CN109873420A - 基于ami数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统 - Google Patents

基于ami数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统 Download PDF

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CN109873420A CN201910136988.7A CN201910136988A CN109873420A CN 109873420 A CN109873420 A CN 109873420A CN 201910136988 A CN201910136988 A CN 201910136988A CN 109873420 A CN109873420 A CN 109873420A
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赵永红
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孙筵翔
卢炎炎
周永真
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BEIMING SOFTWARE Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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NARI Nanjing Control System Co Ltd
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BEIMING SOFTWARE Co Ltd
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State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统,基于电力公司目前已有的PMS、SG186和用电信息采集系统的基础信息数据,共包括拓扑校验模型构建、模型求解和拓扑校验三个环节;拓扑校验模型以PMS系统中的初始配网拓扑进行电路抽象,并结合SG186系统中的用户档案信息进行用户定位,以分支线路为单位构建电路模型及数学模型;获取AMI系统中高密度用户末端电压、电流信息,并利用多元线性规划方法进行数学模型求解,获取线路阻抗及根节点变压器出口端电压;最后拓扑校验包括相变校验和户变校验。本发明基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统能够有效解决城市低压配电网拓扑校验问题。

Description

基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统
技术领域
本发明属于电力管理技术领域,具体涉及一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统。
背景技术
配电网的拓扑结构是配电网进行线损分析、故障诊断、潮流计算、三相平衡等应用功能的基础。然而,配电网拓扑结构繁杂并且节点分支体量巨大,配电自动化采集控制布点有限且仅部署在中压配电网,配网分析缺少必要的数据支撑,因此多基于关键节点的供需平衡关系来进行线损、三相平衡、负荷转供的分析。用户拓扑关系也是基于原始的档案记录人工排查,台区普查过程中,电表所属台区不清和所属相线记录错误的现象屡见不鲜,这种现象在城乡结合部尤为突出,据澳洲报告统计有46%用户连接情况信息,缺失,另外54%用户连接需要重新评估其GIS数据是否准确,困扰了配电网电网优化经济运行。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法、装置及系统,解决城市低压配电网拓扑校验问题。
实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
第一方面,本发明提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,包括:
获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验。
优选地,所述基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型,具体包括:
调用所述初始配网拓扑,设定变压器二次侧设为根节点,各表箱处的用户为末端叶节点,根据设定的电路抽象规则,选择初始配网拓扑中符合要求的转接点作为中间茎节点;
从用户档案信息中获取所需的用户信息,确定出各表箱处各个相所带的具体用户;
基于所述根节点、各中间茎节点、各末端叶节点以及各表箱处各个相所带的具体用户信息,确定出若干条分支线路以及每一相线路完整拓扑图,低压分支线路统一按照单相电路来逐相分析;所述分支线路的起点为根节点,终点为末端叶节点,中间为对应的中间茎节点。
优选地,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型,具体包括:
针对某分支线路,首先建立从根节点到中间茎节点之间的阻性方程,然后建立从中间茎节点至末端叶节点的阻性方程;
采用上述步骤建立其他分支线路的阻性方程,直至所有的分支线路均建立了对应的阻性方程;
联立上述所有建立的阻性方程,整理后得到与所述电路模型对应的数学模型。
优选地,所述数学模型的表达式为:
式中,UL1-C1为根节点L1根据末端用户节点C1计算的电压;IC1为用户C1的电流值;ZC1为用户C1的入户段阻抗;ZL1-2为节点L1到L2之间的线路阻抗;UC1为C1用户的末端节点电压,其他表示意义类同。
优选地,所述对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,具体为:
利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压。
优选地,所述相变校验具体为:
同一变压器同一相的不同用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
利用求解到的根节点变压器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断用户是否在同一相。
优选地,所述户变校验具体为:
不同分支线中所有用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
根据求解出来的各根节点变电器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断不同分支线是否属于同一变压器。
优选地,所述初始配网拓扑来自于PMS系统;所述用户档案信息来自于SG186系统。
第二方面,本发明提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验装置,包括:
获取模块,用于获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
电路模型建立模块,用于基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
数学模型建立模块,基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
求解模块,用于获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
校验模块,用于基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验
第三方面,本发明提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验系统,包括:
处理器,适于实现各指令;以及
存储设备,适于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行第一方面中任一项所述的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明提出的基于AMI数据的城市低压电网拓扑校验方法、装置及系统,通过数据校验,提升拓扑档案信息的准确性;对比于以往的方案,当前很多时候错误档案信息并不能及时排查,主要纠错存在与拓扑错误影响了线损分析、故障定位等时,进行人工排查,本发明的方法极大降低了人工拓扑核查的工作量,提升效率;对比于PLC载波进行拓扑检验的方式,本发明并不需要增加额外的设备或更换通信方式,只是在目前的用采系统基础上,进一步挖掘了用采数据对高级应用的支撑作用,开发高级应用功能。
附图说明
图1是本发明一种实施例的基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验流程图;
图2是本发明一种实施例的电路模型中的分支线路电路图;
图3是本发明一种实施例的低压拓扑校验系统组织框架;
图4是本发明一种实施例的算例中某台区某分支线用户相变校验的端电压曲线;
图5(a)是本发明一种实施例的算例中某台区第3条分支线用户户变校验的端电压曲线;
图5(b)是本发明一种实施例的算例中某台区第4条分支线用户户变校验的端电压曲线;
图5(c)第3条分支线与第4条分支线端电压曲线对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1-5所示,本发明实施例中提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,该方法是基于电力公司目前已有的PMS、SG186和用电信息采集系统的基础信息数据来进行的,共包括拓扑校验模型构建、数学模型求解和拓扑校验三个环节;拓扑校验模型以PMS系统中的初始配网拓扑进行电路抽象,并结合SG186系统中的用户档案信息进行用户定位,以分支线路为单位构建电路模型及数学模型;获取AMI系统(AMI advanced meteringinfrastructure,高级量测体系)中高密度(15min/点)用户末端电压、电流信息,并利用多元线性规划方法进行数学模型求解,获取线路阻抗及根节点变压器出口端电压;最后进行相变校验和户变校验;具体包括以下步骤:
步骤(1)获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述的初始配网拓扑获取自PMS系统,所述用户档案信息获取自SG186系统;
步骤(2)基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述步骤(2)具体包括以下子步骤:
(2.1)调用所述初始配网拓扑(即初始配网拓扑单线图),设定变压器二次侧设为根节点,各表箱处的用户为末端叶节点,根据设定的电路抽象规则,选择初始配网拓扑中符合要求的转接点作为中间茎节点;在本发明实施例的其他实施方式中,所述的表箱还可以是出线柜、分支箱等,具体根据实际的情形来决定,本发明中不做具体的要求;
(2.2)从用户档案信息中获取所需的用户信息,确定出各表箱处各个相所带的具体用户;即:对接SG186系统,获取用户的户表关系、资产信息、相位信息等,从而确定C1、C2等各表箱处各个相所带的具体用户;
(2.3)基于所述根节点、各中间茎节点、各末端叶节点以及各表箱处各个相所带的具体用户信息,确定出若干条分支线路以及每一相线路完整拓扑图,由于低压配电网也是三相配电网,到入户后才是变成单相电路,但因电压等级低,耦合影响小,一般A、B、C三相作为独立电路分别建模分析;所述分支线路的起点为根节点,终点为末端叶节点,中间为对应的中间茎节点;图2中示出了一条分支线路的电路模型,其中,变压器出口位置L1为根节点,L2,L5为母排转接点,L3、L4、L6分别为各表箱在母排中连接的位置,均为中间茎节点;C1、C2分别表示表箱处的各用户,为末端叶节点;
步骤(3)基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
正常线路阻抗包括电阻和电抗两部分,但由于低压配网中电抗小,并且用户设备功率因素都在0.9以上,从简化建模和计算难度角度考虑,可以只考虑电路的电阻部分,这并不影响利用阻抗计算来进行拓扑校验,相反会大大降低计算的难度,因此可假定线路阻抗角和用户功率因素相同,进行阻性方程构建,因此,在本发明实施例的一种具体实施方式中,所采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型,具体包括以下子步骤:
(3.1)针对某分支线路,首先建立从根节点到中间茎节点之间的阻性方程,然后建立从中间茎节点至末端叶节点的阻性方程;
(3.2)采用上述步骤建立其他分支线路的阻性方程,直至所有的分支线路均建立了对应的阻性方程;
(3.3)联立上述所有建立的阻性方程,整理后得到与所述电路模型对应的数学模型。
下面结合图2中的分支线路进行详细说明:
首先建立从根节点到中间茎节点之间的阻性方程:
式中,UL1-L2为根节点L1根据中间茎节点L2计算的电压;ZL1-2为节点L1到L2之间的线路阻抗;Ii为第i个用户的用户电流;UL3为茎节点L3的节点电压;其他类同。
建立从中间茎节点至末端节点的电路方程,以中间茎节点L2为例,建立从中间茎节点L2至末端叶节点C1、C2、C3的回路电压方程:
式中,UL2-C1为茎节点L2根据末端用户节点C1计算的电压;ZC1为用户C1的入户段阻抗;UC1为C1用户的末端节点电压。其他表示意义类同。
按照式(1)和式(2)的方法建立其他分支线路的阻性方程,直至所有的分支线路均建立了对应的阻性方程,形成多个分层建立的阻性方程,然后将所有的阻性方程进行联立,整理得到全局矩阵方程,所述全局矩阵方程为:
式中,UL1-C1为根节点L1根据末端用户节点C1计算的电压;IC1为用户C1的电流值;ZC1为用户C1的入户段阻抗;ZL1-2为节点L1到L2之间的线路阻抗;UC1为C1用户的末端节点电压。其他表示意义类同。步骤(4)获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述数学模型的求解过程具体为:
通过用采系统终端设备智能电表读取用户节点处的电压UC1、UC2、UC3等,及获取各用户电流,即图中的IC1、IC2、IC3等,代入数据模型(3)中求解,获取各线段阻抗,及根节点变压器的端口电压;所述的线段阻抗指的是电路中两两节点之间的电路阻抗;
步骤(5)基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,如图4所示,所述相变校验具体为:
变压器端口电压既受大电网影响,也与本地负荷波动有关,由于三相负荷均出于动态变化中,同一变压器A\B\C各相电压波动并不相同;
同一变压器同一相的不同用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
利用求解到的根节点变压器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断用户是否在同一相,若校验出错误相变关系,则通知SG186系统更正;
如图4所示,为具体的算例验证,某小区一台变某条分支线在验证B相用户相位时,发现该一表箱用户算出的端电压与其他用户算出的端电压差距较大,见图中4A-C2实线,其他虚线均是B相用户,所以曲线形状接近。初步判断该用户相位有可能有问题,试着将该用户调整到C相,曲线重合度依然类似图3出现偏差,而将该户调整到A相时,则端电压曲线类似图5(a)。由此可判定这用户实际相位在A相;此时把真正的B相的C2用户调过来,则端电压曲线如图5(a)所示。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述户变校验具体为:
变压器端口电压既受大电网影响,也与本地负荷波动有关,由于三相负荷均出于动态变化中,所以不同变压器A\B\C各相电压波动并不相同;
不同分支线中所有用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
根据求解出来的各根节点变电器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断不同分支线是否属于同一变压器;
若校验出错误户变关系,则通知PMS系统更正;
如图5(a)-(c)所示,为户变校验算例,同样是某小区1台变第3条分支线和第4条分支线,经计算根节点电压的聚合曲线并不相同,因此判断这两条分支线并不属于同一变压器,经查验,第4条分支线实则属于2号变压器的一条分支线。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思,本发明实施例提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验装置,包括:
获取模块,用于获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
电路模型建立模块,用于基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
数学模型建立模块,基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
求解模块,用于获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
校验模块,用于基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思,本发明提供了一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验系统,包括:
处理器,适于实现各指令;以及
存储设备,适于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行实施例1中任一项所述的步骤。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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 (10)

1.一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于,包括:
获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验。
2.根据权利要求1所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于,所述基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型,具体包括:
调用所述初始配网拓扑,设定变压器二次侧设为根节点,各表箱处的用户为末端叶节点,根据设定的电路抽象规则,选择初始配网拓扑中符合要求的转接点作为中间茎节点;
从用户档案信息中获取所需的用户信息,确定出各表箱处各个相所带的具体用户;
基于所述根节点、各中间茎节点、各末端叶节点以及各表箱处各个相所带的具体用户信息,确定出若干条分支线路以及每一相线路完整拓扑图,低压分支线路统一按照单相电路来逐相分析;所述分支线路的起点为根节点,终点为末端叶节点,中间为对应的中间茎节点。
3.根据权利要求2所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型,具体包括:
针对某分支线路,首先建立从根节点到中间茎节点之间的阻性方程,然后建立从中间茎节点至末端叶节点的阻性方程;
采用上述步骤建立其他分支线路的阻性方程,直至所有的分支线路均建立了对应的阻性方程;
联立上述所有建立的阻性方程,整理后得到与所述电路模型对应的数学模型。
4.根据权利要求3所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:所述数学模型的表达式为:
式中,UL1-C1为根节点L1根据末端用户节点C1计算的电压;IC1为用户C1的电流值;ZC1为用户C1的入户段阻抗;ZL1-2为节点L1到L2之间的线路阻抗;UC1为C1用户的末端节点电压,其他表示意义类同。
5.根据权利要求2所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:所述对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,具体为:
利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压。
6.根据权利要求1所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:所述相变校验具体为:
同一变压器同一相的不同用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
利用求解到的根节点变压器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断用户是否在同一相。
7.根据权利要求1所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:所述户变校验具体为:
不同分支线中所有用户根据所述数学模型,分别反解出数量与用户数量相同的根节点变压器出口端电压;
根据求解出来的各根节点变电器出口端电压的曲线形状和变化趋势,判断不同分支线是否属于同一变压器。
8.根据权利要求1所述的一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验方法,其特征在于:所述初始配网拓扑来自于PMS系统;所述用户档案信息来自于SG186系统。
9.一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取初始配网拓扑和对应的用户档案信息;
电路模型建立模块,用于基于所述初始配网拓扑和对应的用户档案信息,根据设定的电路抽象规则,完成电路抽象,获得电路模型;
数学模型建立模块,基于所述电路模型,采用分层构建方法,获得与所述电路模型对应的数学模型;
求解模块,用于获取AMI系统中高密度用户末端电压和电流信息,并利用多元线性规划方法对所述数学模型进行求解,获取电路模型中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压;
校验模块,用于基于所述电路中两两节点之间的线路阻抗及根节点变压器出口端电压,进行相变校验和户变校验。
10.一种基于AMI数据的城市低压配电网拓扑校验系统,其特征在于,包括:
处理器,适于实现各指令;以及
存储设备,适于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1~8中任一项所述的步骤。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190611

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