CN105896530B - 一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，包括区域电网拓扑采集模块、区域电网各节点无功设备可用率模块、区域电网节点电压数据解析模块和回溯算法模块，区域电网拓扑采集模块及区域电网节点电压数据解析模块共同将结果输出给回溯算法模块，经过回溯算法模块计算后，将电压信息质量回溯结果输出；本发明首先将电网电压合格率低的问题进行适当的转化，得出电压合格率低的原因的状态空间树，回溯法再通过构造约束函数，可以大大提升程序效率，因为在深度优先搜索的过程中，不断的将每个解与约束函数进行对照从而删除一些不可能的解，这样就不必继续把解的剩余部分列出从而节省部分时间。

Description

一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法

技术领域

本发明涉及电网管理与应用领域，具体来说是一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法。

背景技术

目前区域电网电压质量信息重点关注的是合格率，当某点的电压合格率有很长一段时间低于国家要求的时候，供电企业电能质量管理专责往往是通过人工分析，查找出引起该点电压合格率低的原因。

现有的区域电网电压质量信息主要是利用实时电压监测系统采集各监测点(电网节点)电压数据，给出电压质量的最终统计结果，但并未对结合实际电网的拓扑结构对电压合格率低的原因进行分析。

目前，供电企业发现电网的某点电压质量合格率长时间处于不合格状态时，变电站监控人员将汇报电能质量管理专责，电能质量管理专责根据该点所处电网的节点信息，人工绘制出该点的节点树结构，从该点出发，根据合格率低的时间区域查找上级节点是否也存在电压合格率低的问题，如果是，那么将其列入可能解的集合中，如果不是，则舍弃。然后再根据每个可能解依次往上查找上一级的可能解。最终将电网的拓扑结构的最上层可能解认定为电压合格率低的源头。这样也就找到了电压合格率低的一个或几个链式关系图，电能质量管理专责依据这些链式关系图制定相关的电压质量改善方案，以此提高该点的电压合格率。

现有技术的缺点：

1)人工查找，耗时费力。

2)电压合格率低的原因不能可视化呈现给供电企业管理人员

3)原因查找过程中没有采取优化方法进行可能解的简化，给出的解是可能解，没有考虑最终给出最优解。这样使得工作量很大，且如果电网很复杂的时候可能最终可能找不出完整解。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，提高了电网电压质量管理人员工作效率。它是基于电压监测系统数据及区域电网拓扑结构来回溯寻找电网电压合格率低的原因的一种方法。电压质量信息回溯方法是一种组织得井井有条的、能避免不必要重复搜索的穷举式搜索算法。它首先要将电网电压合格率低的问题进行适当的转化，得出电压合格率低的原因的状态空间树。回溯法再通过构造约束函数，可以大大提升程序效率，因为在深度优先搜索的过程中，不断的将每个解(并不一定是完整的，事实上这也就是构造约束函数的意义所在)与约束函数进行对照从而删除一些不可能的解，这样就不必继续把解的剩余部分列出从而节省部分时间。

本发明所要解决的技术问题：

1)智能获取区域电网的拓扑结构；

2)通过回溯算法进行电压合格率低的原因溯源；

3)回溯算法过程中考虑电网潮流及其他限制条件以提高程序计算效率；

4)给出最优解。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，包括以下四个模块：

(1)区域电网拓扑采集模块，采集区域电网的拓扑结构并将数据输出给回溯算法模块；

(2)区域电网各节点无功设备可用率模块，采集各个节点无功设备运行状态并计算出各个节点的无功设备可用率，并将其数据输出给回溯算法模块；

(3)区域电网节点电压数据解析模块，综合对比并分析计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统的节点电压数据，给出一个值得信赖的电压质量数据，确保数据来源的可靠性，并将电压质量数据作为回溯算法的输入；

(4)回溯算法模块，包含：启动条件判断、回溯计算数据输入、回溯计算过程和回溯计算数据输出；

以上四个模块之间的关系是：区域电网拓扑采集模块及区域电网节点电压数据解析模块共同将结果输出给回溯算法模块，经过回溯算法模块计算后，将电压信息质量回溯结果输出。。

所述区域电网拓扑采集模块实现方法：

(1)拓扑空间数据结构的构建，拓扑空间数据结构是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式，在电网拓扑关系中，多边形结构是拓扑空间数据结构的具体体现，根据多边形结构，建立相应的数据表用于描述结点、线段、多边形的几何属性以及其对应设备的业务属性；

(2)对电网设备点、电网线以及电网区域面进行测量采集位置信息，根据建立的拓扑空间数据结构填充对应的位置属性，建立完整的设备空间数据表，电网设备点之间的空间数据关系包括拓扑包含、拓扑相邻和拓扑关联；

(3)对电网设备点、电网线以及电网区域面进行业务上的信息采集，填入业务信息数据，建立设备属性数据表，通过设备属性数据表与设备空间数据表相应设备的属性数据与空间数据进行拓扑关系关联，形成设备拓扑关系信息表。

所述区域电网各节点无功设备可用率模块的实现方法：

根据节点无功设备的运行状态，确定其投入和退出的情况，然后计算出节点的无功设备可用率，并将该计算结果提供给电压回溯算法模块作为约束条件。

所述区域电网节点电压数据解析模块实现方法：

从计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统中提取对应节点的电压数据进行对比，排除异常数据后取非异常数据的平均值作为节点电压数据输出给电压回溯算法模块。

所述电压回溯算法模块实现方法：

电压回溯算法以区域电网拓扑采集模块的输出及区域电网节点电压数据解析模块输出为本模块的输入，当某一节点电压处于不合格时间超过15分钟后，该节点的电压回溯算法开始启动，回溯算法根据触发节点所处电网拓扑结构、关联节点的无功设备可用率、节点电压偏离度以及回溯算法最终确定一个最优链式关系图，并将此结果作为回溯算法输出结果。

本发明是基于电压监测系统及区域电网拓扑结构的电压质量信息自动回溯方法，电压质量信息自动回溯方法是综合提取电压质量监测系统、计量自动化系统和调度自动化系统中的电网电压质量、无功潮流数据，当出现电压合格率低的数据时，本回溯算法将启动，并进行深度优先搜索，查找出电压水平超差的源头，进行原因分析，然后制订有效的整治措施。

附图说明

图1为本发明中区域电网的电压质量信息自动回溯方法流程示意图。

图2为区域电网的电压质量信息自动回溯方法模块方框简图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

一、本发明主要包括以下四个模块：

(1)区域电网拓扑采集模块。其功能是采集区域电网的拓扑结构并将数据输出给回溯算法模块。

(2)区域电网各节点无功设备可用率模块。其功能是采集各个节点无功设备运行状态并计算出各个节点的无功设备可用率，并将其数据输出给回溯算法模块。

(3)区域电网节点电压数据解析模块。其功能是综合对比并分析计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统的节点电压数据，给出一个值得信赖的电压质量数据，确保数据来源的可靠性，并将电压质量数据作为回溯算法的输入。

(4)回溯算法模块。其包含功能有：启动条件判断、回溯计算数据输入、回溯计算过程、回溯计算数据输出。

以上四个模块之间的关系是：区域电网拓扑采集模块及区域电网节点电压数据解析模块共同将结果输出给回溯算法模块，经过回溯算法模块计算后，将电压信息质量回溯结果输出。关系如图2所示。

二、本发明各模块的具体实现方法

(1)区域电网拓扑采集模块实现方法：

首先，拓扑空间数据结构的构建。拓扑空间数据结构是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式。在电网拓扑关系中，多边形结构是拓扑空间数据结构的具体体现。本方法根据多边形结构，建立相应的数据表用于描述结点、线段、多边形的几何属性(如点位置、线段长度等)以及其对应设备的业务属性(如设备类型、设备名称等)。这是拓扑关系建立的一个重要方面，主要方便拓扑算法的快速实现以及拓扑关系的存储。

其次，对电网设备点、电网线以及电网区域面进行测量采集位置信息，根据建立的拓扑空间数据结构填充对应的位置属性，建立完整的设备空间数据表。电网设备点之间的空间数据关系包括拓扑包含(指几何上存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系)、拓扑相邻(指几何上存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系，如结点邻接关系，多边形邻接关系)、拓扑关联(指几何上存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系)三个方面。

然后，对电网设备点、电网线以及电网区域面进行业务上的信息采集，填入业务信息数据，建立设备属性数据表。通过设备属性数据表与设备空间数据表相应设备的属性数据与空间数据进行拓扑关系关联，形成设备拓扑关系信息表。

(2)区域电网各节点无功设备可用率模块的实现方法：

根据节点无功设备的运行状态，确定其投入和退出的情况，然后计算出节点的无功设备可用率，并将该计算结果提供给电压回溯算法模块作为约束条件。

(3)区域电网节点电压数据解析模块实现方法：

为了确保电网节点电压数据的质量，我们需要从计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统中提取对应节点的电压数据进行对比，排除异常数据后取非异常数据的平均值作为节点电压数据输出给电压回溯算法模块。

(4)电压回溯算法模块实现方法：

电压回溯算法以区域电网拓扑采集模块的输出及区域电网节点电压数据解析模块输出为本模块的输入，当某一节点电压处于不合格时间超过15分钟后，该节点(我们将其称为触发节点)的电压回溯算法开始启动，回溯算法根据触发节点所处电网拓扑结构、关联节点的无功设备可用率、节点电压偏离度以及回溯算法最终确定一个最优链式关系图，并将此结果作为回溯算法输出结果。

三、以上具体实施方式参见图1所示，当区域电网的某一节点电压合格率低时，电压质量信息自动回溯方法被触发，回溯算法根据电网拓扑结构数据构建电压合格率低的节点空间树，选择一条路回溯，当与之关联的节点电压无异常时直接调头返回寻找另一条回溯路径；如果另一条回溯路径满足电压异常，但不满足约束条件，也调头返回寻找另一条回溯路径；当回溯路径同时满足电压异常且满足约束条件，那么这个回溯路径就是造成区域电网某一电压合格率低的电网路径，这时候区域电网电压质量信息自动回溯就给出这一链路结果给用户，此时某一节点的电压合格率低的原因回溯结束。

总之，该方法是当发现某一电网节点电压异常时就会启动，从一条路往前走，能进则进，不能进则退回来，换一条路再试。使用剪枝函数，剪去一些不可能造成电压合格率低的原因，从而减少状态空间树节点的生成。然后构造出既带有系统性又带有跳跃性的搜索算法。它在包含电网电压合格率低的所有原因的空间树中，按照深度优先的策略，从根结点出发搜索电压合格率低的原因空间树。算法搜索至解空间树的任一结点时，总是先判断该结点是否肯定不包含导致电压合格率低的原因。如果肯定不包含，则跳过对以该结点为根的子树的系统搜索，逐层向其祖先结点回溯。否则，进入该子树，继续按深度优先的策略进行搜索。

下面给出一个具体的信息实例：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过区域电网拓扑采集模块采集区域电网的拓扑结构并将数据输出给回溯算法模块；

（2）通过区域电网各节点无功设备可用率模块采集各个节点无功设备运行状态并计算出各个节点的无功设备可用率，并将其数据输出给回溯算法模块；

（3）通过区域电网节点电压数据解析模块综合对比并分析计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统的节点电压数据，给出一个值得信赖的电压质量数据，确保数据来源的可靠性，并将电压质量数据作为电压回溯算法的输入；

所述区域电网节点电压数据解析模块的实现步骤如下：

从计量自动化系统、电压监测系统、调度自动化系统中提取对应节点的电压数据进行对比，排除异常数据后取非异常数据的平均值作为节点电压数据输出给回溯算法模块；

（4）通过回溯算法模块启动条件判断、回溯计算数据输入、回溯计算过程和回溯计算数据输出；

以上四个步骤中模块之间的关系是：区域电网拓扑采集模块、节点无功设备可用率模块以及区域电网节点电压数据解析模块共同将结果输出给回溯算法模块，经过回溯算法模块计算后，将电压质量信息回溯结果输出。

2.根据权利要求1所述的一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，其特征在于，步骤（1）所述区域电网拓扑采集模块实现步骤如下：

（1）拓扑空间数据结构的构建，拓扑空间数据结构是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式，在电网拓扑关系中，多边形结构是拓扑空间数据结构的具体体现，根据多边形结构，建立相应的数据表用于描述结点、线段、多边形的几何属性以及其对应设备的业务属性；

（2）对电网设备点、电网线以及电网区域面进行测量采集位置信息，根据建立的拓扑空间数据结构填充对应的位置属性，建立完整的设备空间数据表，电网设备点之间的空间数据关系包括拓扑包含、拓扑相邻和拓扑关联；

（3）对电网设备点、电网线以及电网区域面进行业务上的信息采集，填入业务信息数据，建立设备属性数据表，通过设备属性数据表与设备空间数据表相应设备的属性数据与空间数据进行拓扑关系关联，形成设备拓扑关系信息表。

3.根据权利要求1所述的一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，其特征在于，步骤（2）所述区域电网各节点无功设备可用率模块的实现步骤如下：

根据节点无功设备的运行状态，确定其投入和退出的情况，然后计算出节点的无功设备可用率，并将该计算结果提供给回溯算法模块作为约束条件。

4.根据权利要求1所述的一种运用在区域电网的电压质量信息自动回溯方法，其特征在于，步骤（4）所述回溯算法模块的实现步骤如下：

电压回溯算法以区域电网拓扑采集模块的输出及区域电网节点电压数据解析模块输出为本模块的输入，当某一节点电压处于不合格时间超过15分钟后，该节点的电压回溯算法开始启动，电压回溯算法根据触发节点所处电网拓扑结构、关联节点的无功设备可用率和节点电压偏离度最终确定一个链式关系图，并将此结果作为电压回溯算法输出结果。