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（國網(wǎng)北京海淀供電公司，北京 100085）

0 引 言

隨著電網(wǎng)跨越式發(fā)展的不斷推進(jìn)，電力設(shè)備的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對于人員配置的需求也逐漸提高[1]。為了緩解由此帶來的電力系統(tǒng)管理成本問題，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實(shí)施對電力裝置的運(yùn)維管理是十分必要的[2]。在先進(jìn)技術(shù)手段應(yīng)用程度逐漸加深的背景下，電力設(shè)備對應(yīng)的狀態(tài)可以直觀地通過具體的計(jì)量數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到[3]。但是值得注意的是，由設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)形成的電力計(jì)量數(shù)據(jù)鏈具有多元化、海量化的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)從不同的層面全面分析電力數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一種更加系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)處理方式必不可少[4]。對于數(shù)據(jù)處理方法的要求，一方面要能夠客觀反映設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，另一方面要能夠?qū)υO(shè)備的異常情況做出準(zhǔn)確判斷，這也是保障后續(xù)設(shè)備運(yùn)維工作能夠具有更強(qiáng)針對性的重要基礎(chǔ)[5,6]。考慮到電力系統(tǒng)中的構(gòu)成設(shè)備種類較多、數(shù)量也較大，要實(shí)現(xiàn)全面掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，就需要對電力設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)整合[7]。在此基礎(chǔ)上，本文提出基于小波變換的電力計(jì)量數(shù)據(jù)融合方法，充分考慮了電力計(jì)量數(shù)據(jù)的多樣化屬性，在利用小波變換對原始電力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的有效融合。

1 電力計(jì)量數(shù)據(jù)融合方法設(shè)計(jì)

1.1 基于小波變換的數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于電力計(jì)量數(shù)據(jù)本身具有多樣化屬性特征，并且數(shù)據(jù)中也存在一定的噪聲，這都在一定程度上影響著最終數(shù)據(jù)融合的效果?；诖耍疚睦眯〔ㄗ儞Q的方式對電力計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。其中，閾值函數(shù)的設(shè)置是影響數(shù)據(jù)預(yù)處理效果的關(guān)鍵因素。本文設(shè)計(jì)閾值函數(shù)可以表示為

式中：di,j表示小波變換處理過程中的小波系數(shù)參量；ai,j表示原始的小波系數(shù)參量；k表示具體的閾值參數(shù)；n為正整數(shù)；i和j表示小波分解的執(zhí)行尺度和原始電力計(jì)量數(shù)據(jù)的尺度參數(shù)。通過對式（1）進(jìn)行分析可以看出，本文設(shè)計(jì)的小波變換閾值函數(shù)仍然保留了原有的連續(xù)性，這種只有軟閾值函數(shù)具有的連續(xù)性特點(diǎn)能夠使得電力計(jì)量數(shù)據(jù)在預(yù)處理階段不會受到數(shù)據(jù)自身不穩(wěn)定性的影響。當(dāng)|ai,j|≥k時(shí)，本文設(shè)計(jì)的閾值函數(shù)能夠在短區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)迅速更新，并且快速逼近硬閾值函數(shù)，有效避免了軟閾值函數(shù)中的固定偏差對于數(shù)據(jù)處理效果的影響。不僅如此，結(jié)合式（1）可以看出，本文設(shè)計(jì)的閾值函數(shù)保留 Garrote 閾值函數(shù)的形式，并且引入了參量，通過結(jié)合實(shí)際電力計(jì)量數(shù)據(jù)的情況對n的取值進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，可以保障函數(shù)的逼近速度能夠滿足數(shù)據(jù)的處理要求，適應(yīng)大規(guī)模電力計(jì)量數(shù)據(jù)的融合需求。當(dāng)電力計(jì)量數(shù)據(jù)中存在數(shù)量較多的尖峰震蕩參數(shù)時(shí)，可以通過增大n值的取值結(jié)果，提高小波變換的平滑能力。當(dāng)電力計(jì)量數(shù)據(jù)中存在數(shù)據(jù)丟失問題時(shí)，可以通過減小n值的取值結(jié)果，提高小波變換的信息保留能力。

利用上述設(shè)置的閾值函數(shù)對原始的電力計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換處理的方式可以表示為

式中：f(m)表示小波變換處理后的電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息；m表示小波變化的尺度因子；x(t)表示原始的電力計(jì)量數(shù)據(jù)參數(shù)。

通過式（2）可以看出，本文采用連續(xù)小波變換的方式對電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，在閾值函數(shù)范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)分解為多個(gè)參量，使得數(shù)據(jù)的動態(tài)發(fā)展情況轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

通過這樣的方式，完成對電力計(jì)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理，為后續(xù)的數(shù)據(jù)融合提供基礎(chǔ)。

1.2 電力計(jì)量數(shù)據(jù)融合

利用小波變換后的數(shù)據(jù)，本文對于電力計(jì)量數(shù)據(jù)的融合是根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行的。通過處理，原始的電力計(jì)量數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為分解的獨(dú)立個(gè)體，本文首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，具體的分類方式可以表示為

式中：B(x)表示對分類結(jié)果；E表示計(jì)量數(shù)據(jù)對應(yīng)設(shè)備的額定運(yùn)行參數(shù)。按照式（3）所示的方式，電力數(shù)據(jù)的分類結(jié)果共分為2類，其中一類是數(shù)值小于E的分類，該類數(shù)據(jù)表示電力計(jì)量數(shù)據(jù)處于低負(fù)荷運(yùn)行模態(tài)，對應(yīng)的輸出低于額定值。另一類為數(shù)值大于E的分類，該類數(shù)據(jù)表示電力計(jì)量數(shù)據(jù)處于高負(fù)荷運(yùn)行模態(tài)，對應(yīng)的輸出高于額定值。以此為基礎(chǔ)，分別對2類數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，得到的電力系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息可以表示為

式中：F(x)表示融合后的電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息；也就是整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；B1(x)表示電力計(jì)量數(shù)據(jù)低于額定數(shù)值的參數(shù)；Bh(x)表示電力計(jì)量數(shù)據(jù)高于額定數(shù)值的參數(shù)。對應(yīng)地，∑B1(x)和∑Bh(x)分別表示2類數(shù)據(jù)的參數(shù)之和，也就是不同類型數(shù)據(jù)的實(shí)際規(guī)模。

通過這樣的方式，實(shí)現(xiàn)對電力計(jì)量數(shù)據(jù)的融合處理，為電力系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的分析和判斷提供便利。

2 測試與分析

2.1 測試環(huán)境

在對本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行測試的過程中，為了提高測試結(jié)果的分析價(jià)值和可靠性，為測試設(shè)置了對照組。其中，對照組分別采用了文獻(xiàn)[2]提出的基于三維時(shí)空特性的數(shù)據(jù)融合方法、文獻(xiàn)[3]提出的基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合方法。在測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備上，本文以某電力企業(yè)的電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采集了所有計(jì)量裝置的參數(shù)信息，具體的采樣頻率為1個(gè)/h。按照這樣的方式，單日獲取電力數(shù)據(jù)的樣本中包含 24 個(gè)樣本點(diǎn)。圖1為單日采集數(shù)據(jù)的分布情況。

圖1 單日采集結(jié)果分布圖

在此基礎(chǔ)上，連續(xù)采集7天。分別采用上述4種方法對電力運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，分別統(tǒng)計(jì)單日電力系統(tǒng)的實(shí)際電量供求關(guān)系。對于最終融合結(jié)果的分析，本文通過單獨(dú)計(jì)算各個(gè)電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況。將對應(yīng)的結(jié)果作為評價(jià)基準(zhǔn)，對3種方法的融合結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 測試結(jié)果與分析

以2.1節(jié)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別統(tǒng)計(jì)了3種不同融合方法下，得到的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，具體如表1所示。

表1 電力系統(tǒng)綜合運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

通過對表1中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析可以看出，在3種測試方法中，三維時(shí)空特性數(shù)據(jù)融合方法對于數(shù)據(jù)的融合結(jié)果與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的差異最為明顯。這種差異表現(xiàn)出了明顯的不穩(wěn)定性，單日最大誤差達(dá)到了6.07 kW·h，對應(yīng)的占比為10.07%；最小誤差為2.11 kW·h，對應(yīng)的占比為3.63%。大數(shù)據(jù)融合方法的測試結(jié)果中，實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的差異雖然具有較高的穩(wěn)定性，但是整體水平偏高，基本穩(wěn)定在3.00～4.00 kW·h，對應(yīng)的占比6.63%。相比之下，本文設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)融合方法下，得到的電力系統(tǒng)綜合運(yùn)行數(shù)據(jù)與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的差異最小，且穩(wěn)定性較高，最大值僅為1.07 kW·h，對應(yīng)的占比為1.78%。通過上述對測試結(jié)果的分析不難看出，本文設(shè)計(jì)的基于小波變換的電力計(jì)量數(shù)據(jù)融合方法可以實(shí)現(xiàn)對多源數(shù)據(jù)信息有效整合，在準(zhǔn)確反映電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)方面具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，對相關(guān)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理是極為必要的。本文提出基于小波變換的電力計(jì)量數(shù)據(jù)融合方法研究，借助小波變換對于電力計(jì)量數(shù)據(jù)中噪聲的過濾能力，提高了數(shù)據(jù)融合的質(zhì)量，使得最終的融合數(shù)據(jù)能夠更加準(zhǔn)確地反饋電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。通過本文的研究，希望能夠?yàn)閷?shí)際的電力系統(tǒng)管理工作開展提供有價(jià)值的參考，助力電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。