（电路与系统专业论文）智能辅助决策在电力系统信息管理中的研究与应用[电路与系统专业优秀论文].pdf

浙江大学硕士学位敝 y8 7 6 7 7 1 摘要 在我国，随着改革的深入和电力市场供求状况的变化，目前的电力体制已难 以适应社会主义市场经济体制的要求。因此，在电力工业快速发展的同时，电力 体制改革也逐步深入，而在这改革过程中各级电力企业均面临着新的挑战。企业 的工作重点已由原来的单一安全生产转变为以经济效益为中心的全方位的综合 发展。为此，需要企业建立规范的现代企业制度，提高生产效率，提高管理水平， 加强信息反馈，提高决策的科学性和准确性，以提高企业的综合竞争力。而有效 地应用电子信息技术则是实现这一切的捷径。 现阶段，电力信息化建设的重要性已越来越深入人心，电力系统内的各家企 业纷纷建设起了自己的具有各自特色的管理信息系统。其中，远程抄表系统就是 最典型的信息系统应用。但抄表系统所积累的大量数据并没有得到有效地利用。 在数据爆炸的信息时代，如何有效地促进企业提高信息利用率和为管理者提供最 佳管理与决策方案服务，是提高企业的经济效益、管理水平的重要途径。 因此，本文首先分析了电力系统管理信息化及辅助决策支持技术的发展现 状，然后对电力远程自动抄表系统所采集的大量历史数据进行处理分析，建立了 抄表数据仓库，并结合o l a p 技术、数理统计方法、智能专家系统以及数据挖掘 等算法提出了一种新的负荷组合预测模型，该模型综合了各种负荷预测算法的优 点，考虑的影响信息比较全面，从而提高了预测精度：最后建立电力系统用电管 理辅助决策系统，有效地支持了电力的管理决策及用电平衡方案的优化。同时， 通过接线错误历史数据提取诊断规则，建立接线故障诊断知识库和推理机，实现 了接线错误专家诊断系统的设计，并最终应用于p d a 系统中，为远程接线错误 提供了快速有效的诊断方法。 关键词：电力系统、决策支持、o l a p 、数据挖掘、专家系统 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n d e p t hs 。c i a le l e c t r i cr e f o r m a t i o ni no u rc o u n t r y ，t o d a y s e l e c t r i cs y s t e mi sd i f f i c u l tt oa d a p tt ot h er e q u i r e m e n t。ft h e s o c i a l i s t i ce c o n o m i cs y s t e 咀 s ot h ee 1 e c t r i cr e f o r m a t i o nb e c o m e sm o r e d e e p l yw h e nt h e e l e c t r ci n d u s t r yg r o w si nah i g hr a t e d u r i n gt h e r e f o r m a t i o n 。m o s t0 ft h ee n t e r p r i s e ss h o u l dc h a n g et h e i rf o r m e rw a yt o w i ni nt h em a r k e t t h a ti s ， t h e yw o u l dl i k et ob u i l dam o d e r ne l e c t r i c m a n a g e m e n ts y s t e mt oi m p r o v et h e i rp r o d u c t i v i t ya n d t h el e v e lo f i n f o r m a t i o nu t i l i z a t i o n i ti sd o u b t l e s st h a tb u i l d i n gac o m p u t e r a s s i s t a n tm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m so fe l e c t r i cs y s t e mi st h eb e s t c h o i c ef o rt h e m c o n s i d e r i n gt h eir 【p o r t a n c eo ft h ee l e c t r i ci n f o r m a t i o n ， m o s to ft h e e n t e r p r i s e sh a v ef o u n d e dt h e i ro w ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ， s u c h a st h er e m o t ea r 啪e t e rr e a d i n gs y s t e m b u t t h ea c c u m u l a t i v ei n f o r m a t i o n i sn o tf u l l u t i l i z a t i o n i tisv e r yi m p o r t a n tt oi m p r o v et h eu t i l i z a t i o n p e r c e n to ft h ee l e c t r i ci n f o r 田a t i o ni ft h ee n t e r p r i s ew a n t st h em o r e b e n e f i t i no r d e rt om a k eu s eo ft h em a s si n f o r i a t i o na n dt op r o v i d et h ed e c js i o n s u p p o r ti n f o r m a t j o nf o rm a n a g e r s ，w ep u tf o r w a r das c h e i n eo fe s t a b l i s h i n g ad e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mo fe l e c t r i ci n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ： f i r s t ， b u i1 dad a t aw a r e h o u s eo fe 1 e c t r i ci n f o r m a t i o n ；s e c o n d ，d ov a r i o u sc o m p l e x a n a l y s e so ft h ee l e c t r i cd a t a ， s u c ha st h et r e n do f 乞h ec h a r g e ，b 了m a k i n g u s eo fo l a p ( o n l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ) a n dd a t a 硼i n i n g ： f i n a l l y ， b u i l dt h ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mt os u p p o r tt h em a n a g e r s t h e n ，w ea l s o b u i l da ne x p e r td i a g n o s i ss y s t e mo ft h ea i i i i n e t e rc o n n e c t i o ni np d as y s t e n l i tp r o v i d e saq u i c ka n dr e m o t ed i a g n o s ism e t h o dt ot h er e m o t ea r n m e t e r r e a d n l gs y s t e m 1 1 浙江大学硕士学位论文 k e y w o r d ： d a t a b a s e ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e t i l ， d a t aw a r e h o u s e ，0 n li n e a n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ， d a t am i n i n g i 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 电力系统的发展概况 电力在现代社会中，已成为国民经济各行各业和人民生活必不可少的二次能 源之一。这是由于电能本身所特有的优点决定的：首先，电能可方便地转化为其 他形式的能量，如机械能、热能、光能等，用途广泛；其次，电能输送方便，易 于集中和分配管理；最后，电能还具有容易控制的优点，可实现自动化管理，是 提高产品质量和经济效益的重要途径。随着电力工业的发展，电能在国民生产中 发挥着越来越重要的作用。 1 1 1 电力系统的基本概念及特点 电能是人类目前使用最方便的能源，而发电就是将自然能转变为电能的过 程。随着生产的发展和用电量的增加，初期的发电厂已满足不了需求，当把一个 个地理上分散在各处、孤立运行的发电厂通过输电线路、变电站等互相连接成一 个整体以供给用户用电时，就形成了现代的电力系统，换而言之，电力系统“3 是 由发电机、升压和降压变压器以及用电设备通过输配电线路连接起来的整体。 电力系统与锅炉、气轮机、热力网和用热设备、水库、水轮机以及原子能发 电厂的反应堆等组成的动力部门称为动力系统； 各种电压等级的输电线路和各种类型的变电所联结而成的网络称为电力网。 电力系统和动力系统、电力网的关系如图卜1 所示： 图1 - 1 电力系统、动力系统及电力嘲关系示意图 浙江大学硕士学位论文 由于电能的特性，电力系统具有以下特点： 1 、电能难以储存； 2 、电能生产与国民经济各行业以及人民生活密切相关； 3 、过渡过程十分短暂； 4 、电力系统组成结构的地区特点比较强。 而从上述特点来看，电力系统必须满足的要求如下： 1 、需最大限度满足用户的用电需求，为国民经济提供充足的电力； 2 、保证供电的可靠性； 3 、保证电能的良好质量，维持电压和频率的偏差不超过一定范围； 4 、保证电力系统运行的经济性。而要实现经济运行，除了进行合理的规划 之外，还需要对整个系统实施最佳经济调度和管理。 1 】2 我国电力工业的发展概况 电力工业的发展速度是国民经济发展的重要影响因素。一般电力消费增长速 度总要比国民经济的增长速度快，称之为电力先行。为了表明电力消耗与国民生 产总值之间的变化关系，通常把电能消费年平均增长率与国民生产总值年平均增 长率的比值称为电能消费增长系数，或电力弹性系数”3 。近几十年来，世界各主 要工业国家的电能消费增长系数均大于1 ，说明各国国民经济的发展都要求电力 建设先行一步。表卜l 表明了世界主要工业发达国家和我国电力消费增长系数的 变化情况。 表1 1 世界主要工业发达国家和我国电力消费增长系数统计表 年份1 9 5 0 一1 9 8 0其中 国别1 9 5 0 1 9 6 01 9 6 0 一1 9 7 01 9 7 0 1 9 8 0 美国 1 8 42 3 l1 8 71 2 6 前苏联 1 2 71 2 61 3 61 1 6 法国1 4 9 1 7 71 2 l1 5 9 【日本1 2 01 5 7j 1 31 0 1 中国1 7 32 2 4l6 61 2 2 从上表可知，我国电力消费增长系数相对于世界发达国家来说是比较高的， 可见我国的电力工业发展速度是非常快的。据统计，1 9 6 0 年到1 9 8 0 年，我国发 一2r 浙江大学硕士学位论文 电量平均年增长速度超过1 2 ，1 9 8 0 年到2 0 0 0 年的平均年增长速度则为8 ；而 且据电力部门和专家预测，2 0 0 0 年到2 0 1 0 年我国发电量平均增长速度为6 ，而 g d p 平均增长为8 ；可见电力发展基本满足我国经济快速发展的需要。 1 9 9 0 年到2 0 0 0 年，世界电力年平均发展速度为3 5 ，据专家预测，2 0 0 0 年到2 0 2 0 年为2 4 ，因此，我国电力目前的发展属于超常发展，其建设规模和 建设速度在世界电力建设史上是空前的。在这样的速度下，到2 0 1 0 年我国装机 容量将相当于美国2 0 世纪8 0 年代末水平，到2 0 2 0 年将超过美国。但从人均用 电水平看，我国各地经济发展不平衡，电能利用率低，管理水平不高，与发达国 家仍有较大差距，处于比较落后的位置。因此，目前电力工业不仅要加速发展， 更要加强和提高管理水平。 1 i 3 浙江省电力消费弹性指数分析 由于本文主要讨论的是浙江省的电力系统信息管理，因此这节主要通过浙江 省的电力消费弹性指数来分析其电力管理需求。 在改革开放以来的相当长时期内，浙江省电力消费。3 增长速度均低于经济增 长率。如1 9 8 卜1 9 9 8 年，全省g d p 年均增长率为1 3 3 ，而电力消费年均增长率 仅为1 0 4 ，电力消费弹性系数为o 7 8 。 可是，近几年来，电力消费系数却出现了个质的飞跃。从1 9 9 9 年开始， 浙江省的电力消费弹性系数持续多年超过1 ( 1 9 9 9 2 0 0 2 年各年弹性系数分别为 1 1 7 、1 9 5 、1 3 5 和1 5 6 ) 。而在1 9 8 卜1 9 9 8 年里，浙江仅在1 9 8 3 、1 9 8 7 、1 9 9 0 年这3 年出现过电力消费弹性系数大于l 的情况。之所以出现这样的一个飞跃， 主要原因有： 1 、资本有机构成的提高； 9 0 年代中期以来，随着买方市场的形成，企业在激烈的市场竞争中不再依 靠增加劳动力来提高市场竞争力，而是倾向于增加投资。1 9 9 9 2 0 0 2 年，浙江省 工业企业固定资产投资年均增长2 0 4 ，其中技术改造投资年均增长3 1 5 ，分 别比同期工业职工人数年均增长率高出1 3 3 和2 4 4 个百分点。人均装各程度提 高，必然要求消费较多的电量，这是不言而喻的。 2 、重工业比重的提高； 重工业与轻工业相比，具有耗电高的特点。据测算，目前重工业单位产值耗 电量约相当于轻工业的1 7 倍。过去一段时期内，浙江电力消费弹性系数之所以 1 浙、冱大学硕士学位论文 低于l ，个重要的原因就是轻工业的比重长期高于蘑工业的。1 9 8 0 年全省轻工 业占全部工业总产值的比重为6 2 4 ，而1 9 9 4 年则提高到6 4 6 ，即使到1 9 9 8 年，轻工业比重仍高达6 2 2 。但是1 9 9 9 年之后，这种状况有所改变，重工业 比重开始呈现出稳步上升的态势。2 2 年与1 9 9 8 年相比，全省工业总产值中， 重工业比重由4 3 1 升至4 5 0 ，2 0 0 3 年又进一步上升到4 8 7 。再加上浙江重 工业更多地倾向于用电而不是耗煤，因此促进了电力消费的增长，导致了电力消 费弹性系数的上升。 3 、城市化的发展与基础设施建设的加强，使单位电耗g d p 强度增加； 近几年，浙江城市化步伐加快的同时，基础设施建设投资力度也在加大。据 测算，2 0 0 0 年，全省基础性产业投资为7 1 3 亿元，比1 9 9 2 年增长1 2 5 倍，年 均增长3 8 4 ，占全社会投资比重由1 9 8 升至3 4 5 ，是各类投资中比重提高 最明显的。一般来说，城市建设和基础设施项目，投资规模巨大，对电的消耗也 比较多。因此，基础性产业投瓷比重大幅度上升，造成了近几年全省单位g d p 电 耗强度增加，如全省每万元g d p 电耗已从1 9 9 8 年的1 1 3 6 千瓦时增加到了2 0 0 2 年的1 3 1 8 千瓦时，上升了1 6 。 4 、生活用电的较快增长： 9 0 年代中后期以来的这几年，是浙江城乡居民收入较快增长，生活质量明 显提高的时期。而且，这几年也是浙江房地产业迅猛发展、居民居住条件大为改 善的时期。从影响电力需求的角度看，城市居民则进入家电更新换代和家庭生活 全面电气化阶段。这些都推动了生活用电的增长，1 9 9 9 2 0 0 2 年，全省生活用电 年均增长1 1 9 。这一增长速度尽管与早些时期相比不算太快，但是目前生活用 电占总用电量的比重( 2 0 0 2 年为1 3 0 ) 与8 0 年代初( 1 9 8 0 年为5 6 ) 相比已 大为提高。由于生活用电是不影响g d p 增长的，因此生活用电比重的提高，是促 使电力消费弹性系数提高的重要因素之。 根据运用国际通行的终端能耗强度法所作的初步预测，到2 0 1 0 年前，浙江 省电力消费需求都将处于高增长阶段，电力在终端能源结构的比重和g d p 电耗强 度将进一步上升，电力消费弹性系数也将保持大于1 的趋势。因此，今后几年电 力供需的矛盾仍然会比较突出。为了缓解电力供需紧张矛盾，必须采取各种有效 措施：一方面需要增加电力投资以扩大电力供给能力，另一方面，在电力供应暂 时不可能有大的增长的今后若干年内，还需要采取其他能缓解供需矛盾的措施： d 浙江大学硕士学位论文 一是搞好电力的调度工作，使有限的电力分配得更合理，尽量减少限电可能造成 的损失，努力提高电能资源的利用效率；二是继续加强电网建设和改造，加快输 变电工程建设进程，有效提高全省主网和各地电网的供电能力：三是大力推广节 能活动，特别是对那些用电大户，可通过安装能效较高的设备、改进生产技术和 工艺等办法，降低其电耗水平；四是充分发挥价格杠杆作用，科学引导电力消费， 如在保持电力的总体平均价格基本稳定的前提下，推行峰谷电价政策，高峰负荷 时期与非高峰负荷时期的电价可拉得更大一些，促使电力用户合理安排用电时 段，实现错峰用电。而以上措施都需要电力信息管理系统的支持。 1 2 电力系统中的信息管理 如上所述，在我国，特别是近几年经济发展快速的浙江，随着改革的深入和 电力市场供求状况的变化，现行的电力体制已难以适应社会主义市场经济体制的 要求。电力工业快速发展的同时，要求电力体制改革也逐步深入，以“公司制改 组、商业化运营、法制化管理”为改革目标的基本取向。电力工业管理体制由计 划经济向市场经济转变。政府宏观调控、企业自主经营、行业协会提供服务，适 应市场经济要求和电力生产特点的新型电力工业管理体制正在逐步建立。 在机构改革过程中各级电力企业均面临着新的挑战。企业的工作重点已由原 来的单一安全生产转变为以经济效益为中心的全方位的综合发展。为此，需要企 业建立规范的现代企业制度，提高劳动生产率，提高管理水平，加强信息反馈， 提高决策的科学性和准确性，提高企业的综合竞争力。而有效应用电子信息技术 则是实现这一切的捷径。 于是各电力企业对共享信息资源和提高生产、管理、经营效率的需求变得非 常迫切。电力行业是应用信息技术较早的行业之一，信息技术在电力工业的应用 起始于六十年代初。八十年代开始，各地企业都做了大量有效的工作，取得了一 定的成绩，但限于当时的客观条件和人员素质，直至九十年代初，仍处于一般应 用水平；比较突出的问题是组织形式多样，各行其事，效率低下。各企业均未解 决数据集成和数据共享的问题，加上当时应用平台受条件局限，难以持续发展， 其信息化程度与客观需求和电子技术的迅猛发展，还存在着相当大的差距。 1 2 1 电力管理信息化的发展阶段 从电力行业信息技术应用的过程来看可分为三个阶段“1 ： 5 浙江大学硕士学位论文 6 0 7 0 年代属于第一阶段，电力工业的信息技术应用从生产过程自动化起步， 最早是应用在发电厂自动监测监制和变电站自动监测监控方面。 第二阶段是8 0 9 0 年代的业务应用阶段，即电网调度自动化、电力负荷控制、 计算机辅助设计、仿真系统等应用开始广泛开展，某些应用达到了较高的水平； 管理信息系统则刚刚起步，经历了较多失败，发展过程曲折困难。 第三阶段是9 0 年代以后后，即信息技术应用进一步发展到综合应用，由操 作层向管理层延伸，实现管理信息化，建立了各级企业的管理信息系统；同时其 他专项应用系统也进一步发展到更高的水平。 从以上的发展过程我们可以看出，高科技的信息技术，特别是像客户服务系 统及负荷监控、预测与管理系统等这样的新技术在电力企业的应用，将有效地促 进企业对外服务和管理水平的提高，从而提高企业的经济效益，必定使更多的企 业积极投入到信息化建设中来，使得信息化整体水平得到提高。 1 2 2 信息化技术在电力管理的应用与发展前景 电力信息化是指电子信息技术在电力工业应用中全过程的统称。该过程包括 生产过程自动化和管理信息化两部分。 首先，企业生产过程自动化是基础，通过硬件进行在线生产信息采集，并对 其进行自动控制与处理，可以显著地提高生产效率，减少人为失误，并提高工作 效率和产品质量；典型应用如电力企业的调度自动化系统与远程自动抄表系统 等。 其次是企业管理信息化，将在线信息采集系统中的数据进行分析和处理，并 实现共享信息查询，办公自动化，为领导的决策提供辅助功能等，这正是目前企 业的焦点所在。 随着企业的发展与竞争的激化，谁能从积累的数据中获得最大的信息量，谁 就能在瞬息万变的市场上处于领先。企业信息化有利于实现经济方式从粗放型向 集约型转变，有利于建立资源优化配置的经济运行体制，有利于调整产品结构、 扩大作业空间、降低资源消耗、加速资金周转、引发人员的行为变革和思想革命、 开拓市场，提高经济效益。 目前电力管理系统的应用框架5 3 一般如下图所示： 6 新旺大学硕学位论文 ，需求侧管理系统 ：远程自动抄表系统 凰锻： ! 计算扭*#帆 li 变电所大用户 低压戴 抄表工远程抄 渡抄表 负 荷 ， | 数括仓库 i 客户郫fj 一一羔一jj 墨，八墨j 客户服务管理系统， 1 7 电量电费 、 1 7 预付费售电、1 7 电能计量、 7 用电检查 、 1 7 客户盘询、 j管理系统 i j管理系统 i l管理系统i 管理系统i 管理系统i lji |l 1 ：鲤鲤：；豳璺；：凰鲤 豳豳：圆圈! l “掘# # 札jl 计茸h 计算nj l 计算机 # 舞njl 算机 * 算机jl 计算机计算机， 图1 - 2 电力管理系统应用框架 现阶段，电力信息化建设方兴来艾，电力系统内的各家企业纷纷建设自己 的兵有各自特色的管理信息系统。其中，负荷预测管理系统、电力客户服务系统、 远程自动抄表系统就是最典型的信息系统应用。这标志着电力信息化的进一步深 入。而这些信息化系统的应用也将有效地促进企业对外服务、提高内部工作效率 和为管理者提供晟佳管理与决策方案服务，从而提高企业的经济效益、管理水平。 1 3 本文结构 由阻上的分析我们可以看出，随着电力工业的快速发展，电力系统对信息现 代化的要求是非常迫切的，如何利用已有的信息与目前的计算机技术来提高用黾 效率及管理水平，是急待解决的关键问题。因此，本文的目标就在于建立一个基 于辅助决荒技术的电力管理系统，对已积累的大量历史信息进行有效地分析及最 大程度的利用。 本文以下各章节结构如下： 第二章，辅助决策信息管理系统的研究。介绍了信息管理与辅助决策技术的 内容、特性以及结合数据仓库技术的综合辅助决策系统结构，最后在电力管理 系统中的碰用。 浙江大学硕士学位论文 第三章，电力管理辅助决策系统设计。设计了系统的拓扑结构、功能模块， 并运用s 虬s e r v e ra n a l y s i s 功a n a g e r 为后台及d e l p h i 前台工具实现了电力管 理辅助决策系统的开发。 第四章，接线故障诊断专家辅助决策系统的设计与具体实现。 第五章，对本文研究内容进行了总结与展望。 8 浙江大学硕士学位论文 第二章决策支持信息管理系统 在电力体制改革进程中，电力企业的经营管理模式也在不停地发生改变。正 如我们在第一章里所提到的那样，企业已开始由过去的重视安全生产，转变成现 在的重视管理和效益。因此，这就对电力信息化建设带来了新要求。即现在的电 力企业信息化不但要支持电力生产，还要支持企业经营管理决策，提高企业管理 水平，并增强企业的市场竞争力。 2 1 电力信息管理与决策支持系统 电力信息作为电力管理系统运行中的重要组成部分，是系统规划、设计、运 行、决策的基础。但由于电力行业是较早接触和应用计算机技术的群体之一，使 得目前电力各部门堆积了各种形式的技术支持系统，而且各个系统均独立工作， 相互间几乎没有联系。这就造成了“信息孤岛”现象。3 。这种现象对电力发展和 管理工作带来了极大的不便。因此，为解决电力行业中的这一现象，需要在以前 的基础上建立起统一的信息管理系统，并充分地利用各个部门的数据，才能实现 为电力管理系统提供决策支持的目的。 2 1 1 管理信息系统m i s 管理信息系统”3 m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是一个由人、计算 机组成的能进行管理信息的收集、传递、储存、加工、维护和使用的系统。其主 要任务是最大限度的利用现代计算机及网络通讯技术加强企业的信息管理，通过 对企业拥有的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解，建立正确的数 据，加工处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员，以便进行正确的决策， 不断提高企业的管理水平和经济效益。由于m i s 能通过这些管理信息了解企业各 种运行情况，并利用信息控制和优化企业的行为，帮助企业实现其规划目标。因 此，m i s 主要作用在于把孤立的、零碎的信息变成一个比较完整的、有组织的信 息系统，不仅解决了信息存放的“冗余”问题，而且能大大提高信息的利用率。 但是由于m i s 技术本身固有的缺陷，如刻板的结构化系统分析方法，使得 m i s 无法适应多变的管理环境，而且，m i s 只能帮助管理者对数据进行一般层次 上的组织和管理，而无法从这些数据中得到内在的、比较有价值的规律或者信息 等。因此，在m i s 己无法满足人们对于管理信息系统需求的情况下，决策支持系 - 9 浙江大学硕士学位论文 统的产生提供了一种新的解决方法。 2 1 2 决策支持系统d s s 决策支持系统( d e c is i o ns u p p o r ts y s t e m ，d s s ) ”1 的概念最早是由 j d l i t t l e 在1 9 7 0 年发表的“m o d e l sa n dm a n a g e r s ：t h ec o n c e p to fad e c i s i o n c a l c u l u s ”文章中提出的。l i t t l e 在该文章中指出决策运算是“一套处理数据 和判断的基于模型的程序，用于辅助管理者制定决策”。而“决策支持系统”这 个术语，则是在1 9 8 9 年g o r r y 和s c o t tm o r t o n 发表的“af r a m e w o r kf o r m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ”文章中正式出现的。从2 0 世纪7 0 年代概念 形成发展到现在，决策支持系统在最初概念的基础上进行了无数次扩充，如今 d s s 在技术上已经在向成熟的道路上迈进。在2 1 世纪里，决策支持系统在规模、 复杂度和速度上都保持指数增长的速度。 决策支持系统d s s 是在管理信息系统m i s 的基础上发展起来的。因此两者从 开始就有着密切的联系，但作用与面向的对象均不同。m i s 主要是实现对信息 的收集、传递、储存、加工、维护和使用；而d s s 主要是针对某一类型的半结构 化和非结构化决策问题，通过对数据的分析、建立模型、挖掘规则等方式，为管 理者提供决策支持信息。从这里我们可以看出，d s s 具有三个主题：一个是问题 结构的维度主题，即决策或制定决策的环境所表现出来的结构化程度必须是半结 构化的；第二个是决策结果，这是决策过程中一个最关键的因素，必须考虑到系 统在支持决策目标实现中所起的作用；最后是管理控制，决策结果的最终选择、 效果均取决于管理人员，最终的决策方案选择也是由对决策结果直接负责的管理 者来决定。简单地说，决策支持系统是受控于一个或多个决策者( 或管理者) ， 面向决策环境的非结构化部分，以改进决策结果的最终效果为目的的，辅助决策 制定活动的系统。 2 2 结合数据仓库的综合决策支持系统 2 0 0 6 年，电力行业信息化重点集中在企业瓷源整合上。其中，整合的第一 步是建立企业门户系统，即将企业各种形式的应用整合到一个平台上，这一步工 作目前已大致通过建立电力管理信息系统m i s 的方式得以实现；而接下来的第二 步是数据级上的整合，即建立企业级数据中心，通过建设企业的数据交换平台， 实现企业数据的整合和分析处理，建立数据仓库，实现决策支持功能。这部分即 1 0 浙江大学硕士学位论文 本文研究的重点。在本设计中，将结台数据仓库技术来建立电力信息的管理决策 支持系统。 2 2 1 数据仓库 数据仓库9 3 首先是一个数据库，它通常包含表示某个组织机构的业务历史数 据。通过分析这些历史数据，可以支持对分散的组织单元进行从策略计划到性能 评估的多级业务决策。对数据仓库中的数据进行组织是为了支持分析，而不像在 联机事务处理系统( o l t p ) 中那样是为处理实时事务。 目前，数据仓库一词尚没有一个统一的定义，w h k i n m o n 是业界公认的 数据仓库概念的创始人。他在b u i l d i n gt h ed a t aw a r e h o u s e 一书中对数据 仓库( d a t a w a r e h o u s e ) 的定义是：数据仓库就是面向主题的、集成的、稳定的、 不同时间的数据集合，用以支持经营管理中的决策制定过程。它与传统数据库的 目标是完全不同的。 同时，他在该书中也详细地列出了操作型数据与分析型数据之间的区别，如 下表2 1 所示。 表2 1 操作型数据和分析型数据的区别 操作型数据分析型数据 细节的综合的，或提炼的 在存取瞬间是准确的代表过去的数据 可更新 不更新 f 操作需求事先可知道操作需求事先不知道 生命周期符台s d l c完全不同的生命周期 对性能要求高 对性能要求宽松 一个时刻操作一单元一个时刻操作一集合 事务驱动分析驱动 面向应用面向分析 一次操作数据量小一次操作数据量大 支持日常操作支持管理需求 以上所列出的操作型数据与分析型数据的区别，从根本上体现了事务处理与 分析处理的差异。传统的数据库系统由于主要用于日常事务处理工作，面向的是 浙江大学硕士学位论文 应用，因此数据属于操作型数据，重点在于响应速度和并发性。而数据仓库的数 据属于分析型数据，面向分析，对数据的操作次数少，但每次操作时数据量都很 大，因此它要求的是数据的稳定和集成性。 由表2 1 还可以看出数据仓库的数据，即分析型数据具有的四个基本特征： 数据仓库的数据是面向主题的；数据仓库的数据是集成的；数据仓库的数据是稳 定的；数据仓库的数据是随时间不断变化的。其中，“主题”是指用户所关心的 重点，每一个主题对应一个客观分析领域，如销售、客户、利润的情况等。因此 “面向主题”就是指数据仓库中的数据是按主题组织的，按主题来提供o l a p 分 析及决策支持。“集成的”是指数据仓库中的数据不是业务历史数据的简单叠加 与汇总，而是经过系统地加工整理，是相互一致的、具有目的性的数据。而“随 时间变化”，是指数据仓库中存储的是一个时间段的数据，而不仅仅是某一个时 点的数据，所以可以用于进行时间趋势分析。一般数据仓库内的数据量比较大， 为l o g b 左右。最后，“相对稳定”，是指数据一旦进入数据仓库，一般情况下将 被长期保留，比较少对它们进行操作。 数据库作为数据管理后台，主要用于事务处理。在传统的数据库技术上发展 起来的d s s 系统，虽然在许多领域中也发挥了一定的作用，但随着信息处理技术 的不断发展，传统的数据库逐渐出现了许多难以克服的问题。首先，事务处理和 分析处理的性能不同：其次，d s s 需要集成的数据，全面而正确的数据是有效的 分析和决策的首要前提；最后，数据还需要根据主题选择相应的粒度进行综合， 在事务处理系统中积累的细节数据，不仅影响分析的效率，而且不利于分析人员 将注意力集中于有用的信息上。因此，在事务型环境中，直接构建决策分析模型 并不恰当，只有将决策分析建立在分析型数据库也就是数据仓库环境中才是正确 的选择。 由于数据仓库是d s s 决策支持系统的实现环境，因此建立数据仓库的工作也 就是实现d s s 的重要基础。根据数据仓库分析型数据的特点，可以知道其建立过 程与传统的数据库是有着本质的区别的，因此不能用传统的数据库建立方法来建 立数据仓库，需要对其进行重新设计。下图给出了这两种开发方法的具体流程对 比： 】2 浙江大学硕士学位诒文 圈2 一，数据库与数据仓库的开发流程对比国 2 2 ，2o l a p 技术 0 l a p 是o n ! i n pa n a l y s isp r o c e s s 的简称。它与传统的0 l t p ( 0 n l i n e t r a n s a c t i o np r o c o s s ) 不同，联机事务处理面向实时事务处理，而联机分析处 理着重于面向决策支持分析。 虽然数据仓库和联机分析处理”“( 0 l a p ) 这两个术语经常被救在+ 起讨论， 但它们却适用于决策支持系统或业务智能系统的不同组件；数据仓库是一个数据 库，它为0 l a p 提供元数据及操作平台；而0 l a p 是分析工具，可实现快速响应 和重复而复杂的分析查询，从而使数据仓库能有效地用于联机分析和决策支持。 其多维数据模型和数据聚合技术可以组织并汇总大量的数据，咀便能够利用联机 分析和图形工具迅速对数据进行评估。0 l a p 系统可以快速灵活地为分析人员提 供丈时支持。下固为数据仓库与0 l a p 的关系示意图。 妒一 网侗 图2 2 数据仓库与0 l a p 关系示意圈 露 计算机用户 浙江大学硕士学位论文 o l a p 中的多维数据模型有两种实现方式。一种是基于利用专门的多维数据 库系统实现，称为m o l a p ，一种是仍然利用原有的关系型数据库来模拟多维数据 良口r o l a p 。 m o l a p 的核心在于多维数据库，也就是说， l o l a p 使用多维数据库管理系统 来管理所需的数据。而多维数据库是一种以多维的方式存储和显示数据的数据库 形式。多维形式使得用户可以多角度、多侧面地观察数据，如以时间、地点、用 电量建立一个三维模型的话，我们就可以很方便知道某时间段内某地的用电量是 多少，而不需要通过复杂的连接查询语句。 r o l a p 则是采用关系型数据库来存储数据，然后利用关系表来模拟多维数据 模型。如建立相应的维度表( 时间、地点等) 和事实表( 度量值如用电量等) ， 一般以“星形模型”或“雪花模型”表示。这种方法相对于多维数据库来说，可 以更好的利用原有的数据库基础，因此得到比较多的应用。如s q ls e r v e r 的 a a n a l y s i sm a n a g e r 就采用的这种结构。 下图是m o l a p 与r o l a p 的结构比较图。 m o ia p 辨 用户 0 用户 图2 3m o l a p 与r o l a p 结构比较图 由以上比较图我们可以发现，m o l a p 与r o l a p 的相同点在于基本数据源都是 数据库和数据仓库，而且也都是基于关系数据模型的，都能向用户提供多维数据 视图：不同的地方则在于，前者是把分析所需的数据从数据仓库中抽取出来，物 理地组织成多维数据库，而后者则是利用关系表来模拟多维数据，并没有物理地 生成多维数据库。 1 d 包包 驯 取 胡 瞬 维 维 多 浙江大学硕士学位论文 2 2 3 数据挖掘算法 数据挖掘d m ( d a t am i n i n g ) 是近几年才提出的一种新型概念“。其基本思 想就是从数据中抽取有价值的信息，目的是帮助决策者寻找数据间潜在的关联， 发现隐藏于大量数据之中难以直观获取的有用信息，而这些信息对预测趋势和决 策行为很有可能是非常有用的。 从数据库的角度看，数据挖掘就是一个从数据库的数据中识别出有效的、新 颖的、具有潜在效用的并最终可理解的信息( 如规则、约束等) 的非平凡过程。 非平凡是一个数学概念，即数据挖掘不是将数据全部抽取，也不是完全不抽取， 而是抽取出其中一部分隐含的、未知的、可能有用的信息。 从决策支持的角度看，数据挖掘是一个决策支持的过程。它主要基于人工智 能、机器学习、统计学和数据库等多种技术，能高度自动地分析企业原有的历史 数据，进行归纳推理，从中挖掘出潜在的模式，预测客户的行为，帮助企业的决 策者调整市场策略，从而减少风险，为作出正确的决策提供辅助功能。它是提高 商业和科学决策过程质量和效率的一种新方法。 数据挖掘和联机分析处理都可以在数据仓库的基础上对数据进行分析，用以 辅助决策，但它们之间是存在本质的区别的。首先，联机分析处理是一种比较传 统的决策支持方法。它是在某个假设的前提下通过数据查询和分析来验证或否定 这个假设，是一种验证型的分析。一般来说验证型的分析有如下局限性： l 、常常需要以假设为基础。如果用户对系统的了解不够深入，就往往只能 局限于对其中有限的几种变量进行假设： 2 、联机分析处理需要对用户的需求有全面而深入的了解，然而实际上有些 时候用户的需求并不是确定的； 3 、抽取信息的质量依赖于用户对结果的解释，比较模糊，容易导致错误。 由以上分析我们可以看出，联机分析处理是由用户驱动的，因此在很大程度 上受到了用户水平的限制。而数据挖掘是数据驱动的，是种真正的知识发现方 法。使用数据挖掘工具，用户不必提出确切的要求，系统能够根据数据本身的规 律性，自动地挖掘数据潜在的模式，或通过联想，建立新的业务模型，帮助决策 者调整市场策略，并找到正确的决策。这显然利于发现未知的事实。从数据分析 深度的角度来看，联机分析处理位于较浅的层次，而数据挖掘则处于较深的层次。 因此，联机分析处理和数据挖掘的主要差别就在于是否能自动地进行数据分析。 1s 浙江大学硕：| 学位论文 近几年，越来越多的联机分析处理产品融入了数据挖掘的方法，所以联机分析处 理与数据挖掘问的界限正在逐渐模糊。 般来说，数据挖掘的任务有： l 、预测模型：从现有的数据中找出规律性，建立模型，用来预测未知事例 的种类、特性等； 2 、描述模型：有时人们需要对数据量进行抽象或内涵的描述，因此从大量 数据中归纳抽象的信息就显得特别有意义。概念描述就是指对一类对象的内涵进 行描述，以概括这个类的有关特性。 3 、模式及相关的规则：如关联规则分析，可挖掘出两个或多个变项的取值 之间存在的某种规律性。 数据挖掘是一个非常复杂的过程，为了抽象系统化方法，目前常用5 a 模型 来表示数据挖掘过程。5 a 模型认为，任何的数据挖掘方法学都由j 个基本元素 组成，即a s s e s s 、a c c e s s 、a n a l y z e 、a c t 、a u t o m a t e 。它们的含义是： a s s e s s ： 正确、彻底的评价任务的需求及数据。 a c c e s s ： 方便、快速的存取任务所涉及的数据。 a n a l y z e ：适当、完备的分析技术和工具。 a c t ： 推荐性、有说服力的原型演示。 a u t o m a t e ： 为用户提供最易于使用、最方便的自动化软件。 2 2 4 综合决策支持系统 数据仓库和o l a p 与传统的模型库对决策是两种不同的辅助支持方式，但它 们可以相互补充，在o l a p 中加入模型库，将极大地提高o l a p 的分析能力；而从 人工智能、机器学习中发展起来的数据挖掘技术，则是从数据库、数据仓库中挖 掘有用的知识，经过推理形成智能模型，以定性分析的方式来辅助决策的。 数据挖掘包括：决策树方法、神经网络方法、粗糙集方法、遗传算法、公式 发现、统计分析方法和可视化技术等。 将数据仓库、o l a p 、数据挖掘结合起来形成综合决策支持系统，是更高级形 式的决策支持系统“。其中，数据仓库能够实现对决策主题数据的存储和综合， o l a p 实现多维数据分析，数据挖掘用以挖掘数据库和数据仓库的知识，模型库 实现多个广义模型的组合辅助决策，专家系统利用知识推理进行定性分析。它们 集成的综合决策支持系统，将互相补充、相互依赖，发挥各自的辅助决策优势， 1 6 浙江大学硕士学位论文 实现更有效的辅助决策。 集成以后的决策支持系统结构如图2 4 所示。 数据库管理系统j 数据库 图2 - 4 综合决策支持系统结构图 一一 o i a p 2 3 应用于电力管理的综合决策支持系统 上节我们讨论了综合决策支持系统的结构和各组成部分，下面将考虑电力 管理中的综合决策支持系统。前面提到，电力信息化的重点在于企业资源整合， 其中，管理信息系统是基础，决策支持系统是整合的深化。在电力信息系统中， 其管理信息系统是通过远程自动抄表系统的建立而实现的。 2 3 1 远程自动抄表系统 随着电力工业的发展，以及提高用电管理水平的需要，传统的人工抄表方法 已经远不能满足用户的要求，因此随着通信网络与计算机技术的发展，远程自动 抄表技术1 ”开始出现并越来越受到用户的欢迎。 根据电力行业标准低压电力用户集中超标系统技术条件( d l t6 9 8 一 1 9 9 9 ) 定义，自动抄表系统是指由主站通过传输媒体( 无线、有线、电力线载波 等信道或i c 卡等介质) 将多个电能表电能量的记录( 窗口值) 信息自动抄读的 系统。该系统主要组成部分有：采集终端( 采集用户电能表电能量信息) 、集中 器、信道、主站设备等。 1 7 浙江大学硕士学位论文 在用电管理方面，远程自动抄表系统不仅实现了电能测量数据的全过程自动 采集和管理，可替代低压用户抄表、大用户( 重点用户) 抄表、变电站抄表等人 工日常抄表工作，达到提高工作效率，减少人为差错等优点，同时，它所积累的 电表数据还可以用于加强用户侧管理，从而实现从电量