本發(fā)明涉及電力大數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，具體涉及一種基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)和電力消費(fèi)者數(shù)量的增加導(dǎo)致大量的智能測量和實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備被整合進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了巨量的數(shù)據(jù)。這些智能電網(wǎng)產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)集被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃、電力設(shè)備的狀態(tài)評估、異常檢測、故障診斷和負(fù)荷預(yù)測等方面。準(zhǔn)確無誤的測量數(shù)據(jù)是進(jìn)行信息挖掘和應(yīng)用的根本，然而在電力負(fù)荷數(shù)據(jù)中缺失數(shù)據(jù)是一個(gè)常見問題，在配電網(wǎng)和用電側(cè)，由于配電線路復(fù)雜，用戶基數(shù)龐大，在用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲和處理過程中，可能會遭遇設(shè)備故障、傳輸干擾、外界環(huán)境等種種因素的干擾，這些因素可能導(dǎo)致負(fù)荷數(shù)據(jù)丟失或損壞，從而嚴(yán)重?fù)p害負(fù)荷數(shù)據(jù)的完整性。這會嚴(yán)重影響對用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和有效性，使得基于該分析結(jié)果進(jìn)行的一系列后續(xù)操作都無法準(zhǔn)確進(jìn)行，如負(fù)荷預(yù)測、狀態(tài)估計(jì)、運(yùn)行規(guī)劃等，從而嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，根據(jù)電力用戶負(fù)荷特性和量測數(shù)據(jù)具有的特征關(guān)系，有效地恢復(fù)缺失負(fù)荷數(shù)據(jù)，對于確保電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法，該方法利用用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)存在的局部相似性和連續(xù)性，通過匹配相似塊對缺失位置負(fù)荷進(jìn)行嵌合，以及綜合一階多項(xiàng)式插值結(jié)果，能夠?qū)θ笔У呢?fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行全面高效地恢復(fù)和重建。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法，包括如下步驟：

4、步驟1：對所有用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并構(gòu)建基于采樣時(shí)刻、采樣日期及用戶的三階負(fù)荷張量，并將采樣時(shí)刻作為第一模態(tài)，按照第一模態(tài)對三階負(fù)荷張量進(jìn)行展開，得到展開張量，突出負(fù)荷在時(shí)間分布上的變化趨勢和特征；

5、步驟2：基于缺失負(fù)荷位置索引，構(gòu)建匹配相似塊偏移量，所述匹配相似塊偏移量具體為缺失負(fù)荷位置與匹配相似塊位置之間的偏移量；通過基于蔓延法則和不規(guī)則搜索的多次迭代優(yōu)化匹配相似塊的選擇，并以匹配相似塊與缺失負(fù)荷位置數(shù)據(jù)塊的誤差平方和作為匹配相似塊的選擇標(biāo)準(zhǔn)；將最終選擇的匹配相似塊作為最優(yōu)相似塊，并將最優(yōu)相似塊作為缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)；

6、步驟3：基于一階多項(xiàng)式插值對展開張量的缺失位置負(fù)荷數(shù)據(jù)構(gòu)建輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，并融合所述初步恢復(fù)數(shù)據(jù)和所述輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，得到所有用戶最終的缺失負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果。

7、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟1中所述按照第一模態(tài)對三階負(fù)荷張量進(jìn)行展開，得到展開張量，具體為：

8、

9、式中，是用戶樣本m的負(fù)荷矩陣，a表示采樣時(shí)刻總數(shù)，b表示采樣天數(shù)，c表示用戶樣本量；表示按照采樣時(shí)刻對三階負(fù)荷張量進(jìn)行展開后得到的展開張量。其中，負(fù)荷矩陣可以突出數(shù)據(jù)依據(jù)采樣時(shí)刻構(gòu)建的時(shí)間信息在這些維度上的變化趨勢和特征，并且保留與其他兩個(gè)模態(tài)的交互信息和關(guān)聯(lián)影響，體現(xiàn)在負(fù)荷矩陣的列分布上。

10、進(jìn)一步地，步驟2中所述匹配相似塊偏移量具體為：

11、

12、式中，表示在相似塊(i,j)處的匹配相似塊偏移量，包含x和y兩個(gè)方向；dx和dy分別是獨(dú)立從[-pmax,pmax]均勻分布中采樣的隨機(jī)變量，pmax表示允許的最大偏移量。

13、進(jìn)一步地，步驟2中，所述的通過基于蔓延法則和不規(guī)則搜索的多次迭代優(yōu)化匹配相似塊的選擇，并以匹配相似塊與缺失負(fù)荷位置數(shù)據(jù)塊的誤差平方和作為匹配相似塊的選擇標(biāo)準(zhǔn)，具體為：

14、

15、

16、

17、

18、式中，errcur、errleft和errup分別是當(dāng)前相似塊、其左側(cè)相似塊及其上方相似塊基于誤差平方和的相似性誤差；和分別為缺失負(fù)荷位置數(shù)據(jù)塊和當(dāng)前相似塊，和分別為在x和y方向上的偏移量；和分別為在x和y方向上的偏移量，和分別為在x和y方向上的偏移量，和分別是(i,j)處的相似塊與其左側(cè)相似塊和上方相似塊的偏移量。上述過程根據(jù)蔓延法則從相鄰相似塊借用優(yōu)選的匹配相似塊偏移量，oi(i,j)表示(i,j)處的相似塊與缺失負(fù)荷位置數(shù)據(jù)塊的最小誤差平方和對應(yīng)的匹配相似塊偏移量，作為當(dāng)前匹配關(guān)系的傳遞優(yōu)化結(jié)果。

19、為了防止局部最優(yōu)，以oi(i,j)對應(yīng)的匹配塊位置為中心，在不斷指數(shù)衰減的半徑區(qū)域內(nèi)進(jìn)行不規(guī)則搜索，直到搜索半徑變?yōu)橐粋€(gè)相似塊：

20、

21、式中，r表示最大搜索半徑；β表示[0,1]內(nèi)的指定衰減系數(shù)；τ表示服從二維均勻分布的隨機(jī)數(shù)；k表示不規(guī)則搜索次數(shù)；oii(i,j)表示(i,j)處的匹配相似塊經(jīng)過k次不規(guī)則搜索后對應(yīng)的匹配相似塊偏移量；

22、如果誤差減小，則用oii(i,j)替換oi(i,j)，否則保留oi(i,j)，繼續(xù)迭代搜索直至搜索半徑變?yōu)橐粋€(gè)相似塊；

23、將整個(gè)迭代搜索過程中誤差平方和最小的匹配相似塊偏移量對應(yīng)的匹配相似塊作為最優(yōu)相似塊；并將最優(yōu)相似塊作為缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)；所述缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式為：

24、

25、式中，表示(i,j)處缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)；為整個(gè)迭代搜索過程中誤差平方和最小的匹配相似塊偏移量，和分別為在x和y方向上的偏移量。

26、進(jìn)一步地，步驟3中所述的基于一階多項(xiàng)式插值對展開張量的缺失位置負(fù)荷數(shù)據(jù)構(gòu)建輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，具體為：

27、

28、式中，w是負(fù)荷缺失位置的行索引，；v是負(fù)荷缺失位置列索引，；p和q表示負(fù)荷非缺失位置的行索引，滿足p<w<q；表示展開張量的缺失位置(w,v)處負(fù)荷數(shù)據(jù)的輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)；

29、融合所述初步恢復(fù)數(shù)據(jù)和所述輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，得到所有用戶最終的缺失負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果，具體為：

30、

31、式中，表示最終的缺失負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果，和分別為所有用戶的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)和輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)。

32、本發(fā)明還提供一種基于相似塊嵌合技術(shù)及一階多項(xiàng)式插值的電力用戶缺失負(fù)荷數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置，用于實(shí)現(xiàn)上述方法，所述裝置包括：

33、展開張量獲取模塊，用于對所有用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并構(gòu)建基于采樣時(shí)刻、采樣日期及用戶的三階負(fù)荷張量，并將采樣時(shí)刻作為第一模態(tài)，按照第一模態(tài)對三階負(fù)荷張量進(jìn)行展開，得到展開張量；

34、缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于基于缺失負(fù)荷位置索引，構(gòu)建匹配相似塊偏移量，所述匹配相似塊偏移量具體為缺失負(fù)荷位置與匹配相似塊位置之間的偏移量；通過基于蔓延法則和不規(guī)則搜索的多次迭代優(yōu)化匹配相似塊的選擇，并以匹配相似塊與缺失負(fù)荷位置數(shù)據(jù)塊的誤差平方和作為匹配相似塊的選擇標(biāo)準(zhǔn)；將最終選擇的匹配相似塊作為最優(yōu)相似塊，并將最優(yōu)相似塊作為缺失負(fù)荷的初步恢復(fù)數(shù)據(jù)；

35、缺失負(fù)荷恢復(fù)模塊，用于基于一階多項(xiàng)式插值對展開張量的缺失位置負(fù)荷數(shù)據(jù)構(gòu)建輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，并融合所述初步恢復(fù)數(shù)據(jù)和所述輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，得到所有用戶最終的缺失負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果。

36、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括：一個(gè)或多個(gè)處理器；存儲器，用于存儲一個(gè)或多個(gè)程序；當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)所述基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法。

37、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法。

38、本發(fā)明的有益效果是：

39、本發(fā)明針對含有缺失值用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)的缺失補(bǔ)全和恢復(fù)，提出了一種基于相似塊嵌合及一階多項(xiàng)式插值的缺失負(fù)荷恢復(fù)方法。本發(fā)明通過蔓延法則和不規(guī)則搜索來優(yōu)化選擇，以誤差平方和為優(yōu)化選擇標(biāo)準(zhǔn)，用最優(yōu)相似塊平均值生成初步恢復(fù)數(shù)據(jù)。對展開張量缺失位置負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行一階多項(xiàng)式插值，構(gòu)建輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)，將初步恢復(fù)數(shù)據(jù)和輔助恢復(fù)數(shù)據(jù)等權(quán)重組合，輸出最終缺失負(fù)荷恢復(fù)結(jié)果。相比單純依靠一階多項(xiàng)式插值算法，該方法引入相似塊嵌合技術(shù)，能夠在保持負(fù)荷矩陣結(jié)構(gòu)連貫性的同時(shí)，引入更真實(shí)的紋理細(xì)節(jié)；同時(shí)，相似塊嵌合能夠提供更好的邊緣保持特性，彌補(bǔ)一階多項(xiàng)式插值在邊緣處產(chǎn)生的模糊效應(yīng)。該方法可以充分考慮用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，如局部相關(guān)性、連續(xù)性等特征，對于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷數(shù)據(jù)缺失值更加全面地、有效地進(jìn)行補(bǔ)全具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。