一種基于聚類分析的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于聚類分析的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法。該方法首先選定要進(jìn)行劃分的供電區(qū)域范圍，對(duì)其現(xiàn)狀及影響供電區(qū)域劃分的主要因素進(jìn)行分析，建立供電區(qū)域劃分的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；之后分析該供電區(qū)域各現(xiàn)狀指標(biāo)和規(guī)劃指標(biāo)的分布情況，并選用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使處理后的數(shù)據(jù)基本服從正態(tài)分布；然后，運(yùn)用SAS軟件，選用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)各指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行聚類分析或?qū)讉€(gè)指標(biāo)一起進(jìn)行聚類分析，使聚類結(jié)果基本服從正態(tài)分布；最后，根據(jù)聚類分析結(jié)果，建立該供電區(qū)域的劃分標(biāo)準(zhǔn)。本方法具有較高的適應(yīng)性，可適用于不同地區(qū)、不同規(guī)模供電區(qū)域的劃分，能夠?yàn)椴町惢呐潆娋W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】一種基于聚類分析的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電系統(tǒng)規(guī)劃的方法，具體涉及一種基于聚類分析的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國幅員遼闊，供電面積廣大，各地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況和電網(wǎng)特點(diǎn)差異明顯。若按照一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)配電網(wǎng)，則會(huì)造成設(shè)備資產(chǎn)利用率不高甚至嚴(yán)重浪費(fèi)的情況，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上不合理。因此，為了體現(xiàn)地區(qū)差異性和配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)的差異性，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的精益化管理，提高配電網(wǎng)規(guī)劃工作的效率和水平，推動(dòng)我國配電網(wǎng)規(guī)劃向規(guī)范化、科學(xué)化發(fā)展，應(yīng)始終貫穿“差異化規(guī)劃”理念，在考慮各地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展呈現(xiàn)非均衡性的情況下，結(jié)合各地區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，兼顧不同地區(qū)不同發(fā)展階段的差異化特征，對(duì)我國配電網(wǎng)供電區(qū)域進(jìn)行劃分，為差異化的配電網(wǎng)規(guī)劃及典型供電模式的建立奠定基礎(chǔ)。
[0003](一)聚類分析法:
[0004]聚類分析是根據(jù)“物以類聚”的道理，對(duì)樣品或指標(biāo)進(jìn)行分類的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，其討論的對(duì)象是大量的樣品，要求能合理地按各自的特性來進(jìn)行合理的分類，沒有任何模式可供參考或依循，即是在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行的。
[0005]其基本思想是根據(jù)事物本身的特性研究個(gè)體分類的方法；
[0006]聚類原則是同一類中的個(gè)體有較大的相似性，不同類中的個(gè)體差異很大。
[0007]基本程序是根據(jù)一批樣品的多個(gè)觀測指標(biāo)，具體地找出一些能夠度量樣品或指標(biāo)之間相似程度的統(tǒng)計(jì)量，然后利用統(tǒng)計(jì)量將樣品或指標(biāo)進(jìn)行歸類。
[0008]1.聚類分析法的分類:
[0009]聚類分析的內(nèi)容十分豐富，按其聚類的方法可分為以下幾種:
[0010](I)系統(tǒng)聚類法:開始每個(gè)對(duì)象自成一類,然后每次將最相似的兩類合并,合并后重新計(jì)算新類與其他類的距離或相近性測度。這一過程一直繼續(xù)直到所有的對(duì)象歸為一類為止。并類的過程可用一張譜系聚類圖描述。
[0011](2)動(dòng)態(tài)聚類法:首先對(duì)η個(gè)對(duì)象初步分類，然后根據(jù)分類的損失函數(shù)盡可能小的原則對(duì)分類進(jìn)行調(diào)整，直到分類合理為止。
[0012](3)有序樣品聚類法:開始將所有樣品看成一類，然后根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則將它們分割為兩類、三類，一直分割到所需的K類為止。這種方法適用于有序樣品的分類問題，也稱為有序樣品的聚類法。
[0013](4)模糊聚類法:利用模糊集理論來處理分類問題，它對(duì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中具有模糊特性的兩態(tài)數(shù)據(jù)或多態(tài)數(shù)據(jù)具有明顯的分類效果。
[0014](5)圖論聚類法:利用圖論中最小支撐樹的概念來處理分類問題，創(chuàng)造了獨(dú)具風(fēng)格的方法。
[0015](6)聚類預(yù)報(bào)法:利用聚類方法處理預(yù)報(bào)問題，在多元統(tǒng)計(jì)分析中，可用來作預(yù)報(bào)的方法很多，如回歸分析或判別分析。但對(duì)一些異常數(shù)據(jù)，如氣象中的災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)，回歸或判別分析處理的效果都不好，而聚類預(yù)報(bào)彌補(bǔ)了這一不足，這是一個(gè)值得重視的方法。
[0016]在這些聚類方法中，系統(tǒng)聚類法是目前在實(shí)際工作中使用最多的一類方法。它是將類由多變到少的一種方法。
[0017]2.系統(tǒng)聚類法:
[0018]設(shè)有η個(gè)樣品，每個(gè)樣品測得m項(xiàng)指標(biāo)。系統(tǒng)聚類方法的基本思想是:首先定義樣品間的距離和類與類之間的距離。一開始將η個(gè)樣品各自自成一類，這時(shí)類間的距離與樣品間的距離是等價(jià)的；然后將距離最近的兩類合并，并計(jì)算新類與其他類的類間距離，再按最小距離準(zhǔn)則并類。這樣每次縮小一類，知道所有的樣品都并成一類為止。這個(gè)并類過程可以用譜系聚類圖表達(dá)出來。
[0019]由以上系統(tǒng)聚類法的基本思想，即可得出它的基本步驟如下:
[0020](I)將每一樣品看成一類(這時(shí)有η類)；
[0021](2)對(duì)第j步(包括j=0)的分類，計(jì)算出各類與類之間的距離，合并距離最近的兩類，以得到第j+Ι步的分類；
[0022](3)由j=0開始,重復(fù)步驟(2),直到所有樣品歸為一類為止。
[0023](4)做出聚類圖。
[0024]由于類與類之間的距離可以有不同的定義法，就產(chǎn)生了不同的系數(shù)聚類法，下面來介紹其中的幾種:
[0025](I)最短距離法:類與類之間的距離定義為兩類中相距最近的兩個(gè)樣品間的距離。由于最短距離法是用兩類之間最近樣本點(diǎn)的距離來聚的，因此該方法不適合對(duì)分離得很差的群體進(jìn)行聚類。
[0026](2)最長距離法:定義類與類之間的距離為兩類中相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)樣品間的距離。最長距離法容易被異常值嚴(yán)重地扭曲，一個(gè)有效的方法是將這些異常值單獨(dú)拿出來后再進(jìn)行聚類。
[0027](3)中間距離法:類與類之間的距離既不取兩類最近樣品間的距離，也不取兩類最遠(yuǎn)樣品間的距離，而是取介于兩者中間的距離。
[0028](4)類平均法:定義兩類的距離平方等于兩類中元素兩兩之間平方距離的平均。類平均法較好地利用了所有樣品之間的信息，在很多情況下它被認(rèn)為是一種比較好的系統(tǒng)聚類法，應(yīng)用比較廣泛。
[0029](5)重心法:類與類之間的距離定義為兩個(gè)類重心(類內(nèi)樣品平均值)間的距離。與其他系統(tǒng)聚類法相比，重心法在處理異常值方面更穩(wěn)健，但是在別的方面一般不如類平均法或離差平方和法的效果好。
[0030](6)離差平方和法(Ward方法):先將η個(gè)樣品各自成一類，聚類時(shí)每次并掉一類，而選擇使類內(nèi)離差平方和的總和增加最小的兩類加以合并，直到所有的樣品歸為一類為止。離差平方和法使得兩個(gè)大的類傾向于有較大的距離，因而不易合并；相反，兩個(gè)小的類卻因傾向于有較小的距離而易于合并。這往往符合我們對(duì)聚類的實(shí)際要求。
[0031]3.類平均法:
[0032]類平均法采用兩類樣品兩兩之間平均距離的平方的平均作為類之間的距離，SP[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種基于聚類分析的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (1)分析配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方式及劃分標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀； (2)選定劃分的供電區(qū)域范圍，對(duì)其現(xiàn)狀及影響供電區(qū)域劃分的因素進(jìn)行分析； (3)建立供電區(qū)域劃分的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系； (4)分析供電區(qū)域各現(xiàn)狀指標(biāo)和規(guī)劃指標(biāo)的分布情況； (5)對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； (6)對(duì)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，檢查聚類分析結(jié)果是否符合正態(tài)分布； (7)建立供電區(qū)域的劃分標(biāo)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述供電區(qū)域面積不小于5km2。
3.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(3)中，根據(jù)步驟(2)中影響供電區(qū)域劃分的因素，首次從政治、經(jīng)濟(jì)和負(fù)荷三方面建立供電區(qū)域劃分的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中: 政治指標(biāo)包括行政級(jí)別； 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括年人均GDP、年人均社會(huì)用電量、年人均生活用電量和單位GDP電耗； 負(fù)荷指標(biāo)包括負(fù)荷密度、負(fù)荷性質(zhì)和負(fù)荷優(yōu)先級(jí)。
4.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(4)中，分析供電區(qū)域可量化指標(biāo)的分布情況包括:年人均GDP、年人均社會(huì)用電量、年人均生活用電量、單位GDP電耗和負(fù)荷密度。
5.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(5)中，選擇平方根轉(zhuǎn)換、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換或反正弦轉(zhuǎn)換法對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使處理后的指標(biāo)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。
6.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(6)中，設(shè)定供電區(qū)域類型個(gè)數(shù)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)軟件系統(tǒng)SRS軟件，選用系數(shù)聚類法對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行聚類分析或?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上指標(biāo)一起進(jìn)行聚類分析，檢查聚類分析結(jié)果是否符合正態(tài)分布:如果是，輸出并分析供電區(qū)域劃分結(jié)果；否則，采用系數(shù)聚類法的其他方法重新進(jìn)行聚類分析，直到聚類分析結(jié)果服從正態(tài)分布為止。
7.如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分方法，其特征在于，所述步驟(7)中，根據(jù)聚類分析結(jié)果，建立供電區(qū)域的劃分標(biāo)準(zhǔn)，供電區(qū)域類型的名稱和個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103632306SQ201310433740
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】周莉梅, 蘇傲雪, 崔艷妍, 劉偉, 蘇劍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)北京市電力公司, 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司