CN104218581A - 一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，所述方法包括(1)计算智能电表的分时电压序列和分时电压分布曲线；(2)分析电压序列的相关系数；(3)评估每一对智能电表的相对电距离；(4)通过比较电压序列的电压值，判断出一组智能电表在同一馈线上的相对上下游位置，验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性。本发明通过计算时序电压之间的相关系数和其相对的电压大小，并与同一区域内其他台变下得出的同类数据作对比分析，可有效验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性，校验出存在的错误和误差并可加以修正。这种校验方法所需的物资和人力成本低、准确性高、可操作性好。

Description

一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法

技术领域

本发明涉及一种校验配电网拓扑结构的方法，具体讲涉及一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法。

背景技术

配电网的拓扑结构是描述电力用户负荷与配电网变压器、变压器馈线之间的物理连接关系的。配电网系统的典型拓扑是辐射型的。由于负荷的变化带来的不确定性，配电网的电压分布具有以下特性：

(1)因为与不同馈线相连的负荷的分布是不同的，所以不同馈线上的电压分布是不同的；

(2)对于同一馈线而言，其电压相位通常存在一定程度的三相不平衡度；

(3)电压值的大小等级在同一馈线上是呈从上游至下游递减趋势的；

(4)系统中的负荷是变化和相互影响的，如果两个负荷的电距离越近，它们的负荷曲线就越相似，反之亦然。

电力公司通常使用企业地理信息系统(GIS)以保持配电系统资产清单以及了解配电系统中的各种电力设备是如何在电网中相互连接的。目前，在已有的配电网GIS系统数据中，存在大量的错误或者误差，如：

(1)实际拓扑结构与系统数据不相符，例如电力用户与台变的连接线路不相符、台变与馈线相的连接线路不相符等；

(2)设备资产的地理位置错误、参数不一致等。

这些错误和误差对配电系统的资产管理维护、系统运维、供电中断响应以及维修人员的人身安全都有不良影响。

为了校验和修正这些错误或者误差，电力公司的通常做法是：当实际拓扑结构发生变更时，人工记录这些变更并更新GIS系统中的相关数据，或者专门组织人力进行实地巡测修正这些错误。这些方法既耗费大量的时间、人力和物质资源，准确性又不够，同时对于采用地下电缆铺设的台区、偏远台区等不具备良好的可操作性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，以解决现有校验方法物资和人力成本高、准确性不够、可操作性差的问题。本发明利用用电信息量测数据，计算获得一定地理区域内的同一台变下及其邻近台变下得到所有智能电表的分时电压分布序列以及其分时电压分布曲线，并对分时电压序列作统计学上的相关系数分析。利用这些计算出来的相关系数以及分时电压序列的电压值大小，可以确定每一对智能电表的相对电距离，以及一组智能电表在同一馈线上的相对上下游位置，由此可有效验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其改进之处在于，所述方法包括

(1)计算智能电表的分时电压序列和分时电压分布曲线；

(2)分析电压序列的相关系数；

(3)评估每一对智能电表的相对电距离；

(4)通过比较电压序列的电压值，判断出一组智能电表在同一馈线上的相对上下游位置，验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性。

优选的，所述步骤(1)包括用馈线阻抗值、一段连续时间内每小时电压和电能量测数据计算每个智能电表j所在公共耦合点PCj的电压V_PCj，得到该电表的分时电压分布序列以及其分时电压分布曲线。

进一步地，采用用电信息采集系统获取的配电网电能量测数据、馈线的参数和欧姆定律，可得

${\hat{V}}_{\mathrm{PCj}}=V_j+Z_{\mathrm{Sj}}\·{\hat{I}}_j---\left(1\right)$

其中，j对应的用户智能电表的编号，V_PC为配电网馈线上公共耦合点的电压，为智能电表j记录的每小时分时电流，V_j为智能电表j记录的每小时平均电压，Z_Sj为智能电表所在馈线的阻抗。

优选的，所述步骤(2)包括对一定地理区域内的同一台变下及其邻近台变下得到的V_PCj分时电压序列作统计学上的相关系数分析；设N为分析中用的智能电表的总数，得到一个N×N的相关矩阵；该矩阵示出对于j，k＝{1，2，...，N}的相关系数corr(V_PCj，V_PCk)。

优选的，所述步骤(3)包括一对电表的相关系数高，则电距离上为直接相邻的；其共用一个公共耦合点或在同一条馈线上处于相邻的上下游；一对电表的相关系数越低，电距离越远。

优选的，所述步骤(4)包括分时电压序列的相关系数和电压值大小与已有GIS系统内记录的拓扑结构的推算相符合，确定该拓扑结构的正确性。

优选的，所述步骤(4)包括在已有的GIS系统内的拓扑结构与经实际量测分析推算出来的拓扑结构不一致，通过比较V_PCj分时电压分布序列的相关系数确认该电表所属台区，比较其电压序列的电压值的大小确认该电表在该馈线分支的相对位置。

优选的，V_PCj在一定时间段内的电压分布曲线呈现的相同的趋势，示出不同的电压；示出下游电表的电压低于上游电表的电压；台变侧的电压最大，馈线末端最小；对于共享同一公共耦合点的相邻电表，其电压一致。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明分析的数据来源是一定地理区域内、同一台变下的不同智能电表采集的每小时时序电压。通过计算这些时序电压之间的相关系数和其相对的电压大小，并与同一区域内其他台变下得出的同类数据作对比分析，可有效验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性，校验出存在的错误和误差并可加以修正。这种校验方法所需的物资和人力成本低、准确性高、可操作性好。

附图说明

图1为本发明提供的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法示意图。

图2为本发明提供的台变下二次配电系统的电气连接图。

图3为本发明提供的台变1下所有电表的分时电压分布序列得出的相关矩阵示意图。

图4为本发明提供的台变1下所有电表某一天中的分时电压分布曲线图。

图5为本发明提供的台变2和台变3下所有电表的分时电压分布序列得出的相关矩阵示意图。

图6为本发明提供的台变2下所有电表某一天中的分时电压分布曲线图。

图7为本发明提供的台变3下所有电表某一天中的分时电压分布曲线图。

图8为本发明提供的在GIS系统中拓扑结构及其修正图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

利用用电信息采集系统获取到的配电网电能量测数据，以及馈线的参数，根据欧姆定律，可得

${\hat{V}}_{\mathrm{PCj}}=V_j+Z_{\mathrm{Sj}}\·{\hat{I}}_j---\left(1\right)$

其中，j对应某个用户智能电表的编号，V_PC是配电网馈线上某一公共耦合点的电压，是智能电表j记录的每小时分时电流，V_j是智能电表j记录的每小时平均电压，Z_Sj是这个智能电表所在馈线的阻抗。对于不直接测量每小时分时电流但测量每小时平均电压V_j和每小时用电量kWh的智能电表j，每小时分时电流可以约等于kWh_j/V_j.

由于在同一台变下的源电压分布是一致的，以这种方法得到的所有该台变下的V_PCj在一定时间段内的电压分布曲线应呈现相同的趋势，但其具体的电压大小是不同的。由于馈线线损的存在，下游电表的电压大小应该低于上游电表的电压大小。显然地，电压大小在台变侧最大，在馈线末端最小。并且，对于共享同一公共耦合点的相邻电表，其电压大小是一致的。参考图2，对于纵向的馈线而言，其各公共耦合点的电压V_PCj值，在一段特定时间内的的排序从大到小应该是：

V_PC5＝V_PC6＞V_PC4＞V_PC3＞V_PC1＝V_PC2.。

同理，对于横向的馈线而言，其排序为：

V_PC5＝V_PC6＞V_PC7＝V_PC8＞V_PC9＝V_PC10＝V_PC11＝V_PC12＞V_PC13＞V_PC14＝V_PC15.

本发明一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法具体流程如下：

(1)通过馈线阻抗值、一段连续时间内(如1-2周)的每小时电压和电能量测数据来计算每个智能电表j所在公共耦合点PCj的电压V_PCj，得到该电表的分时电压分布序列以及其分时电压分布曲线；

(2)对一定地理区域内的同一台变下及其邻近台变下得到所有的V_PCj分时电压序列作统计学上的相关系数分析。假设N是在分析中用到的智能电表的总数，可以得到一个N×N的相关矩阵。该矩阵可以示出对于j，k＝{1，2，...，N}的所有相关系数corr(V_PCj，V_PCk)；

(3)利用这些计算出来的相关系数，可以对每一对智能电表的相对电距离进行一个评估。例如，拥有最高相关系数的一对电表，在电距离上应当是直接相邻的。它们有可能是共用一个公共耦合点，或者是在同一条馈线上处于相邻的上下游。对于一对电表，如果其分时电压分布序列的相关系数越低，那就意味着它们的电距离越远；

(4)通过比较V_PCj序列的电压值大小，可以判断出一组智能电表在同一馈线上的相对上下游位置，由此确定该馈线上各电表的拓扑结构。如果分时电压分布序列的相关系数和电压值大小都与根据已有GIS系统内记录的拓扑结构的推算相符合，那么便可以确定该拓扑结构的正确性；

(5)如果在已有的GIS系统内的拓扑结构与经实际量测分析推算出来的拓扑结构不一致，例如，如果某个V_PCj与其同一台变下相邻的智能电表的分时电压分布序列的相关系数比该台变下其他智能电表之间的相关系数低，那么这很可能说明该智能电表j实际上是接在另一台变下的。此外，同一台变下电表分时电压之间最高的一对相关系数则可以说明这一对电表在该台变馈线中具有最小的电距离。在通过比较V_PCj分时电压分布序列的相关系数来确认该电表所属台区后，可利用比较其电压序列的电压值大小来确认该电表在该馈线分支的相对位置。

实施例

根据GIS系统的数据，在馈线1下的台变1属于C相，共有13个电力用户的智能电表接在该台变下。利用该台变下所有智能电表的一周的分时电压分布序列进行计算，如图3所示，可得出所有电表分时电压之间的相关系数矩阵。可以看到，除了电表11和电表13，其他所有该台变下的智能电表分时电压之间的相关系数都大于0.97，这样高的相关性可以表明这些电表确实都是接在台变1下的。然而，电表11和13与其他电表之间的相关系数在比较低的0.67至0.78区间，在图3中以斜线阴影示出。这表明这两个电表在实际的拓扑结构中可能是连接在其他台变下的。

如图4所示，为台变1下所有电表某一天中的分时电压分布曲线。可以明显地看到，电表11和13具有比该台变下其他电表更大的电压值，并且其分布曲线的趋势与其他电表也不一致。这与比较相关系数所得的校验结果是相一致的。

对这两个电表与该区域其他台变下的所有电表的分时电压分布序列作相关系数分析。该区域下还有台变2和台变3，其中台变2下接有电表14至电表17，台变3下接有电表18至电表22。分析的结果如图5所示。

图5的结果显示出，电表11与台变2下的电表14的相关系数是最大的，而电表13与台变3下的电表18和电表19的相关系数是最大的，在图4中以斜线阴影示出。这样一来，便可推断出与电表11电距离最小的相邻电表是电表14，而与电表13电距离最小的相邻电表是电表18和电表19。并且，可由此得出，电表11实际上与台变2相连，而电表13实际上与台变3相连。

除了相关系数的分析之外，对于电表11和电表13的某一天的分时电压分布曲线也可以与其他台变下电表进行比较。其中，分别将电表11的分时电压分布曲线与台变2下的其他电表进行比较，如图6所示；将电表13的分时电压分布曲线与台变3下的其他电表进行比较，如图7所示。

在图6上可以很明显的看到，电表11的分时电压分布曲线的趋势与台变2下的其他电表非常类似。并且，从电表11的电压大小与其他电表进行比较的结果来看，电表11处在台变2馈线的末端，其最邻近的上游电表是电表14。为了更好地做出对比说明，图6中也示出了电表13的分时电压分布曲线。通过该曲线可以很明显地看到，其分布趋势与台变2下的其他电表并不一致，由此可判断出电表13并不与台变2相连。

在图7中可明显地看到，电表13的分时电压分布曲线的趋势与台变3下的其他电表非常类似。并且，从电表13的电压大小与其他电表进行比较的结果来看，电表13处在台变3馈线的末端，其最邻近的上游电表是电表18和电表19。

如图8所示，。对于电表11而言，它在GIS系统中被错误地连接在了台变1下，实际应被连接在台变2馈线上电表14的邻近下游。对于电表13而言，它也被错误地连接在了台变1下，实际应被连接在台变3馈线上电表18和19的邻近下游。经过实地巡测，可以证实本方法得到的校验结果是完全正确的。

该实施例中，根据GIS系统的数据，在馈线2下的两个台变，分别接在该馈线的A相和B相上。然而，通过进行这两个台变分时电压序列的相关性分析，发现其平均相关系数达到了0.98。这种情况对于分属于两个馈线相的台变而言是及其反常的。因此，根据本方法可初步判断出GIS系统的数据存在错误。而后，经过实地巡测，发现这两个台变实际都接在了馈线2的B相上，证实了本方法校验结果的正确。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述方法包括

(1)计算智能电表的分时电压序列和分时电压分布曲线；

(2)分析电压序列的相关系数；

(3)评估每一对智能电表的相对电距离；

(4)通过比较电压序列的电压值，判断出一组智能电表在同一馈线上的相对上下游位置，验证GIS系统中数据、拓扑结构的正确性。

2.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括用馈线阻抗值、一段连续时间内每小时电压和电能量测数据计算每个智能电表j所在公共耦合点PCj的电压V_PCj，得到该电表的分时电压分布序列以及其分时电压分布曲线。

3.如权利要求2所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，采用用电信息采集系统获取的配电网电能量测数据、馈线的参数和欧姆定律，可得

${\hat{V}}_{\mathrm{PCj}}=V_j+Z_{\mathrm{Sj}}\·{\hat{I}}_j---\left(1\right)$

其中，j对应的用户智能电表的编号，V_PC为配电网馈线上公共耦合点的电压，为智能电表j记录的每小时分时电流，V_j为智能电表j记录的每小时平均电压，Z_Sj为智能电表所在馈线的阻抗。

4.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括对一定地理区域内的同一台变下及其邻近台变下得到的V_PCj分时电压序列作统计学上的相关系数分析；设N为分析中用的智能电表的总数，得到一个N×N的相关矩阵；该矩阵示出对于j，k＝{1，2，...，N}的相关系数corr(V_PCj，V_PCk)。

5.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括一对电表的相关系数高，则电距离上为直接相邻的；其共用一个公共耦合点或在同一条馈线上处于相邻的上下游；一对电表的相关系数越低，电距离越远。

6.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括分时电压序列的相关系数和电压值大小与已有GIS系统内记录的拓扑结构的推算相符合，确定该拓扑结构的正确性。

7.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括在已有的GIS系统内的拓扑结构与经实际量测分析推算出来的拓扑结构不一致，通过比较V_PCj分时电压分布序列的相关系数确认该电表所属台区，比较其电压序列的电压值的大小确认该电表在该馈线分支的相对位置。

8.如权利要求1所述的一种利用量测数据校验配电网拓扑结构的方法，其特征在于，V_PCj在一定时间段内的电压分布曲线呈现的相同的趋势，示出不同的电压；示出下游电表的电压低于上游电表的电压；台变侧的电压最大，馈线末端最小；对于共享同一公共耦合点的相邻电表，其电压一致。