基于多维特征的电网数据远距离共享算法设计.pdf

第 卷总第 期 年 月第 期 节 能 技 术 .基于多维特征的电网数据远距离共享算法设计徐海洋黄利明黄海潮何 东谢裕清(.国网浙江省电力有限公司信息通信分公司浙江 杭州.浙江华云信息科技有限公司浙江 杭州)摘 要:电网数据种类众多其参数具有动态特征若每种数据作为一维特征向量实现共享会导致延时较长、数据利用率偏低的问题 因此利用多维特征的提取完成电网数据远距离共享 根据电网数据的多维特征值利用互信息计算电网数据两个维度特征间的相关程度提取出电网数据的多维特征 根据提取结果通过计算电网数据的加权向量并利用属性压缩获取电网数据的连续滑动窗口距离结合量化编码的空间轨迹函数完成电网数据特征的量化编码 利用电网数据命中集将电网数据转换为复信号基于电网数据传输信道的比特错误概率备份电网数据获取电网数据的检索结果实现对电网数据远距离共享算法的设计 实验结果表明文中算法在远距离共享电网数据时数据利用率保持在 以上且数据共享延时低于 表明文中算法提高了电网数据在远距离共享中的实时性关键词:多维特征特征提取共享算法电网数据远距离量化编码中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期 修订稿日期 基金项目:国网浙江省电力有限公司科技项目()作者简介:徐海洋()男硕士研究生研究方向为计算机应用技术 (.):.:电力系统的快速发展和智能化程度的提升使得电网的信息化建设越来越重要 不同的电力企业和部门需要在各自的工作中共享数据同时随着电力市场化程度的提高不同地区之间的电力互联也变得越来越紧密因此数据共享是电力信息化建设中的核心问题 目前电网数据远距离共享已经取得了一些进展 国内外的研究机构和企业都在积极探索数据共享的方法和技术如基于云计算、通信和物联网等技术的电力数据共享平台 此外一些行业标准也逐渐得到了制定和推广比如 标准等 然而电网数据远距离共享仍然存在一些挑战和难点 由于工作机制、共享平台和规格的限制以及数据接口数据安全和数据品质等诸多因素影响使得电网数据共享实时性不高 在电网中智能电表所记载的使用者数据太过详尽而且它的双向通讯通道也不是很严密只要被黑客破解便会根据使用者的电力使用状况对用户的日常作息规律进行预测和分析从而产生违法行为给电力使用者的经济造成不可估量的损失在全面实施物联网建设的基础上电网信息化的构建与运用不断深入各种业务的数量迅速增加电网数据呈现出种类多、规模大、价值高等特点 因此有效地对电网数据进行远距离共享在电力行业的发展中有着重要的作用张利华等人建立了一种以双联盟为基础的智慧电网数据分享模型利用星际档案技术将电能信息储存到电网大数据中利用多个身份认证的公证员将电能信息与其它的联盟链进行分享为了保护用户的个人信息不被泄漏采用一种基于代理的多重密码技术与多重运算相结合实现了一个或多个节点的安全性信息共享通过全同态密码技术实现了密文的合理集成而不需要对电网进行解密仿真试验的结果显示此方法的运算费用比传统共享方法的成本要低且与一次通讯可证实的全同态保密共享机制相比更具实用性 朱红勤等人提出了一种以联盟块链为基础的电力数据共享模型在此基础上电力公司的每个能源调度中心形成一个区块链节点能够实现电力数据的安全管理和存储为了对电网进行综合收集需要在电网中安装数据收集传感器 为了保证数据的安全共享在改良 算法的基础上对电力数据的上链流程、领导者选择流程、电力数据共享流程进行详细的设计 蒋玮等人利用数据库提出一种新的可靠度分析算法 采用节点 边形的图库对配电网络的拓扑进行了存储同时根据数据库中各边的特性实现馈线等级划分和负载划分从而建立以图库为基础的配电网图库模型 然后将配电网图形中的子图块与路线搜索相结合以每个子图块为基础实现图形的化简 最后基于该方法利用数据库中的最短路径等高效搜索函数对配电网进行电力供应可靠度分析 等人针对数据共享过程的安全问题引入区块链技术对网络节点之间的数据完成加密为数据共享提供了安全环境 但是忽略了对数据的备份导致共享过程出现局限性 唐广瑜等人在电力网络结构建模的基础上提出了一种基于图形数据分享的体系结构并对该体系的软件结构进行分析构建了图模数据共享系统通过该系统对图模数据的共享信息进行提取并通过 与 结合的交换模式实现各个应用之间的数据交换通过供电拓扑模型实现电力数据网络的数据共享 通过实践证明了该方法有助于用电系统图模数据存储的标准化提高系统的整体维护效率由于电网数据通常包含大量的信息其中包括多种参数和指标例如电力负荷、电压、电流、频率等 这些参数和指标具有动态特征 多维特征将不同的参数结合在一起形成多维度的特征向量描述电力系统的状态和运行情况 当多个电力系统共同使用这些特征向量来描述状态和运行情况时就可以通过数据的共享来实现更加全面和深入的数据交换和协同 因此为了更好的实现电网数据的远距离共享本文通过提取电网数据的多维特征设计一种电网数据远距离共享算法通过对电网数据多维特征提取并根据提取结果结合量化编码对电网数据量化编码从而减少电网数据的冗余特征量 基于电网数据传输信道的比特错误概率实现对电网数据远距离共享 实验结果显示文中算法提高了数据利用率同时缩短了数据共享延时保证了电网数据的安全性 电网数据远距离共享算法设计通过对电网数据的多维特征提取结合量化编码的空间轨迹函数完成电网数据特征的量化编码基于量化编码后的电网数据传输信道的比特错误概率备份电网数据获取电网数据的检索结果实现对电网数据远距离共享.提取电网数据的多维特征电网数据具有数据量大、数据类型多、传输速率高以及数据价值高等多维特征 在电力网络系统中电网数据的每个数值区间都在内取值并随电力网络模数 的变化而变化确定电网数据的多维特征值其表达式如下 ()()式中 电力数据的属性集 电网数据的变化向量把属性与类别的互信息看作度量属性与类别关系的指标获取电网数据的多维度特征与类别指标的关联度如下()()()()()()()()()()式中 电网数据 维特征和类别指标之间的关联性 电网数据 维特征和类别指标之间的相关性 电网数据的特征向量()电网数据 维特征的分布函数()电网数据基本特征()电网数据 维特征和基本特征之间的关联度()电网数据 维特征和基本特征之间的关联度通过公式()和公式()可以得到电网数据多维特征和类别指标之间的关联性 选择其中最高的 个特征作为电网数据多维特征提取的选择样本以此实现对电网数据多维特征值的选择则样本数据需满足下列要求()()当电网数据的特征维度 满足上述公式()时对 进行预处理当 时获得第一个符合要求的电网数据多维特征值将 值进行加 处理值初始化为 直至 从而完成对 个多维特征值的选择电网数据的多维特征中任意两个维度的依赖关系被称作互信息 互信息与相关性相似是衡量两个量之间的关系其优点是可以检测任何一种关系而相关性只能检测线性关系 当已经知道了类别指标时可以利用互信息的内容来获得两个特征之间的关联性 然后利用公式()计算出电网数据的多维特征与类别指标的关系()()()()()式中()电网数据 维特征的分布概率()电网数据 维特征的分布概率()电网数据两个维度特征在基础特征上的关联度假设阈值为 去除权值低于阈值的特征将符合要求的电网数据特征设为相同的权值此时电力网络变成了无权网络利用该特性对电网数据的多维特征进行提取即()()()式中 符合远距离共享的多维特征值 电网数据的冗余特征量根据电网数据的多维特征值计算电网数据多维特征和类标之间的相关性利用互信息获取电网数据两个维度特征间的相关程度提取出电网数据的多维特征.电网数据特征的量化编码根据上述获取的电网数据多维特征对电网数据特征加权处理得到电网数据特征的关联加权向量()()()()式中 电网数据特征向量()加权向量值()第 个电网数据特征加权向量利用电网数据加权特征向量将指向性权重矢量与数据清理准则相联系对电网数据特征处理其公式为 ()()()式中()处理后的电网数据特征利用一维空间的交互性信息属性压缩方法并对所述电力网络空间中 时间窗口进行了属性压缩对电网数据属性压缩的原因是减少数据存储费用并提高其性能减少电网数据中的冗余特征量通过下列公式得出了电网数据特征属性的连续滑窗间距()()()式中()电网数据特征的加权系数 电网数据交互信息属性数量假设表示电网数据特征的能量密度在最小窗口距离下获得电网数据交互特征的采样 利用公式()给出电网数据交互特征的空间轨迹函数()()利用上述得到的空间轨迹函数将电网数据交互特征传送给电力系统终端终端对电网数据特征解压绘制()()式中 和 电网数据特征的尺度系数 电网数据流 尺度函数在电网数据特征中选择一个具体的窗口函数()并对其量化编码()()()()()()式中()电网数据特征的量化编码集()电网数据交互特征的密度函数通过计算电网数据的加权向量利用属性压缩给出电网数据属性压缩的连续滑动窗口距离结合量化编码的空间轨迹函数完成电网数据特征的量化编码.电网数据远距离共享的实现在电网数据包的长度范围之内电力系统的脉冲重复周期比通道的时延大假设电网数据的时间位置为 利用下式给出电网数据的命中集 ()()其中 电网数据量化编码的误码率 编码过程中相位 上接收机所获的平均误码率()电网数据编码的概率密度函数根据获取的电网数据命中集将电网数据转化为复合信号得到每个噪声码的初始相位通过局部匹配相关器实现对局域网数据与局域噪声的同步并进行分段并联相关这一过程需要表示为()()()()()式中()电网数据的比特()伪码 电网数据传播的频率()冗余噪声 电网数据共享次数当存在数据共享的频率误差 时电网数据传输信道的比特错误概率为 ()()()()式中 电网数据远距离共享的判定门限 共享距离的阈值 电网数据共享的码位数 电网数据远距离共享的采样点数 函数通过对电网数据远距离共享样本搜索相位 进行处理得出 给定电网数据目标 根据特定时刻数据共享概率设计电网数据远距离共享性能指标表示为()()式中 电网数据远距离共享所需要的时间 的概率密度 电网数据共享的时刻利用上述电网数据远距离共享设计的性能指标对电网数据备份以此获取电网数据的检索结果电网数据备份的表达式为 ()()()式中()电网数据缩放函数 电网数据的共享系数 电网数据的备份数量 电网数据的共享范围用户根据备份数据 获取电网数据的检索结果实现电网数据的远距离共享 ()()()式中()电网数据远距离共享后的痕迹系数综上所述利用电网数据命中集将电网数据转换为复信号基于电网数据传输信道的比特错误概率备份了电网数据获取电网数据的检索结果实现对电网数据远距离共享算法的设计 实验分析.搭建实验平台为了验证文中算法在电网数据远距离共享中的有效性选择 位 操作系统、频率为.的()在.内存下构建一个电网数据共享平台为电网数据远距离共享算法的执行提供网络支持 数据共享平台结构如图 所示图 数据共享平台结构.实验数据集在.的实验平台下本文选取不同数据集进行实验包括用户的用电数据集、供电设备运行数据集以及配电监测数据集等 为了避免实验数据集中数据的类型和大小统一必须保证实验数据之间具有极高的相似性实验数据集如表 所示表 实验数据集数据集名称大小/数据量/组数据格式数据属性数据采集时长/用户的用电数据集.电力负荷供电设备运行数据集.电力负荷配电监测数据集.电力负荷.设置评价指标本文利用电网数据利用率和共享延时指标衡量电网数据远距离共享的性能计算公式为()()式中 利用率指标 成功共享的电网数据 电网数据总量 电网数据远距离共享的延时 电网数据共享结束的时刻 电网数据开始发起共享的时刻.制定实验方案利用电网数据远距离共享平台查询待共享的电网数据在表 的数据集中检索各类型电网数据的关键词判断数据查询过程中数据共享平台是否能够将其他数据中的相关数据检索出来将检索结果反馈给用户 实验过程中验证文中算法在电网数据远距离共享时的数据利用率和共享延时.性能测试为了突出文中算法的优越性引入文献提出的基于双联盟链的共享算法和文献提出的基于全网供电拓扑模型的共享算法作对比测试了三个算法在电网数据远距离共享时的数据利用率和共享延时结果如下电网数据远距离共享时的数据利用率如图 所示图 电网数据利用率测试结果根据图 的结果可知采用基于双联盟链的共享算法和基于全网供电拓扑模型的共享算法时三个数据集中电网数据的利用率非常接近都可以达到 及以上但是基于全网供电拓扑模型的共享算法得到的结果偏高于基于双联盟链的共享算法而采用文中算法时共享三个数据集中电网数据的利用率高达 说明文中算法对电网数据特征的量化编码能够准确为电网数据分配共享信道大大提高了电网数据的利用率电网数据远距离共享的延时测试结果如图 所示图 共享延时测试结果从图 的结果可以看出采用基于双联盟链的共享算法和基于全网供电拓扑模型的共享算法时远距离共享电网数据的延时超过了 其中基于双联盟链的共享算法由于没有考虑到电网数据特征的多维特点共享延时超过了 而采用文中算法时能够根据电网数据的组成特点提取出电网数据的多维特征将电网数据的共享延时控制在 以内有效缩短了共享的延时保证数据共享的实时性 结束语为提高电网数据在远距离共享中的实时性设计了一种基于多维特征的电网数据远距离共享算法 通过提取电网数据的多维特征结合量化编码的空间轨迹函数对电网数据特征的量化编码 并根据电网数据传输信道的比特错误概率实现对电网数据远距离共享 实验测试结果显示:()文中算法在电网数据远距离共享时提高了数据利用率能够保持在 以上()在电网数据共享时延测试中文中算法缩短了数据共享延时保证了数据共享的实时性但是本文的研究还存在很多不足由于电网数据涉及众多设备、传感器等可能存在电网数据的多维特征的提取存在不准确的情况这会影响共享数据的可靠性本文忽略了对该问题的处理 在共享电网数据的过程中需要考虑如何保护用户隐私而这一方面很难做到完全保护可能造成用户对数据共享的抵触 因此在今后的研究中以选择最安全的数据共享信道和数据更精准的采集为研究重点以期进一步提高数据共享的效率参考文献林其友王艳杰杨乐新.含可再生能源并网的电力系统稳定裕度研究.电网与清洁能源():.谢裕清王渊江樱等.便于数据共享的电网数据湖隐私保护方法.计算机工程与应用():.石庆松秦蕊肖鹏等.基于联盟链的电力物资采购数据共享激励机制.中国电力():.谢裕清王渊江樱等.便于数据共享的电网数据湖隐私保护方法.计算机工程与应用():.罗筱均魏震波田轲等.基于源荷匹配度的多综合能源社区日前共享模型.电力建设():.张利华王欣怡胡方舟等.基于双联盟链的智能电网数据共享模型.计算机应用():.朱红勤王黎明霍雪松等.基于改进 算法的电力数据共享机制.能源与环保():.唐广瑜金鑫琨.基于全网供电拓扑模型的图模数据共享技术研究与应用.电测与仪表():./().:.蒋玮王铭华陈锦铭等.基于 图数据库的配电网 供 电 可 靠 性 计 算 .电 力 系 统 自 动 化():.:.():.