專利名稱：基于聚類的典型日負荷曲線選取方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于聚類的典型日負荷曲線選取方法及一種基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，負荷曲線是指電力系統(tǒng)中電力負荷隨時間變化的曲線，橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)一般是有功功率，而日負荷曲線是指一日內(nèi)的負荷曲線，圖1中示出了某年某省統(tǒng)調(diào)負荷數(shù)據(jù)中的兩條日負荷曲線，其采樣間隔為15分鐘，故每條日負荷曲線由96個點組成。而日負荷率是表征日負荷特性的一個指標(biāo)，定義為日平均負荷與日最大負荷的比值。典型日負荷曲線是一段時間內(nèi)的日負荷曲線中最具有代表意義的曲線，是分析地區(qū)用電特點和影響因素、預(yù)估負荷特性變化趨勢的基礎(chǔ)，也是進行系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)、調(diào)峰容量及互聯(lián)系統(tǒng)錯峰的依據(jù)，長期以來一直是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作之一。目前對典型日的選取并沒有統(tǒng)一的規(guī)定，使得不同地區(qū)的典型日負荷特性指標(biāo)不便進行橫向比較。長期以來，典型日的確定主要從簡單實用的角度出發(fā)，或選取最大負荷日，或選取某一特定日，或基于簡單的加權(quán)平均，主要有下述四種方式其一、選擇某個時期內(nèi)最大負荷日的日負荷曲線作為典型日負荷曲線，最大負荷日曲線可用來審核極端情況下的運行方式和系統(tǒng)調(diào)峰能力，在一定程度上也可表征該地區(qū)的日用電特性，該方法簡便易操作，但是對噪聲或者壞數(shù)據(jù)敏感；其二、直接選取某月的固定工作日的日負荷曲線作為典型日負荷曲線，例如選取每月15日、或者第三周的第3個工作日等等，這種處理方式缺乏依據(jù)，且無法避免隨機因素的影響；其三按照某種規(guī)律選擇一定天數(shù)的日負荷曲線，再相加取平均，將平均后得到的曲線作為典型日負荷曲線。應(yīng)用這種方式，可以在一定程度上消除隨機因素的影響，但是， 由于“平均化”的影響，使得由此所得的典型日負荷曲線的最小負荷變大、最大負荷變小，使得曲線的變化幅度認(rèn)為地發(fā)生了改變；其四選取日負荷率與某時期內(nèi)平均日負荷率最接近的工作日為典型日，將其對應(yīng)的日負荷曲線作為典型日負荷曲線。日負荷率是負荷曲線特性指標(biāo)，但不能表征整條曲線形狀。以圖2為例，圖中所示的兩條曲線均為某年某地統(tǒng)調(diào)負荷的日負荷曲線，對應(yīng)的日負荷率非常接近，均為0. 81至0. 82之間，但兩條曲線的形狀非常不相似，因此僅通過日負荷率或者其他單一的日負荷特性指標(biāo)來選取也會存在局限性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚類的典型日負荷曲線選取方法及一種基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，其可以發(fā)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的隱藏規(guī)律、減少隨機及主觀因素的影響，能夠表征出整體規(guī)律。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，包括步驟步驟一、讀入預(yù)設(shè)時間跨度內(nèi)的各日負荷曲線，進入步驟二 ；步驟二、確定典型日負荷曲線的條數(shù)k，并選取k條日負荷曲線作為集合中心，進入步驟三；步驟三、分別計算各日負荷曲線與各集合中心的距離，將各日負荷曲線歸入與其距離最近的集合中心所在的集合，進入步驟四；步驟四、計算各集合的樣本均值，將該樣本均值作為該集合的新的集合中心，進入步驟五；步驟五、判斷該新的集合中心與上一次的集合中心是否相同，若不相同，進入步驟六，若相同，進入步驟七；步驟六、判斷當(dāng)前集合的目標(biāo)函數(shù)與上一次集合的目標(biāo)函數(shù)的差值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否，返回上述步驟三，若是，進入步驟七；步驟七、將當(dāng)前各集合中與集合中心距離最近的曲線確定為典型日負荷曲線。一種基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，包括曲線讀入單元，用于讀入預(yù)設(shè)時間跨度內(nèi)的各日負荷曲線；條數(shù)確定單元，用于確定典型日負荷曲線的條數(shù)k ；初始集合中心單元，用于選取k條日負荷曲線作為集合中心；集合單元，用于在所述初始集合中心單元確定了集合中心之后、或者在集合中心判定單元的判定結(jié)果為否時、或者目標(biāo)函數(shù)判定單元的判定結(jié)果為否時，分別計算各日負荷曲線與各集合中心的距離，將各日負荷曲線歸入與其距離最近的集合中心所在的集合， 并計算各集合的樣本均值，將該樣本均值作為該集合的新的集合中心；集合中心判定單元，用于判斷該所述集合單元確定的新的集合中心與上一次的集合中心是否相同；目標(biāo)函數(shù)判定單元，用于判斷當(dāng)前集合的目標(biāo)函數(shù)與上一次集合的目標(biāo)函數(shù)的差值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；典型日負荷曲線判定單元，用于在所述集合中心判定單元的判定結(jié)果為相同、或者目標(biāo)函數(shù)判定單元的判斷結(jié)果為是時，將當(dāng)前各集合中與集合中心距離最近的曲線確定為典型日負荷曲線。根據(jù)上述本發(fā)明方案，其是基于聚類的思想，對所有的數(shù)據(jù)樣本(日負荷曲線)進行整體把握，生成的數(shù)據(jù)集合具有內(nèi)部樣本相似、不同集合樣本相異的特點，從而可以有利于發(fā)現(xiàn)全局的分布模式，較傳統(tǒng)方式而言，避免了計算單一指標(biāo)或者進行平均化處理，可以減少隨機因素及主觀因素的影響，同時降低了直接提取單一曲線對壞數(shù)據(jù)的敏感程度，更適合于發(fā)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的隱藏規(guī)律，通過對全局?jǐn)?shù)據(jù)的迭代分析，更能夠表征出整體規(guī)律。


圖1是某年某地統(tǒng)調(diào)負荷的其中兩條日負荷曲線的示意圖；圖2是某年某地統(tǒng)調(diào)負荷的另外兩條日負荷曲線的示意圖；圖3是本發(fā)明基于聚類的典型日負荷曲線選取方法實施例的流程示意圖；圖4是一個聚類樣本的示意圖5是本發(fā)明基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是某地某年全年的日負荷曲線示意圖；圖7不同的簇個數(shù)對應(yīng)的DBindex指標(biāo)的示意圖；圖8是采用本發(fā)明方案對圖6的日負荷曲線得到的第1條典型日負荷曲線的示意圖；圖9是采用本發(fā)明方案對圖6的日負荷曲線得到的第2條典型日負荷曲線的示意圖；圖10是采用本發(fā)明方案對圖6的日負荷曲線得到的第3條典型日負荷曲線的示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明方案進行詳細闡述。如圖3所示，是本發(fā)明的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法實施例的流程示意圖，如圖3所示，其包括步驟步驟S101、讀入預(yù)設(shè)時間跨度內(nèi)的各日負荷曲線，進入步驟S 102 ；步驟S102、確定典型日負荷曲線的條數(shù)k，進入步驟S103 ；步驟S103 選取k條日負荷曲線作為集合中心，進入步驟S104 ；步驟S104、分別計算各日負荷曲線與各集合中心的距離，將各日負荷曲線歸入與其距離最近的集合中心所在的集合，進入步驟S105 ；步驟S105、計算各集合的樣本均值，將該樣本均值作為該集合的新的集合中心，進入步驟S106 ；步驟五、判斷該新的集合中心與上一次的集合中心是否相同，若不相同，進入步驟 S107，若相同，進入步驟S108 ；步驟S107、判斷當(dāng)前集合的目標(biāo)函數(shù)與上一次集合的目標(biāo)函數(shù)的差值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否，返回上述步驟S104，若是，進入步驟S108 ；步驟S108、將當(dāng)前各集合中與集合中心距離最近的曲線確定為典型日負荷曲線。上述本發(fā)明方法，是基于聚類的思想，對所有的數(shù)據(jù)樣本(日負荷曲線)進行整體把握，生成的數(shù)據(jù)集合具有內(nèi)部樣本相似、不同集合樣本相異的特點，從而可以有利于發(fā)現(xiàn)全局的分布模式，較傳統(tǒng)方式而言，避免了計算單一指標(biāo)或者進行平均化處理，可以減少隨機因素及主觀因素的影響，同時降低了直接提取單一曲線對壞數(shù)據(jù)的敏感程度，更適合于發(fā)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的隱藏規(guī)律，通過對全局?jǐn)?shù)據(jù)的迭代分析，更能夠表征出整體規(guī)律。聚類的基本思想，是將全部數(shù)據(jù)樣本按照相似度分成多個類或者簇，在同一個簇中的樣本之間具有較高的相似度，而不同簇中樣本的差別較大。這里的相似度可以理解為兩個樣本在空間中的距離，一般采用歐式距離或者曼哈頓距離，歐式距離表示為
權(quán)利要求
1.一種基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，包括步驟 步驟一、讀入預(yù)設(shè)時間跨度內(nèi)的各日負荷曲線，進入步驟二 ；步驟二、確定典型日負荷曲線的條數(shù)k，并選取k條日負荷曲線作為集合中心，進入步驟三；步驟三、分別計算各日負荷曲線與各集合中心的距離，將各日負荷曲線歸入與其距離最近的集合中心所在的集合，進入步驟四；步驟四、計算各集合的樣本均值，將該樣本均值作為該集合的新的集合中心，進入步驟五；步驟五、判斷該新的集合中心與上一次的集合中心是否相同，若不相同，進入步驟六， 若相同，進入步驟七；步驟六、判斷當(dāng)前集合的目標(biāo)函數(shù)與上一次集合的目標(biāo)函數(shù)的差值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否，返回上述步驟三，若是，進入步驟七；步驟七、將當(dāng)前各集合中與集合中心距離最近的曲線確定為典型日負荷曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，所述確定典型日負荷曲線的條數(shù)k的方式具體包括設(shè)定不同的簇個數(shù)，分別計算各不同的簇個數(shù)情況下的聚類指標(biāo)，根據(jù)各簇個數(shù)的聚類指標(biāo)的值設(shè)定所述典型日負荷曲線的條數(shù)k。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，將最小的聚類指標(biāo)對應(yīng)的簇個數(shù)設(shè)定為所述典型日負荷曲線的條數(shù)k。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，采用下述公式計算聚類指標(biāo)
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)為平方誤差準(zhǔn)則函數(shù)。
6.一種基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，其特征在于，包括 曲線讀入單元，用于讀入預(yù)設(shè)時間跨度內(nèi)的各日負荷曲線；條數(shù)確定單元，用于確定典型日負荷曲線的條數(shù)k ； 初始集合中心單元，用于選取k條日負荷曲線作為集合中心； 集合單元，用于在所述初始集合中心單元確定了集合中心之后、或者在集合中心判定單元的判定結(jié)果為否時、或者目標(biāo)函數(shù)判定單元的判定結(jié)果為否時，分別計算各日負荷曲線與各集合中心的距離，將各日負荷曲線歸入與其距離最近的集合中心所在的集合，并計算各集合的樣本均值，將該樣本均值作為該集合的新的集合中心；集合中心判定單元，用于判斷該所述集合單元確定的新的集合中心與上一次的集合中心是否相同；目標(biāo)函數(shù)判定單元，用于判斷當(dāng)前集合的目標(biāo)函數(shù)與上一次集合的目標(biāo)函數(shù)的差值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；典型日負荷曲線判定單元，用于在所述集合中心判定單元的判定結(jié)果為相同、或者目標(biāo)函數(shù)判定單元的判斷結(jié)果為是時，將當(dāng)前各集合中與集合中心距離最近的曲線確定為典型日負荷曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取方法，其特征在于，所述條數(shù)確定單元具體包括簇個數(shù)設(shè)定單元，用于設(shè)定不同的簇個數(shù)；聚類指標(biāo)計算單元，用于分別計算各不同的簇個數(shù)情況下的聚類指標(biāo)；比較判定單元，用于根據(jù)聚類指標(biāo)計算單元計算得出的聚類指標(biāo)的值設(shè)定所述典型日負荷曲線的條數(shù)k。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，其特征在于，所述比較判定單元，用于將最小的聚類指標(biāo)對應(yīng)的簇個數(shù)設(shè)定為所述典型日負荷曲線的條數(shù)k。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，其特征在于，所述聚類指標(biāo)計算單元采用下述公式計算聚類指標(biāo)a(m，n)DBindex = ^^-,m^nk{k-\)NmNnTlcmP-cx4 Σ Κ-^-Ι苴中，^--‘NNR(m,n) =-- ~-,m^n\\CXm-CXn\\式中，DBindex表示聚類指標(biāo)，k表示簇個數(shù)，| | · | |表示兩條樣本之間的距離，^cm是第m個簇的簇心，cxn是第η個簇的簇心，cm為屬于第m個簇的所有樣本，cn為屬于第η個簇的所有樣本，Nffl為第m個簇的樣本個數(shù)，Nn為第η個簇的樣本個數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任意一項所述的基于聚類的典型日負荷曲線選取裝置，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)為平方誤差準(zhǔn)則函數(shù)。
全文摘要
基于聚類的典型日負荷曲線選取方法及裝置，該方法包括讀入時間跨度內(nèi)的曲線，確定典型日負荷曲線條數(shù)k，選k條曲線作為集合中心；將各曲線歸入最近的集合中心所在集合(S3)；計算新集合中心并判斷與上次的是否相同，若否，判斷與上次的目標(biāo)函數(shù)的差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若否，返回S3，若相同或在范圍內(nèi)，將各集合中與集合中心最近的曲線定為典型日負荷曲線。本發(fā)明基于聚類思想，對所有日負荷曲線進行整體把握，生成的集合內(nèi)部樣本相似、不同集合樣本相異，利于發(fā)現(xiàn)全局分布模式，避免計算單一指標(biāo)或進行平均化處理，可減少隨機及主觀因素的影響，降低直接提取單一曲線對壞數(shù)據(jù)的敏感程度，更適于發(fā)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的隱藏規(guī)律，更能表征整體規(guī)律。
文檔編號H02J3/00GK102156814SQ20111008560
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者付超, 劉云, 張仕鵬, 徐政, 李智勇, 陳志剛 申請人:廣東省電力設(shè)計研究院