一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法、系统、设备及存储介质

本发明涉及综合能源系统全域协同优化调控，具体为一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着大规模综合能源系统的协同演进，现代区域能源站通常集成了冷水机组、蓄能水池、热泵、水泵等多品类、多规格的供能与输配设备。由于各设备在能量传递、水力循环和时序响应上表现出极为复杂的联动与耦合特性，如何从历史运行数据中精准提取出高可靠、强可解释性的全站协同运行策略和调控规则，成为保障现代能源站安全稳定与经济高效运行的战略核心。

2、然而，现有的数据驱动型规则提取方法普遍依赖于单一、扁平化的传统决策树算法，将能源站所有的环境参数、负荷特征以及设备状态直接作为全量输入，试图一步到位地直接拟合出全设备的联合控制规则。在这种全局一元化的策略生成范式下，首先面临的严重缺陷在于其缺乏对控制动作之间时序演化关系与“驱动-响应”物理脉络的理性审视。传统的全量特征输入方式往往导致决策树在递归划分特征节点时，极易陷入数据相关性陷阱，无法识别出多个相互关联控制动作之间的单向因果驱动方向。这种因果逻辑推断的缺失，使得模型在求解分裂阈值时将大量伪相关、偶然相关的统计关联视为控制机理，导致模型决策精度在复杂工况下出现显著退化。

3、在这种因果拓扑逻辑未被梳理的基础之上，现有的控制决策拟合过程通常表现为将离散型启停控制与连续型设定值控制混杂在一起的多输出同时拟合，多品类控制动作的交织不仅大幅推高了单个模型的拟合维度与寻找最优分裂路径的计算复杂度，更由于缺乏对异质变量的解耦建模与细粒度规模约束，使得对部分关键工况的规则过度冗余或过度拟合。历史运行数据中发生概率极低的工况噪声和异常波动会顺着庞杂的树体分支层层扩散，直接造成生成的控制规则结构庞大臃肿、判断条件联动级数失控，失去了直观、精简的可解释性，给实际工程的现场校验和落地部署带来极大的阻碍。

4、更为严峻的是，当这些处于不同层级、执行顺序存在严格物理传导先后的多目标调控规则最终堆叠在一起时，现有技术缺乏有效的系统化层级架构对各独立子规则进行时序引导与物理约束。由于连续型控制规则与离散型控制规则在时间步长和驱动层级上本身存在暖通物理机理上的上下游垂直隶属关系，扁平化的规则体系无法在全站尺度上形成动态的级联调控机制。这不仅导致最终生成的运行策略规则在排布时序上发生错位，更无法防止前置驱动设备的动作结果与后续响应设备的判定条件发生逻辑冲突，频繁引发全站规则在实际调度匹配时的状态震荡或工况预判偏差，严重威胁了区域能源站全域完整运行规则的鲁棒性与协同一致性。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的数据驱动规则提取方法存在因果逻辑缺失，异质控制目标混杂，计算复杂度高，以及缺乏系统化层级架构的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法，包括对能源站各设备控制变量的时序数据进行格兰杰因果检验，根据检验结果判定各控制变量间的单向因果驱动方向，并构建格兰杰因果拓扑网络，对其进行拓扑排序划分出因果先后层级，获取标准化因果逻辑层级框架；将能源站控制任务拆分为多个单输出控制动作，依据标准化因果逻辑层级框架，筛选位于当前控制动作前置层级的驱动设备运行状态作为特征，构建单输出控制动作的专属特征集；针对每一项单输出控制动作，利用独立决策树进行单目标独立训练，令每棵独立决策树仅拟合当前控制动作与对应的特征集间的映射关系；从独立决策树中提取对应控制动作的独立调控规则，并以标准化因果逻辑层级框架作为指引，按照各控制动作在框架中的因果传导先后顺序分层级汇总梳理独立调控规则，生成能源站全域完整运行规则。

4、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：进行格兰杰因果检验前，对各设备控制变量的时序数据进行平稳性检验；对于未通过平稳性检验的非平稳时序数据，消除时序趋势并转化为满足预设平稳条件的标准化时序序列，作为因果判定数据源。

5、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：构建格兰杰因果拓扑网络包括，在因果检验过程中施加物理单向层级约束，限定仅允许在暖通物理机理上处于高层级的控制变量向低层级的控制变量单向生成因果驱动边，或者仅允许同层级控制变量之间相互影响，利用所述物理单向层级约束修正纯数据驱动生成的拓扑网络。

6、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：构建单输出控制动作的专属特征集时，筛选在所述标准化因果逻辑层级框架中位于当前单输出控制动作前置层级的驱动设备运行状态，作为内部物理联动特征；引入由外部环境与市场机制决定的系统负荷变量和分时电价变量，作为外部边界驱动特征；将内部物理联动特征与外部边界驱动特征进行组合，为每一项单输出控制动作构建专属特征集。

7、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：独立决策树进行单目标独立训练时，将需要优化的单输出控制动作划分为离散型控制动作和连续型控制动作；针对离散型控制动作，采用分类分裂准则训练对应独立决策树，输出离散类别的控制规则；针对连续型控制动作，采用回归分裂准则训练对应独立决策树，输出连续最优设定数值规则。

8、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：独立决策树进行单目标独立训练时还包括，采用预剪枝限制策略约束独立决策树的独立训练生长过程，所述预剪枝限制策略包括限制每棵决策树的最大深度、约束叶子节点的最小样本承载量、以及设定最小不纯度下降量中的至少一种；限制每棵决策树的最大深度，以限定提取的独立调控规则中条件判断句的最大联动级数；约束叶子节点的最小样本承载量，以剔除历史数据中发生概率低于预设阈值的异常运行工况；设定最小不纯度下降量，以在前置条件对控制动作的区分度低于预设增益时提前终止树体生长，将低贡献度的控制状态分支进行合并。

9、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的一种优选方案，其中：生成能源站全域完整运行规则包括，遍历各独立决策树中从根节点至所有叶节点的全部决策路径，将各条决策路径中的多维度阈值分支判定逻辑转化为标准化的条件表达式规则；在进行分层级汇总梳理时，在前置层级中生成的条件表达式的执行动作结果，动态级联作为触发后续响应层级中条件表达式的条件判断输入，实现全局级联调控。

10、本发明的另外一个目的是提供一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取系统，其能通过将能源站控制任务拆分为多个单输出控制动作，依据标准化因果逻辑层级框架，筛选位于当前控制动作前置层级的驱动设备运行状态作为特征，构建单输出控制动作的专属特征集，解决了目前的数据驱动规则提取方法含有异质控制目标混杂的问题。

11、作为本发明所述的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取系统的一种优选方案，其中：包括时序数据预处理与因果拓扑推断模块，多目标动作解耦与专属特征配置模块，分类回归计算阵列与规模预剪枝模块，全域规则表达式动态级联整合模块；时序数据预处理与因果拓扑推断模块用于采集能源站设备时序运行数据，进行平稳化差分修正及因果检验并注入基于暖通机理的单向物理层级约束，构建标准化因果逻辑层级框架；多目标动作解耦与专属特征配置模块用于将联动控制任务按照物理动作品类拆分为多个独立的单输出控制动作，并依据标准化因果逻辑层级框架，限定仅筛选外部边界特征及处于当前控制动作前置层级的驱动设备变量，为每个单输出控制动作构建专属特征集；分类回归计算阵列与规模预剪枝模块用于调配独立决策树分别对各单输出控制动作的专属特征集进行独立训练，并根据动作品类分流，对离散型动作采用分类分裂准则，对连续型动作采用回归分裂准则，引入预剪枝策略，通过限制树深、约束叶子节点样本量及设定最小不纯度下降量，分别控制条件判断级数、剔除工况噪声及合并低区分度分支；全域规则表达式动态级联整合模块用于遍历计算阵列中各决策树的决策路径并统一转化为标准化的条件表达式规则，遵循层级框架中的垂直传导链条，令前置驱动层级表达式的执行动作结果动态作为后续响应层级表达式的条件判断输入，最终整合成满足暖通物理耦合机理且消除时序动作冲突的全域完整运行规则。

12、本发明的再一个目的是提供了一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的步骤。

13、本发明的还一个目的是提供了一种基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法的步骤。

14、本发明的有益效果：

15、本发明提供的基于因果逻辑推断多级决策树的能源站运行策略规则提取方法在特征工程阶段引入前置的格兰杰因果检验，注入了基于暖通机理的单向物理层级约束，在数学统计和工程机理的双重层面上，剔除了由于多设备强耦合产生的伪因果和偶然统计相关特征，精准捕捉到了异质设备在临界转换工况下的真实物理分界点；通过将联动控制任务按照物理动作品类拆分为独立的单输出控制动作，进行单目标聚焦训练，消除了多目标同步拟合时的多维变量交叉干扰，引入限制最大树深、约束叶子节点最小样本承载量等预剪枝限制策略，能够有效过滤极端概率噪声并限制条件表达式的最大联动级数，将复杂的映射转化为“if-条件-then-动作”的标准条件表达式，单设备规则集精简无冗余，极大地提升了实际工程落地时的可读性与校验便利性；以标准化因果逻辑层级框架作为核心整合指引，遵循暖通物理耦合机理进行规则的分层汇总与级联排布，令前置驱动层级表达式的执行动作结果，动态级联作为触发后续响应层级表达式的条件判断输入，在全站尺度上建立了“因→果”垂直传导链条，彻底切断了连续与离散调控目标同步拟合时的时序动作冲突，在保障极高工况预测精度的同时，赋予了能源站全域运行规则无可比拟的物理一致性与工程鲁棒性。