CN104218572B - 一种基于模糊推理的cim模型拓扑实时规约与修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，该方法包括以下步骤：一、实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据。二、根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V。三、计算各个关键设备节点的隶属度值。四、对各个关键设备节点的隶属度值进行修正。五、根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型。本发明既能解决电网拓扑CIM结构与实时数据间对应关系的偏差问题，消除实时处理的电网拓扑合并后存在错误的情况；又能根据各类数据间关系进行较好地模糊推理，得到一个更为接近真实电网的基础数据来源，便于对电网作出正确的判断与决策。

Description

一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法。

背景技术

公共信息模型(CIM)是一个抽象模型，用于描述电力企业的所有主要对象，特别是与电力运行有关的对象。通过提供一种用对象类和属性及他们之间关系来表示电力系统资源的标准方法，CIM方便了实现不同卖方独立开发的能量管理系统(EMS)应用的集成，多个独立开发的完整EMS系统之间的集成，以及EMS系统和其它涉及电力系统运行的不同方面的系统(例如发电或配电系统)之间的集成。这是通过定义一种基于CIM的公共语言(即语法和语义)，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而访问公共数据和交换信息来实现的。CIM中描述的对象类本质上是抽象的，可以用于各种应用。CIM的使用远远超出了它在EMS中应用的范围。应当把本标准理解为一种能够在任何领域实行集成的工具，只要该领域需要一种公共电力系统，使得应用和系统之间能够实现互操作和插入兼容性，而与任何具体实现无关。由于完整的CIM的规模较大，所以将包含在CIM中的对象分成了几个逻辑包，每个逻辑包代表整个电力系统模型的某一部分。这些包的集合发展成为独立的标准。

现有的CIM模型遵循IEC61970标准，在现有电网调度SCADA系统中，均支持进行基于IEC61970规范的CIM模型交互格式。然而，现有的电网拓扑CIM结构与实时数据间对应关系存在偏差，在实时处理的电网拓扑合并后也存在错误；以致得到的电网数据信息与真实电网相差甚远，无法对电网作出正确的判断与决策。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，该方法不仅能够解决现有技术中在电网拓扑CIM结构与实时数据间对应关系的偏差问题，以及实时处理的电网拓扑合并后存在错误的情况；还能够根据各类数据之间的关联关系进行较好地模糊推理，得到一个更为接近真实电网的基础数据来源，便于对电网作出正确的判断与决策。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，该方法包括以下步骤：

(1)实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据。

(2)根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V。

(3)计算各个关键设备节点的隶属度值。

(4)对各个关键设备节点的隶属度值进行修正。

(5)根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型。

进一步的，步骤(1)所述的“实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据”的具体过程为：

a.从SCADA系统获取当前电网拓扑的CIM描述文件。

b.从EMS系统获取当前各开关设备的状态，以及各设备的对应量测点数据；所述的对应量测点数据包括有功功率P，无功功率Q以及电压V；所述的开关设备的状态有0和1两种。

进一步的，步骤(2)中所述的“根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V”的具体过程为：

a.提取CIM描述文件中的各个关键设备节点；所述的关键设备节点包括开关类型、母线类型、变压器类型和导线类型四类电气设备。

b.设开关类型节点为Bi，母线类型节点为Si，变压器类型节点为Pi，导线类型节点为Ai。

c.建立可信集合U与不可信集合V，并构建隶属度函数μ(x)，根据隶属度函数μ(x)将各个关键设备节点进行划分，得到可信度向量关系：

$\left\{\begin{array}{c}U=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\μ}\left(x_i\right)/x_i\\ V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(1-\mathrm{\μ}\left(x_i\right)\right)/x_i\end{array}\right..$

进一步的，步骤(3)中所述的“计算各个关键设备节点的隶属度值”的具体过程为：

a.计算开关类型节点Bi的隶属度μ(B_i)

读取当前t时刻与t-1时刻的开关状态信息，若t时刻和t-1时刻的开关状态信息相同，则设定μ(B_i)为0.8；若t时刻和t-1时刻的开关状态信息不同，则设定μ(B_i)为0.2。

b.计算母线类型节点Si的隶属度μ(S_i)

读取当前t时刻的电压信息SB_t与t-1时刻的电压信息SB_t-1，并根据公式μ(S_i)＝1-|SB_t-SB_t-1|/SB_t，求出母线节点Si的隶属度μ(S_i)。

c.计算变压器类型节点Pi的隶属度μ(P_i)

读取当前t时刻与t-1时刻的三侧有功潮流测值。所述的t时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t、中压侧有功潮流测值PM_t和低压侧有功潮流测值PL_t。所述的t-1时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t-1、中压侧有功潮流测值PM_t-1和低压侧有功潮流测值PL_t-1。

并根据公式 $\mathrm{\μ}\left(P_i\right)=\frac{\sqrt{{\left({\mathrm{PH}}_t-{\mathrm{PH}}_{t-1}\right)}^2+{\left({\mathrm{PM}}_t-{\mathrm{PM}}_{t-1}\right)}^2+{\left({\mathrm{PL}}_t-{\mathrm{PL}}_{t-1}\right)}^2}}{{\mathrm{PH}}_t+{\mathrm{PM}}_t+{\mathrm{PL}}_t},$ 求出变压器节点Pi的隶属度μ(P_i)。

d.计算导线类型节点Ai的隶属度μ(A_i)

读取当前t时刻的有功测量值ACLineP_t和无功测量值ACLineQ_t，以及t-1时刻的有功测量值ACLineP_t-1和无功测量值与ACLineQ_t-1。

并根据公式

$\mathrm{\μ}\left(A_i\right)=\frac{\sqrt{{({\mathrm{ACLineP}}_t-{\mathrm{ACLineP}}_{t-1})}^2+{({\mathrm{ACLineQ}}_t-{\mathrm{ACLineQ}}_{t-1})}^2}}{{\mathrm{ACLineP}}_t+ACLineQ},$ 求出导线节点Ai的隶属度μ(A_i)。

进一步的，步骤(4)中所述的“对各个关键设备节点的隶属度值进行修正”的具体过程为：

若设备节点当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t大于等于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则修正当前隶属度值为μ(x_i)_t＝μ(x_i)_t×(1+(μ(x_i)_t-μ(x_i)_t-1)²)。若当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t小于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则不对当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t进行修正。

更进一步的，步骤(5)中所述的“根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型”的具体过程为：

a.遍历CIM模型中的所有关键设备节点xi。

若其隶属于可信集合U的概率大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定CIM模型中的该节点xi有效。

若其隶属于可信集合U的概率不大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定该节点xi无效。

b.将所有标记为有效的设备节点输出，通过接口保存至SCADA系统中，并将其分析标志位设定为1。

本发明的工作原理：

为了解决在网损系统数据源分析过程中所遇到的拓扑缺陷与设备状态错误等问题，本发明提出了一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法。该方法将模糊集与模糊推理概念引入到了电网实时拓扑结构修正中，首先通过建立可信集合与不可信集合，对各类拓扑节点和线路进行预设聚类；然后再不断引入置信度支撑数据，动态的修正各个设备的隶属度值。在可信集合与不可信结合设备间建立了模糊关系，通过模糊关系可依据典型有效拓扑结构的适配性进行评价，从而动态的修正实时拓扑结构中的各类错误，达到纠偏与纠正的效果。通过本方法的引入，能够在无需人工参与的情况下完成多数据源的匹配与拓扑修正，提高了系统的实时性特征，降低了错误发生的概率。

由以上技术方案可知，本发明不仅能够解决现有技术中在电网拓扑CIM结构与实时数据间对应关系的偏差问题，以及实时处理的电网拓扑合并后存在错误的情况；还能够根据各类数据之间的关联关系进行较好地模糊推理，得到一个更为接近真实电网的基础数据来源，便于对电网作出正确的判断与决策。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，该方法包括以下步骤：

(1)实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据。

(2)根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V。

(3)计算各个关键设备节点的隶属度值。

(4)对各个关键设备节点的隶属度值进行修正。

(5)根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型。

具体地说，该方法包括以下顺序的步骤：

(1)从SCADA系统获取当前电网拓扑的CIM描述文件。

(2)从EMS系统获取当前各开关设备的状态，以及各设备的对应量测点数据。所述的对应量测点数据包括有功功率P，无功功率Q以及电压V；所述的开关设备的状态有0和1两种。

(3)提取CIM描述文件中的各个关键设备节点。所述的关键设备节点包括开关类型、母线类型、变压器类型和导线类型四类电气设备。设开关类型节点为Bi，母线类型节点为Si，变压器类型节点为Pi，导线类型节点为Ai。

(4)建立可信集合U与不可信集合V，并构建隶属度函数μ(x)，根据隶属度函数μ(x)将各个关键设备节点进行划分，得到可信度向量关系：

$\left\{\begin{array}{c}U=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\μ}\left(x_i\right)/x_i\\ V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(1-\mathrm{\μ}\left(x_i\right)\right)/x_i\end{array}\right..$

(5)计算开关类型节点Bi的隶属度μ(B_i)

读取当前t时刻与t-1时刻的开关状态信息，若t时刻和t-1时刻的开关状态信息相同，则设定μ(B_i)为0.8；若t时刻和t-1时刻的开关状态信息不同，则设定μ(B_i)为0.2。

(6)计算母线类型节点Si的隶属度μ(S_i)

读取当前t时刻的电压信息SB_t与t-1时刻的电压信息SB_t-1，并根据公式μ(S_i)＝1-|SB_t-SB_t-1|/SB_t，求出母线节点Si的隶属度μ(S_i)。

(7)计算变压器类型节点Pi的隶属度μ(P_i)

读取当前t时刻与t-1时刻的三侧有功潮流测值。所述的t时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t、中压侧有功潮流测值PM_t和低压侧有功潮流测值PL_t。所述的t-1时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t-1、中压侧有功潮流测值PM_t-1和低压侧有功潮流测值PL_t-1。

并根据公式 $\mathrm{\μ}\left(P_i\right)=\sqrt{\frac{{\left({\mathrm{PH}}_t-{\mathrm{PH}}_{t-1}\right)}^2+{\left({\mathrm{PM}}_t-{\mathrm{PM}}_{t-1}\right)}^2+{\left({\mathrm{PL}}_t-{\mathrm{PL}}_{t-1}\right)}^2}{{\mathrm{PH}}_t+{\mathrm{PM}}_t+{\mathrm{PL}}_t}},$ 求出变压器节点Pi的隶属度μ(P_i)。

(8)计算导线类型节点Ai的隶属度μ(A_i)

读取当前t时刻的有功测量值ACLineP_t和无功测量值ACLineQ_t，以及t-1时刻的有功测量值ACLineP_t-1和无功测量值与ACLineQ_t-1。

并根据公式

$\mathrm{\μ}\left(A_i\right)=\frac{\sqrt{{\left({\mathrm{ACLineP}}_t-{\mathrm{ACLineP}}_{t-1}\right)}^2+{\left({\mathrm{ACLineQ}}_t-{\mathrm{ACLineQ}}_{t-1}\right)}^2}}{{\mathrm{ACLineP}}_t+ACLineQ},$ 求出导线节点Ai的隶属度μ(A_i)。

(9)对各个关键设备节点的隶属度值进行修正。若设备节点当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t大于等于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则修正当前隶属度值为μ(x_i)_t＝μ(x_i)_t×(1+(μ(x_i)_t-μ(x_i)_t-1)²)。若当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t小于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则不对当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t进行修正。

(10)遍历CIM模型中的所有关键设备节点xi。若其隶属于可信集合U的概率大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定CIM模型中的该节点xi有效。若其隶属于可信集合U的概率不大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定该节点xi无效。

(11)将所有标记为有效的设备节点输出，通过接口保存至SCADA系统中，并将其分析标志位设定为1。

(12)从EMS系统中获取新的数据，即t+1时刻的各开关设备的状态(0或1)，以及各设备的对应量测点数据(有功功率P、无功功率Q和电压V)；返回步骤(5)，进行新一轮的实时规约与修正。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据；

(2)根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V；

(3)计算各个关键设备节点的隶属度值；

(4)对各个关键设备节点的隶属度值进行修正；

(5)根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：步骤(1)所述的“实时获取采集与监视控制系统SCADA和能量管理系统EMS的数据”的具体过程为：

a.从SCADA系统获取当前电网拓扑的CIM描述文件；

b.从EMS系统获取当前各开关设备的状态，以及各设备的对应量测点数据；所述的对应量测点数据包括有功功率P，无功功率Q以及电压V；所述的开关设备的状态有0和1两种。

3.根据权利要求2所述的一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：步骤(2)中所述的“根据实时获取的数据，建立关键设备节点的可信集合U和不可信集合V”的具体过程为：

a.提取CIM描述文件中的各个关键设备节点；所述的关键设备节点包括开关类型、母线类型、变压器类型和导线类型四类电气设备；

b.设开关类型节点为Bi，母线类型节点为Si，变压器类型节点为Pi，导线类型节点为Ai；

c.建立可信集合U与不可信集合V，并构建隶属度函数μ(x)，根据隶属度函数μ(x)将各个关键设备节点进行划分，得到可信度向量关系：

$\left\{\begin{array}{c}U=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\μ}\left(x_i\right)/x_i\\ V=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(1-\mathrm{\μ}(x_i\left)\right)/x_i\end{array}\right..$

4.根据权利要求3所述的一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：步骤(3)中所述的“计算各个关键设备节点的隶属度值”的具体过程为：

a.计算开关类型节点Bi的隶属度μ(B_i)；

读取当前t时刻与t-1时刻的开关状态信息，若t时刻和t-1时刻的开关状态信息相同，则设定μ(B_i)为0.8；若t时刻和t-1时刻的开关状态信息不同，则设定μ(B_i)为0.2；

b.计算母线类型节点Si的隶属度μ(S_i)；

读取当前t时刻的电压信息SB_t与t-1时刻的电压信息SB_t-1，并根据公式μ(S_i)＝1-|SB_t-SB_t-1|/SB_t，求出母线节点Si的隶属度μ(S_i)；

c.计算变压器类型节点Pi的隶属度μ(P_i)；

读取当前t时刻与t-1时刻的三侧有功潮流测值；所述的t时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t、中压侧有功潮流测值PM_t和低压侧有功潮流测值PL_t；所述的t-1时刻的三侧有功潮流测值包括高压侧有功潮流测值PH_t-1、中压侧有功潮流测值PM_t-1和低压侧有功潮流测值PL_t-1；

并根据公式 $\mathrm{\μ}\left(P_i\right)=\frac{\sqrt{{({\mathrm{PH}}_t-{\mathrm{PH}}_{t-1})}^2+{({\mathrm{PM}}_t-{\mathrm{PM}}_{t-1})}^2+{({\mathrm{PL}}_t-{\mathrm{PL}}_{t-1})}^2}}{{\mathrm{PH}}_t+{\mathrm{PM}}_t+{\mathrm{PL}}_t},$ 求出变压器节点Pi的隶属度μ(P_i)；

d.计算导线类型节点Ai的隶属度μ(A_i)；

读取当前t时刻的有功测量值ACLineP_t和无功测量值ACLineQ_t，以及t-1时刻的有功测量值ACLineP_t-1和无功测量值与ACLineQ_t-1；

并根据公式

$\mathrm{\μ}\left(A_i\right)=\frac{\sqrt{{({\mathrm{ACLineP}}_t-{\mathrm{ACLineP}}_{t-1})}^2+{({\mathrm{ACLineQ}}_t-{\mathrm{ACLineQ}}_{t-1})}^2}}{{\mathrm{ACLineP}}_t+ACLineQ},$ 求出导线节点Ai的隶属度μ(A_i)。

5.根据权利要求4所述的一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：步骤(4)中所述的“对各个关键设备节点的隶属度值进行修正”的具体过程为：

若设备节点当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t大于等于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则修正当前隶属度值为μ(x_i)_t＝μ(x_i)_t×(1+(μ(x_i)_t-μ(x_i)_t-1)²)；若当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t小于t-1时刻的隶属度值μ(x_i)_t-1，则不对当前t时刻的隶属度值μ(x_i)_t进行修正。

6.根据权利要求3所述的一种基于模糊推理的CIM模型拓扑实时规约与修正方法，其特征在于：步骤(5)中所述的“根据可信集合U和不可信集合V，重新组织CIM模型”的具体过程为：

a.遍历CIM模型中的所有关键设备节点xi；

若其隶属于可信集合U的概率大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定CIM模型中的该节点xi有效；

若其隶属于可信集合U的概率不大于其隶属于不可信集合V的概率，则设定该节点xi无效；

b.将所有标记为有效的设备节点输出，通过接口保存至SCADA系统中，并将其分析标志位设定为1。