CN107909512B - 一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，它包括以下步骤：S1，建立统一数据模型；S2，建立不同系统设备之间的对应关系；S3，设备和量测信息自动匹配；S4，根据拓扑关系扩展量测信息；S5，匹配扩展信息存储至融合模型。本发明建立了一种电力系统多源异构数据匹配标准，为基于不同业务系统来源的融合数据开展输变电设备的状态评价、诊断和预测深化研究奠定了基础，为智能电网的发展提供了基本保障，对保障电网的稳定运行具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的输变电设备状态监测技术领域，具体地说是一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法。
背景技术
近年来，随着数据挖掘、机器学习和深度学习等大数据技术在电力行业的快速发展和应用，不同业务系统来源的数据集成和共享成为大数据技术在电力行业应用的基础。
输变电设备数据和运行数据分别属于生产管理信息系统(以下简称PMS)和能量管理信息系统(以下简称EMS)，PMS系统和EMS系统针对不同的业务应用建立设备模型和数据模型，EMS系统建立数据模型主要面向电网调度运行服务，实时监测的量测数据均针对电网侧，比如变电站内的量测数据模型包括母线电压、绕组电流、线路电流以及开关状态量，断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器等输变电设备没有对应的运行数据信息。考虑到输变电设备的负载能力评估和状态评价等设备状态分析工作是面向设备开展，需要每台设备均具备实时和历史的运行数据，因此，需要对主变、线路、电流互感器、断路器、电压互感器和避雷器等设备的电压量测量进行匹配，以及对电流互感器、断路器电流量测量和部分设备有功和无功量测量进行扩展。
但是，目前还没有一种有效措施能够实现对主变、线路、电流互感器、断路器、电压互感器和避雷器等设备的电压量测量的匹配，以及对电流互感器、断路器电流量测量和部分设备有功和无功量测量的扩展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其能够实现对主变、线路、电流互感器、断路器、电压互感器和避雷器等设备的电压量测量的匹配，以及对电流互感器、断路器电流量测量和部分设备有功和无功量测量的扩展。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
本发明实施例提供的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，它包括以下步骤：
S1，建立统一数据模型：融合PMS系统的设备台账和EMS系统的量测信息，建立输变电主设备统一模型；
S2，建立不同系统设备之间的对应关系：对应PMS系统和EMS系统，建立PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系；
S3，设备和量测信息自动匹配：通过量测信息匹配导则和PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系进行筛选设备，获取设备要匹配的量测类型，并按照路径匹配算法对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配；
S4，根据拓扑关系扩展量测信息：根据设备拓扑连接关系，扩展设备的电流量测量以及有功量测量和无功量测量；
S5，匹配扩展信息存储至融合模型：建立量测匹配、扩展后的融合模型，将相关信息存储到该模型中。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMS系统的设备台账包括：
变电站信息：变电站标识ID、名称及其电压等级，供电局代码，运行状态；
设备信息：设备标识ID及名称，所属变电站，父设备标识ID，电压等级，运行状态；
设备拓扑连接关系，即设备之间的物理连接关系；
设备从属关系，即设备与所属间隔和变电站的从属关系。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述EMS系统的量测信息包括：量测点信息，即该EMS设备在不同量测类型下的量测点标识，如电流量测点I，电压量测点Uab，有功量测点P，无功量测点Q。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述输变电主设备统一模型为将设备信息分发到各个变电站且以变电站为处理数据的最小单元，利用分析算法将变电站内的设备组建树形结构模型，同时将设备树的各个设备节点组建纵向关联关系，形成一个立体的、分层的、结构化的关系设备模型，具体包括设备台账、对应关系、拓扑关系和从属间隔关系。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系是指PMS系统中的设备ID与EMS系统中的设备ID的对应关系，是去除无法对应的设备并规范设备数据边界后PMS系统与EMS系统的数据交集。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述设备和量测信息自动匹配的过程包括以下步骤：
对输变电主设备进行量测匹配，将每个变电站下的输变电主设备筛选出来加入到匹配队列；
初始化匹配量测点和匹配导则，确定设备类型后装载匹配导则，并确定要匹配的量测点；
按照匹配路径算法进行自动匹配，设备在开始进行匹配的时候，根据自己的设备类型采用广度优先遍历算法自动选取相应的类型匹配器进行匹配，以要匹配的设备为出发点，从该设备出发并会访问自身，进行匹配导则验证，判断是否相同电压等级、是否符合目标设备，以及判断开关类设备开合状态、是否是间隔类设备，如果与匹配导则不符合，则会继续访问下一层次的所有未访问设备，直到找到符合条件的设备或无连接设备为止。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配的过程包括以下步骤：
将PMS系统和EMS系统的数据转换为线性结构，并提供哈希表作为设备标识查询；
将PMS系统的从属表转换为树形结构；
将PMS系统和EMS系统的拓扑数据转换为图形结构；
在统一模型的树形结构中，关联设备的实际量测数据信息。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述匹配导则包括：电压等级规则，断路器规则，类型规则，间隔规则。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述设备拓扑连接关系预加载到计算机内存缓存对象中，计算过程中通过缓存对象来对设备拓扑信息进行引用。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述融合模型包括：量测点存储，存储PMS系统匹配设备标识ID，及对应的EMS系统匹配设备标识ID和EMS系统的量测点标识ID。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述输变电主设备包括电流互感器、电压互感器、母线、断路器、避雷器、隔离开关、接地刀闸和主变绕组。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例技术方案的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，首先建立统一数据模型以及不同系统设备之间的对应关系，然后对设备和量测信息进行自动匹配，在根据拓扑关系扩展量测信息，最后匹配扩展信息存储至融合模型，建立了一种电力系统多源异构数据匹配标准，为基于不同业务系统来源的融合数据开展输变电设备的状态评价、诊断和预测深化研究奠定了基础，为智能电网的发展提供了基本保障，对保障电网的稳定运行具有重要意义。
本发明实施例技术方案结合电网运行方式进行数据匹配，充分结合电网设备数据和运行数据的特征，建立了一种新的多源数据解析方式，为多源数据融合的多元化提供了技术支撑；将设备运行数据数据与电力输变电设备数据相结合，为多源数据的分析和状态评价提供了数据支撑，将显著提高了设备状态评价的准确性；建立的统一数据模型，建立了各系统之间数据交互的桥梁，为数据解析和数据融合提供了一种有效、可行的解决方案。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法的流程图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，它包括以下步骤：
S1，建立统一数据模型：
融合PMS系统的设备台账和EMS系统的量测信息，建立输变电主设备统一模型；所述输变电主设备包括电流互感器、电压互感器、母线、断路器、避雷器、隔离开关、接地刀闸和主变绕组。
在一种可能的实现方式中，所述PMS系统的设备台账包括：
变电站信息：变电站标识ID、名称及其电压等级，供电局代码，运行状态等；
设备信息：设备标识ID及名称，所属变电站，父设备标识ID，电压等级，运行状态等；
设备拓扑连接关系，即设备之间的物理连接关系；
设备从属关系，即设备与所属间隔和变电站的从属关系。
在一种可能的实现方式中，所述EMS系统的量测信息包括：量测点信息，即该EMS设备在不同量测类型下的量测点标识，如电流量测点I，电压量测点Uab，有功量测点P，无功量测点Q。
在一种可能的实现方式中，所述输变电主设备统一模型为将设备信息分发到各个变电站且以变电站为处理数据的最小单元，利用分析算法将变电站内的设备组建树形结构模型，即横向拓扑关系，同时将设备树的各个设备节点组建纵向关联关系，形成一个立体的、分层的、结构化的关系设备模型，这是一种特殊的存储器子系统，用于协调两者数据传输速度差异的结构，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。输变电主设备统一模型具体包括设备台账、对应关系、拓扑关系和从属间隔关系。
在电力系统中，PMS和EMS各自维护一套设备台账，导致两个系统中同一个设备的标识ID不相同，且没有对应关系，存在PMS中的设备在EMS中无法通过计算机识别，EMS中量测无法匹配到PMS设备的情况，在此背景下，要求进行量测匹配和扩展之前，建立输变电主设备统一模型，将PMS设备和EMS设备对应起来。
由于PMS和EMS设备数量庞大，一次性将所有的EMS设备和PMS设备进行处理，逻辑复杂且计算量巨大，故需要将设备信息分解到各个变电站，以变电站作为处理数据的最小单元，利用解析算法将变电站内的设备组建为树形结构模型，即横向拓扑关系，同时将设备树的各个设备节点组建纵向关联关系，建立一个立体的、分层的、结构化的设备统一模型，这是一种特殊的常驻内存的存储器子系统，用于协调两个系统数据传输速度差异，并预加载频繁使用的热点数据以提高计算效率。
S2，建立不同系统设备之间的对应关系：
对应PMS系统和EMS系统，建立PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系是指PMS系统中的设备ID与EMS系统中的设备ID的对应关系，是去除无法对应的设备并规范设备数据边界后PMS系统与EMS系统的数据交集。PMS系统中的设备ID与EMS系统中的设备ID的对应关系是连接两个系统之间数据的纽带，PMS设备可以通过与EMS设备的对应关系，获取到对应的EMS量测信息。
在计算机内存中初始化设备统一模型，一次性加载PMS设备数据和EMS设备数据。以变电站为单位遍历PMS设备，按变电站、电压等级、设备类型顺序逐层过滤EMS设备，缩小对应范围，获取EMS中对应的备选设备集合，循环计算PMS设备与EMS备选设备名称相似度并按照相似度从大到小排序，选择相似度最高的EMS设备与PMS设备建立对应关系，将对应关系记录到设备统一模型中，后续步骤可以根据这个对应关系，由PMS设备ID获取EMS设备ID，进一步就可以获取EMS设备的各测点ID。
S3，设备和量测信息自动匹配：
通过量测信息匹配导则和PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系进行筛选设备，获取设备要匹配的量测类型，并按照路径匹配算法对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配。
在一种可能的实现方式中，所述设备和量测信息自动匹配的过程包括以下步骤：
首先进行筛选设备，对输变电主设备进行量测匹配，将每个变电站下的输变电主设备筛选出来加入到匹配队列；量测匹配中，包括8类设备的量测匹配，分别是电流互感器，电压互感器，母线，断路器，避雷器，隔离开关，接地刀闸，主变绕组。将每个变电站下的这些设备筛选出来，加入匹配队列；
然后，初始化匹配量测点和匹配导则，确定设备类型后装载匹配导则，并确定要匹配的量测点；
最后，按照匹配路径算法进行自动匹配，设备在开始进行匹配的时候，根据自己的设备类型采用广度优先遍历算法自动选取相应的类型匹配器进行匹配，以要匹配的设备为出发点，从该设备出发并会访问自身，进行匹配导则验证，判断是否相同电压等级、是否符合目标设备，以及判断开关类设备开合状态、是否是间隔类设备，如果与匹配导则不符合，则会继续访问下一层次的所有未访问设备，直到找到符合条件的设备或无连接设备为止。
在一种可能的实现方式中，所述对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配的过程包括以下步骤：
将PMS系统和EMS系统的数据转换为线性结构，并提供哈希表作为设备标识查询；
将PMS系统的从属表转换为树形结构；
将PMS系统和EMS系统的拓扑数据转换为图形结构；
在统一模型的树形结构中，关联设备的实际量测数据信息。
在一种可能的实现方式中，所述匹配导则包括：电压等级规则，断路器规则，类型规则，间隔规则。量测点匹配需要对每一个匹配到的设备进行验证，它由一系列业务上的匹配规则组成，匹配规则是导则的最小单元，如电压等级规则，断路器规则，类型规则，间隔规则。具体处理规则接到请求后，可以根据数据情况，选择处理请求，或者将请求传给下个处理规则。
设备统一模型共包括电流互感器，电压互感器，母线，断路器，避雷器，隔离开关，接地刀闸，主变绕组八类设备，其中主变、线路、电流互感器、断路器、电压互感器、避雷器类设备需要进行电压量测匹配，电流互感器、断路器类设备需要进行电流量测匹配。
应用路径匹配算法，遍历统一模型树形结构中所有变电站，将每个变电站的设备按照设备类型筛选，加入匹配队列；循环遍历匹配队列，根据设备的设备类型初始化匹配导则，确定量测点类型；然后采用广度优先遍历算法，按照匹配规则进行自动匹配。设备在匹配过程中，根据设备类型自动选取相应的类型匹配器进行匹配。算法以待匹配的设备为根节点，遍历所有路径，逐路径进行匹配导则验证，判断电压等级是否相同，量测点类型是否相符，判断开关类设备在当前时刻的开合状态以选择正确的拓扑路径，遍历所有层次的所有设备节点，以找到符合条件的量测点或遍历完所有节点作为结束条件，记录当前根节点设备ID和符合条件的量测点ID。
其中各类设备可直接匹配的量测类型如下：
主变绕组可直接匹配的量测点类型：电流I、有功P、无功Q；
母线可直接匹配的量测点类型：电压U；
断路器可直接匹配的量侧点类型：开合状态S；
线路可直接匹配的量测点类型：电流I、电压U、有功P、无功Q。
S4，根据拓扑关系扩展量测信息：
根据设备拓扑连接关系，扩展设备的电流量测量以及有功量测量和无功量测量。
在一种可能的实现方式中，所述设备拓扑连接关系预加载到计算机内存缓存对象中，计算过程中通过缓存对象来对设备拓扑信息进行引用，而不需要关心数据的实际结构来源，提高了计算效率。
在上一步骤中，只有线路可以完成设备状态评价、诊断与预测所需的全部四种量测匹配，分析工作所需的主变绕组电压U，断路器(隔离开关、接地刀闸)有功P、无功Q和电流I，避雷器电压U，电压互感器电压U，电流互感器电流I均无法直接通过匹配获取，需要根据设备拓扑连接关系或间隔从属关系进行扩展。
主变绕组的电压U获取自与之连接的母线，方法是由主变绕组出发，按照设备拓扑连接关系，获取同一变电站内与之相连接的设备，判断设备为母线类型时，获取该设备的电压测点ID并记录，拓扑结束；设备类型为非母线类型，继续拓扑至下一设备，直至该设备不属于同一变电站时，拓扑结束。
断路器(隔离开关、接地刀闸)的有功P、无功Q和电流I量测扩展方法与上述方法类似，通过拓扑关系获取线路类型设备的相应量测点。
避雷器电压U，电压互感器电压U，电流互感器电流I量测的扩展方法与上述方法略有不同，需要通过间隔从属关系进行扩展。避雷器、电压互感器需要根据间隔从属关系获取所属间隔，取间隔内母线的电压量测；电流互感器需要根据间隔从属关系获取所属间隔，取间隔内断路器的电流量测。
S5，匹配扩展信息存储至融合模型：
建立量测匹配、扩展后的融合模型，将相关信息存储到该模型中。
在一种可能的实现方式中，所述融合模型包括：量测点存储，存储PMS系统匹配设备标识ID，及对应的EMS系统匹配设备标识ID和EMS系统的量测点标识ID。
所有计算过程完成后，建立融合模型存储设备和测点匹配、扩展的结果，包括PMS设备ID、EMS设备ID和、EMS测点ID。后续可以根据融合模型，输入PMS设备ID直接获取相对应的EMS量测ID以读取EMS各类量测值，为下一步的输变电设备状态评估、诊断、预测等多源异构数据融合分析提供数据支撑。
本实施例主要包括以下步骤：融合PMS设备台账和EMS量测信息，建立八类输变电主设备统一模型，建立PMS设备与EMS设备的对应关系，根据设备对应关系和量测信息匹配导则，筛选设备，获取每类设备要匹配的量测类型，按照路径匹配算法对主变绕组、线路、电流互感器、断路器、电压互感器、避雷器等类设备的电压量测量进行自动匹配，根据设备拓扑连接关系，扩展电流互感器、断路器类设备的电流量测量和部分设备的有功和无功量测量，建立量测匹配、扩展后的融合模型，将相关信息存储到该模型中。本发明建立了一种电力系统多源异构数据匹配标准，为基于不同业务系统来源的融合数据开展输变电设备的状态评价、诊断和预测深化研究奠定了基础，为智能电网的发展提供了基本保障。
本发明建立电流互感器，电压互感器，母线，断路器，避雷器，隔离开关，接地刀闸，主变绕组八类输变电主设备统一模型，依据电网运行方式，对各类设备在不同系统的异构模型进行对应，匹配主变绕组、线路、电流互感器、断路器、电压互感器、避雷器等类设备的电压量测量，扩展电流互感器、断路器类设备的电流量测量和部分设备的有功和无功量测量，为输变电设备的负载能力评估和状态评价等设备状态分析工作提供基础数据。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，建立统一数据模型：融合PMS系统的设备台账和EMS系统的量测信息，建立输变电主设备统一模型；
S2，建立不同系统设备之间的对应关系：对应PMS系统和EMS系统，建立PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系；
S3，设备和量测信息自动匹配：通过量测信息匹配导则和PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系进行筛选设备，获取设备要匹配的量测类型，并按照路径匹配算法对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配；
S4，根据拓扑关系扩展量测信息：根据设备拓扑连接关系，扩展设备的电流量测量以及有功量测量和无功量测量；
S5，匹配扩展信息存储至融合模型：建立量测匹配、扩展后的融合模型，将相关信息存储到该模型中；
所述设备和量测信息自动匹配的过程包括以下步骤：
对输变电主设备进行量测匹配，将每个变电站下的输变电主设备筛选出来加入到匹配队列；
初始化匹配量测点和匹配导则，确定设备类型后装载匹配导则，并确定要匹配的量测点；
按照匹配路径算法进行自动匹配，设备在开始进行匹配的时候，根据自己的设备类型采用广度优先遍历算法自动选取相应的类型匹配器进行匹配，以要匹配的设备为出发点，从该设备出发并会访问自身，进行匹配导则验证，判断是否相同电压等级、是否符合目标设备，以及判断开关类设备开合状态、是否是间隔类设备，如果与匹配导则不符合，则会继续访问下一层次的所有未访问设备，直到找到符合条件的设备或无连接设备为止。
2.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述PMS系统的设备台账包括：
变电站信息：变电站标识ID、名称及其电压等级，供电局代码，运行状态；
设备信息：设备标识ID及名称，所属变电站，父设备标识ID，电压等级，运行状态；
设备拓扑连接关系，即设备之间的物理连接关系；
设备从属关系，即设备与所属间隔和变电站的从属关系。
3.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述EMS系统的量测信息包括：量测点信息，即该EMS设备在不同量测类型下的量测点标识。
4.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述输变电主设备统一模型为将设备信息分发到各个变电站且以变电站为处理数据的最小单元，利用分析算法将变电站内的设备组建树形结构模型，同时将设备树的各个设备节点组建纵向关联关系，形成一个立体的、分层的、结构化的关系设备模型，具体包括设备台账、对应关系、拓扑关系和从属间隔关系。
5.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述PMS系统与EMS系统之间设备的对应关系是指PMS系统中的设备ID与EMS系统中的设备ID的对应关系，是去除无法对应的设备并规范设备数据边界后PMS系统与EMS系统的数据交集。
6.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述对输变电主设备的电压量测量进行自动匹配的过程包括以下步骤：
将PMS系统和EMS系统的数据转换为线性结构，并提供哈希表作为设备标识查询；
将PMS系统的从属表转换为树形结构；
将PMS系统和EMS系统的拓扑数据转换为图形结构；
在统一模型的树形结构中，关联设备的实际量测数据信息。
7.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述设备拓扑连接关系预加载到计算机内存缓存对象中，计算过程中通过缓存对象来对设备拓扑信息进行引用。
8.如权利要求1所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述融合模型包括：量测点存储，存储PMS系统匹配设备标识ID，及对应的EMS系统匹配设备标识ID和EMS系统的量测点标识ID。
9.如权利要求1-8任意一项所述的一种结合电网运行方式的设备运行数据匹配和扩展方法，其特征是，所述输变电主设备包括电流互感器、电压互感器、母线、断路器、避雷器、隔离开关、接地刀闸和主变绕组。
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