实现计算结果的快速收敛。 ( 4 ) 运用数据挖掘技术中的聚类分析对原始数据进行仿真处理，剔 除掉异类，再让其参与线损计算，并将得到的计算结果与未经聚类处理 的线损结果以及实际线损进行对比分析，总结方案的优劣性。 数荆挖把 2 术仃f u ，j 一泞销系统? 芝于61i - t + 铮中的y j j 用_ f i j r 究 第2 章电力营销系统的线损计算 电力营销系统是电力公司的业务支撑系统，电力营销工作的重要性 也随着我国稳步推进电力市场改革日益凸现。线损率是国家考核电力企 业综合技术经济指标，如何准确的计算并降低线损已成为营销系统工作 的重中之重。 2 1 电力营销系统概述 2 1 1 电力营销系统的业务范围 电业运营销售管理系统是以电力设备安装、耗电量计算与管理、用 电量计费与输电设备损坏管理与维护等诸多业务为一体的管理系统，它 的每一个业务功能模块都有相对应的服务与分析处理模块。其中由通信 业务、互联网业务与客服中心业务所组成的服务功能模块主要致力于为 广大的用电客户带来快速方便与质量更优的服务；而由各项查找咨询服 务、依据过去的记录数据的分析、效益统计以及决策指导等组成的分析 处理模块更关注于能够为决策者提供更为及时更为准确的第一手可供决 策参考的资料【4 7 】。因此，只要是为了电力设备能够平稳运转给出可供参 考并且能够做出下一步计划的资料都属于电力营销所服务的范围，比如 生产系统规划设计、负荷预测及用户特征提取、经济调度、电力系统故 障诊断、动态安全评估、异常数据的挖掘及相应处理等。 2 1 2 电力营销系统的数据来源及特点 营销系统的海量数据是由管理信息系统、地理信息系统、s c a d a 系 统以及电网运行的实时信息系统( 负荷管理系统、电能量计费系统、配 变检测系统、计量检定) 的运行数据所组成，随着电力企业信息化建设 的快速发展，各系统已产生并积累了较为庞大的历史数据。 欲要较好的自上述功能模块中检取出有价值、有利于决策参考的关 键信息，首要的是能够充分的理解这些数据信息的特征 4 8 , 4 9 】，这些数据 大体上具有以下四种特征： 1 信息量大。在电业运营销售管理系统中，其有用信息重点是由管 理系统各个功能模块设备实时获得的现场相关信息以及整体控制中心各 个子系统运转所获得的海量信息，即获得信息的来源较多。与此同时， 要想准确的描述一个宠大的电力系统的运行状况需要诸多状态变量，进 而会产生大量的非线性方程才能准确的对其进行建模，要对这么多的状 6 硕l ，f ? i i 仑殳 态变量进行估计与控制和对输出的观测，需要大量的数学运算才能获得 最终结果。在处理技术与技术不够先进的过去，其改进的手段是精简系 统建模、减少状态变量以及设计相应的降维观测等，这样做虽然提高了 获取信息的速度，同时也降低了所获信息的准确度。 2 信息种类繁多。电业运营销售管理系统上同时运行着数字信息与 模拟信息，它的与人进行交互的上层运行的数字处理运行命令，而与机 器设备交互的下层控制运行的是模拟处理指令，故在实际的处理过程中 需要把上层服务与下层操作较好的结合在一起才能够实现对管理系统非 单目标控制的优化。 3 信息受干扰较大。在获取有用信息的同时会受到环境干扰、信息 缺失或获取信息不准确等因素的影响。 4 对信息质量要求苛刻。由于该系统有可能工作在非正常的情况下、 甚至有系统崩溃的情况发生时，需要配备有实时的决策预案，目的是能 够让系统回归到正常工作的状态。 2 2 线损及理论线损计算 在输电和配电过程中，构成电网的各个元件所产生的电能损失称为 线损，它包括：变压器损失、导线损失、电容器损失、电抗损失、表计 损失、电晕损失等。 统计线损是供电量减去售电量所得的差值，而统计线损去掉管理线 损之后即为理论线损。理论线损是电力网中线路、变压器、电容器、电 抗、各种表计所损耗的电能。而管理线损则是由计量装置的误差、营业 工作中的错抄、漏抄、用户违章用电、窃电、抄表时间不同期、绝缘不 良造成的，要求管理线损越小越好。 线损电量占总供电量的百分比称为线路损失率，简称线损率。其公 式为： 线损率= ( 线损电量供电量) l0 0 = ( 供电量一售电量) 供电量10 0 ( 2 1 ) 对于设备状况固定的线路，理论线损并非为一固定值，而是随着供 电负荷大小的变化而变动，实际上存在一个最低线损率，这个最低理论 线损率被称之为最佳线损，又可称为经济线损。经济线损能够为制定线 路改造和降损方案提供科学依据。 为何要进行理论线损计算，首先要明确它的必要性。理论线损计算 是根据电网的实际负荷及电网的正常运行方式，计算电网中每一个元件 的实际有功功率损失、无功功率损失和在一定时间内的电能损失。利用 7 数掘挖抛 术仃f u ，j t ? = f l j 系统线损汁钾一t 的一用_ f i ) | 冗 相关理论计算需要达到下列几个目标： 1 评价电力网架构以及如何运行才能达到最大的利润效益； 2 在对现实中的线路电能损耗估算的精确性、合理性以及其与理论 线路电能损耗之差的大小决定了运营管理的优劣。根据上述的估算能够 有针对性的开展相应的措施，尽量的避免不必要的损失； 3 找出电力网中造成电能损耗较大的设备或损耗较大的原由； 4 依据理论上的线路电能损耗计算出输电线、变压器及其它各种因 素等所造成电能损耗所占的百分比大小，依据不同原因的所造成的损耗 采取相应的技术处理手段进而能有效的减少线路电能损耗； 5 为电力网运行效率的提升以及未来的规划提供了强有力的事实根 据； 6 能够为确定各个时间段中线路电能损耗的指标以及减少损耗的措 施提供可供参考的历史数据； 7 对相关数据进行处理分析，能够有效的提高对电能传输进一步的 认识，进而提高服务管理的层次； 8 有利于获取节省电能的量，概括节省电能的范例，交流节省电能 的经验、进一步获得更大的节省电能的效果。 2 2 1 理论损耗计算原理 电网理论损耗计算覆盖甘肃电网全电压等级，35 k v 及以上输电网理 论线损计算采用的是基于牛顿拉夫逊法的潮流计算方法。目前已经实现 全甘肃电网的数据读取，线损无功电压综合计算分析管理系统已经具备 全甘肃省输电网的理论线损计算功能。 采用牛顿拉夫逊法进行潮流计算，有着如下特点： 1 算法可靠，收敛性强； 2 内存占用量小，计算速度较快； 3 可通过对计算时间的设置计算全天或者全天任意一个整点的潮流 分布，并且能够考虑温度的影响。 配电网理论线损提供多种不同的计算方法，包括电量法、容量法、 均方根电流法、潮流精确算法、平均电流法。这些方法根据实际线路可 采用其中之一或多种方法结合使用。 配电网损耗计算以电量法计算为例： 线路损耗： 鲍= 鲁( 群+ 补”3 ( ( 3 2 ) 耐! 卜f ? ，i 舍之 变压器可变损耗：= 孚( 群+ 彳) 1 。q ( 七腑) 变压器固定损耗： a a g d2 l 善纰。j t x 1 0 - 3 耽) ，m 、 变压器总损耗： 似= a , 4 k b + 屹( k w h ) 理论线损率：鲋：垒生兰堕1 0 0 a p 最佳理论线髓坞= 努圳。 固定损耗百分比： a , 4 9 a = a 鲋, 4 9 d l o o 线路经济负荷电流：= ( a ) 酏妪粉獭瓣炻毒 式中：，表示设备实际运行时间( h ) ； k 表示线路负荷曲线特征系数； 矿表示系统额定电压( k v ) ； 彳。表示设备有功供电量( k w h ) ； 纰，表示变压器空载损耗( w ) ； c o s o 表示负荷功率因数； 髟表示变压器额定容量( k a ) ； 心表示设备等值电阻( q ) 。 等值电阻的计算： 1 线路部分： 巧b 耻莳) ( 3 3 ) ( 3 4 ) ( 3 5 ) ( 3 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) 1 0 0 ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) b = r o a j ( q ) ( 3 1 2 ) 式中：4 表示各计算线段供电的变压器抄见电量( k w h ) ； q 表示各计算线段导线的电阻( q ) ； 9 r o i 表示各计算线段的单位长度的电阻值( f 2 k m ) ； j 表示各计算线段长度( k m ) ； 4 表示线路上各台变压器抄见电量( k w h ) 。 2 变压器部分 彳r 如2 如( 蚴 ( 3 1 3 ) i 4 r = 屹( t a ) ( 3 1 4 ) 式中：彳，表示各台配电变压器二次侧总表抄见电量( k w h ) ； ，表示投入运行的各台变压器的额定容量( k v a ) ； r 表示投入运行的各台配电变压器的绕组电阻( q ) ； 屹表示投入运行的各台配电变压器的短路损耗( w ) 。 2 2 2 实际损耗计算原理 2 2 2 1 常规统计计算 1 基本约定 各关口计量点因现场潮流方向不同分为正、反两个负荷方向，所以 线损“四分 统计计算需要对计量点采集数据进行约定。该约定遵循统 一性原则进行，它使电网能否进行智能统计的基础。 对计量点采集数据的方向约定如下：流出母线方向为正向；流入母 线方向为负向。 2 统计原则。在遵循基本约定的前提下，对于计量点设置齐全、采