CN110874452B - 电网低压台区拓扑自动识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网低压台区拓扑自动识别方法，包括：电网中共包括三类电力设备，分别为：出线柜、分支箱和电表箱；对电网的电力设备进行数据采集，包括：采集出线柜出线电流有效值I_a、分支箱分项出线电流有效值I_b以及电表箱进线电流有效值I_c；分支箱及其上级电力设备之间的拓扑识别方法，分支箱及电表箱之间的拓扑识别方法。优点为：本发明通过对电网各电力设备的电流进行监测和分析，能够快速的识别出整个网络的物理拓扑结构，从而提高电网拓扑识别的效率。

Description

电网低压台区拓扑自动识别方法

技术领域

本发明属于电网拓扑识别技术领域，具体涉及一种电网低压台区拓扑自动识别方法。

背景技术

配电网中，准确识别台区拓扑结构非常重要。现有技术中，主要采用人工摸查方式确定台区拓扑结构，具有以下不足：(1)工作人员工作量巨大，造成了人力物力的浪费；(2)由于台区拓扑结构会发生变动，因此，无法及时监测到，导致台区拓扑结构更新不及时，造成停电定位准确率降低等诸多问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种电网低压台区拓扑自动识别方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种电网低压台区拓扑自动识别方法，包括以下步骤：

步骤1，电网中共包括三类电力设备，分别为：出线柜、分支箱和电表箱；分别在出线柜、分支箱和电表箱安装末端感知设备，对电网的电力设备进行电流有效值的数据采集，包括：采集出线柜出线电流有效值I_a、分支箱分项出线电流有效值I_b以及电表箱进线电流有效值I_c，采集频率为15min/次；

步骤2，台区下采集的所有电流的合集S＝{{S1}{S2}{S3}}；

其中，S1代表出线柜出线电流有效值的集合，S1＝{I_a1,I_a2,...,I_am}，其中，I_a1代表第1号出线柜的出线柜出线电流有效值；I_a2代表第2号出线柜的出线柜出线电流有效值；依此类推，I_am代表第m号出线柜的出线柜出线电流有效值；

S2代表分支箱分项出线电流有效值的集合，S2＝{I_b11,I_b12,...,I_b1f,I_b21,I_b22,...,I_b2g,...,I_bh1,I_bh2,...,I_bhk}；其中，I_b11代表第1号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b12代表第1号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b1f代表第1号分支箱的第f分项出线电流有效值；I_b21代表第2号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b22代表第2号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b2g代表第2号分支箱的第g分项出线电流有效值；依此类推，I_bh1代表第h号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_bh2代表第h号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_bhk代表第h号分支箱的第k分项出线电流有效值；

S3代表电表箱进线电流有效值的集合，S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}，其中，I_c1代表第1号电表箱进线电流有效值；I_c2代表第2号电表箱进线电流有效值；依此类推，I_cp代表第p号电表箱进线电流有效值；

步骤3，分支箱及其上级电力设备之间的拓扑识别方法，包括分支箱及其上级分支箱之间的拓扑识别，以及分支箱及其上级出线柜之间的拓扑识别，包括以下步骤：

步骤3.1，对每个分支箱的各个分项出线电流有效值进行求和，得到分支箱电流和的集合S_b＝{I_b1,I_b2,...,I_bh}；其中，I_b1＝I_b11+I_b12+,...,+I_b1f；I_b2＝I_b21+I_b22+,...,+I_b2g；依此类推，I_bh＝I_bh1+I_bh2+,...,+I_bhk；

步骤3.2，将集合S_b中的最小值记为I_bmin；

步骤3.3，在合集S中删除所有小于I_bmin的电流值，得到新的合集S₀，设合集S₀中共有r个元素，依次简记为I₁,I₂,...,I_r，则S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}；

步骤3.4，对于集合S_b，其共有h个元素，表明电网中共有h个分支箱，对于任意的第i号分支箱，i＝1,2,...,h,均采用以下方式确定其上级级联的电力设备：

步骤3.4.1，在当前采样时刻T₁，对于第i号分支箱，其对应的分支箱电流和为I_bi，依次计算I_bi和集合S₀中的I₁,I₂,...,I_r的差，得到

设按采样频率共有z个采样时刻，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第r列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为u，则第i号分支箱的上级电力设备为第u号电力设备，即为集合S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}中，电流I_u所对应的电力设备，通过电流I_u的完整形式，可确定第u号电力设备为第u号出线柜或第u号分支箱；

步骤3.4.2，对h个分支箱均采用步骤3.4.2的方式计算，可确定每个分支箱的上级级联的分支箱或出线柜，由此确定了分支箱与分支箱之间、分支箱与出线柜之间的拓扑关系；

步骤4，分支箱及电表箱之间的拓扑识别方法，包括：

步骤4.1，根据步骤3确定的分支箱与分支箱之间的拓扑关系，在合集S的S2中，删除与分支箱级联的上级分支箱对应分项的电流值，得到S'2；设S'2中共有v个元素，依次简记为I¹ _b,I² _b,...,I^v _b，即：S'2＝{I¹ _b,I² _b,...,I^v _b}；

步骤4.2，对于S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}中的第j号电表箱，其对应电流为I_cj，均采用以下方式确定与其级联的分支箱：

步骤4.2.1，在当前采样时刻T₁，依次计算I_cj和集合S'2中的I¹ _b,I² _b,...,I^v _b的差，得到

设按采样频率共有w个采样时刻，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第w列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为l，则第j号电表箱的上级分支箱为第l号分支箱；

步骤4.2.2，对p个电表箱均采用步骤4.2.1的方式计算，可确定每个电表箱的上级级联的分支箱，由此确定了电表箱与分支箱之间的拓扑关系；

从而最终确定了出线柜、分支箱和电表箱之间的拓扑关系，实现电网拓扑自动识别。

本发明提供的电网低压台区拓扑自动识别方法具有以下优点：

本发明通过对电网各电力设备的电流进行监测和分析，能够快速的识别出整个网络的物理拓扑结构，从而提高电网拓扑识别的效率。

附图说明

图1为本发明提供的电网低压台区拓扑自动识别方法的原理应用图；

图2为拓扑结果修正原理图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电网低压台区拓扑自动识别方法，参考图1，包括以下步骤：

步骤1，电网中共包括三类电力设备，分别为：出线柜、分支箱和电表箱；分别在出线柜、分支箱和电表箱安装末端感知设备，对电网的电力设备进行电流有效值的数据采集，采集同步由HPLC模块控制，包括：采集出线柜出线电流有效值I_a、分支箱分项出线电流有效值I_b以及电表箱进线电流有效值I_c，采集频率为15min/次；本步骤中，分支箱分项出线电流有效值的含义为：参考图1，对于第1分支箱，其共有4个出线端，I_b11、I_b12、I_b13、I_b14即为第1分支箱的4个分项出线电流有效值。

步骤2，台区下采集的所有电流的合集S＝{{S1}{S2}{S3}}；

其中，S1代表出线柜出线电流有效值的集合，S1＝{I_a1,I_a2,...,I_am}，其中，I_a1代表第1号出线柜的出线柜出线电流有效值；I_a2代表第2号出线柜的出线柜出线电流有效值；依此类推，I_am代表第m号出线柜的出线柜出线电流有效值；因此，每个出线柜具有1个出线柜出线电流有效值。

S2代表分支箱分项出线电流有效值的集合，S2＝{I_b11,I_b12,...,I_b1f,I_b21,I_b22,...,I_b2g,...,I_bh1,I_bh2,...,I_bhk}；其中，I_b11代表第1号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b12代表第1号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b1f代表第1号分支箱的第f分项出线电流有效值；I_b21代表第2号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b22代表第2号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b2g代表第2号分支箱的第g分项出线电流有效值；依此类推，I_bh1代表第h号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_bh2代表第h号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_bhk代表第h号分支箱的第k分项出线电流有效值；

S3代表电表箱进线电流有效值的集合，S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}，其中，I_c1代表第1号电表箱进线电流有效值；I_c2代表第2号电表箱进线电流有效值；依此类推，I_cp代表第p号电表箱进线电流有效值；

步骤3，分支箱及其上级电力设备之间的拓扑识别方法，包括分支箱及其上级分支箱之间的拓扑识别，以及分支箱及其上级出线柜之间的拓扑识别，包括以下步骤：

步骤3.1，对每个分支箱的各个分项出线电流有效值进行求和，得到分支箱电流和的集合S_b＝{I_b1,I_b2,...,I_bh}；其中，I_b1＝I_b11+I_b12+,...,+I_b1f；I_b2＝I_b21+I_b22+,...,+I_b2g；依此类推，I_bh＝I_bh1+I_bh2+,...,+I_bhk；因此，h为分支箱的总数量。

例如，在图1中，第1号分支箱共有4个分支箱分项出线电流有效值，对这4个分支箱分项出线电流有效值进行求和，即为第1号分支箱对应的分支箱电流和。如果电网中共有100个分支箱，则S_b共有100个元素。

步骤3.2，将集合S_b中的最小值记为I_bmin；

步骤3.3，在合集S中删除所有小于I_bmin的电流值，得到新的合集S₀，设合集S₀中共有r个元素，依次简记为I₁,I₂,...,I_r，则S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}；

本步骤中，删除合集S中所有小于I_bmin的电流值，主要原因为：以图1为例，对于第2分支箱，如果其存在上级分支箱或上级出线柜，则表明其上级级联的电级，即：I_b14必然大于I_bmin。因此，通过删除合集S中所有小于I_bmin的电流值，会一定保留具有级联的分支箱，但可以删除可能的电表箱进线电流有效值，当然，也存在极端情况合集S中仍然存在部分电表箱进线电流有效值，但并不影响后续步骤3.4的配比，本步骤主要用于减化步骤3.4的配比工作量。

步骤3.4，对于集合S_b，其共有h个元素，表明电网中共有h个分支箱，对于任意的第i号分支箱，i＝1,2,...,h,均采用以下方式确定其上级级联的电力设备：

步骤3.4.1，在当前采样时刻T₁，对于第i号分支箱，其对应的分支箱电流和为I_bi，依次计算I_bi和集合S₀中的I₁,I₂,...,I_r的差，得到

设按采样频率共有z个采样时刻，例如，按15min采集频率，每天可采集96个点，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第r列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为u，则第i号分支箱的上级电力设备为第u号电力设备，即为集合S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}中，电流I_u所对应的电力设备，通过电流I_u的完整形式，可确定第u号电力设备为第u号出线柜或第u号分支箱；

例如，在图1中，对于第2分支箱，其对应的分支箱电流和为I_b2，将I_b2与集合S₀中的各个元素进行比对，找到与I_b2最接近的电流，即为第2分支箱的上一级电力设备的出线电流。例如，通过比对，如果I_b2与集合S₀中的I_b14最接近，则I_b14为第1号分支箱的第4个分项出线电流有效值，从而可确定：第1号分支箱的第4个分项出线与第2分支箱相连。而对于第1号分支箱，其对应的分支箱电流和为I_b1，通过比对，如果I_b2与集合S₀中的I_a1最接近，I_a1为第1号出线柜的出线电流有效值，则可以确定：第1号分支箱的上级级联电力设备为第1号出线柜。

通过均方差(用来标志样本的波动性，样本波动越小，均方差越小)来确定一段时间内，例如24小时内，相差最小并且差值波动最小的分支箱，就可以确定是否是分支箱下接的分支箱。

由此确定了分支箱与分支箱、分支箱与出线柜之间的拓扑关系。

步骤3.4.2，对h个分支箱均采用步骤3.4.2的方式计算，可确定每个分支箱的上级级联的分支箱或出线柜，由此确定了分支箱与分支箱之间、分支箱与出线柜之间的拓扑关系；

步骤4，分支箱及电表箱之间的拓扑识别方法，包括：

步骤4.1，根据步骤3确定的分支箱与分支箱之间的拓扑关系，在合集S的S2中，删除与分支箱级联的上级分支箱对应分项的电流值，因为此时表明：上级分支箱的下级设备必然为分支箱，而不是电表箱，所以删除与分支箱级联的上级分支箱对应分项的电流值，减小计算量，得到S'2；设S'2中共有v个元素，依次简记为I¹ _b,I² _b,...,I^v _b，即：S'2＝{I¹ _b,I² _b,...,I^v _b}；

步骤4.2，对于S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}中的第j号电表箱，其对应电流为I_cj，均采用以下方式确定与其级联的分支箱：

步骤4.2.1，在当前采样时刻T₁，依次计算I_cj和集合S'2中的I¹ _b,I² _b,...,I^v _b的差，得到

设按采样频率共有w个采样时刻，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第w列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为l，则第j号电表箱的上级分支箱为第l号分支箱；

步骤4.2.2，对p个电表箱均采用步骤4.2.1的方式计算，可确定每个电表箱的上级级联的分支箱，由此确定了电表箱与分支箱之间的拓扑关系。

从而最终确定了出线柜、分支箱和电表箱之间的拓扑关系，实现电网拓扑自动识别。

由于电流互感器(CT)采集电流为有效值，但是电网中电流为矢量值，无法直接相加进行计算，因此在一进多出的分支箱中进线电流不等于出线电流有效值之和。若简单考虑家庭用户中家用电器功率因素一般在0.9～1.0之间，可近似将出线电流值有效值相加作为进线电流有效值的参考值，但与真实有效值存在误差，误差小于2.6％(证明如下)，参考图2。

由于cosφ∈(0.9,1),当cosφ＝0.9时,(I₁+I₂)/I₃取最大值。

由于分支箱出线与电表箱进线的一一对应关系，由此证明通过“和差法”算出的分支箱与电表箱的上下级关系是基本准确的。

结合电表采集的单用户功率因素、电流值以及电表箱与电表拓扑关系，可以计算出该时刻用户电流的矢量值，逐步推算分支箱出线电流矢量值，通过各出线电流矢量值进而获取更精确的分支箱进线电流有效值，利用该值与出线柜出线电流进行比较，进而对拓扑结果进行再次修正。

本发明提供的电网低压台区拓扑自动识别方法具有以下优点：

本发明通过对电网各电力设备的电流进行监测和分析，能够快速的识别出整个网络的物理拓扑结构，从而提高电网拓扑识别的效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电网低压台区拓扑自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，电网中共包括三类电力设备，分别为：出线柜、分支箱和电表箱；分别在出线柜、分支箱和电表箱安装末端感知设备，对电网的电力设备进行电流有效值的数据采集，包括：采集出线柜出线电流有效值I_a、分支箱分项出线电流有效值I_b以及电表箱进线电流有效值I_c，采集频率为15min/次；

步骤2，台区下采集的所有电流的合集S＝{{S1}{S2}{S3}}；

其中，S1代表出线柜出线电流有效值的集合，S1＝{I_a1,I_a2,...,I_am}，其中，I_a1代表第1号出线柜的出线柜出线电流有效值；I_a2代表第2号出线柜的出线柜出线电流有效值；依此类推，I_am代表第m号出线柜的出线柜出线电流有效值；

S2代表分支箱分项出线电流有效值的集合，S2＝{I_b11,I_b12,...,I_b1f,I_b21,I_b22,...,I_b2g,...,I_bh1,I_bh2,...,I_bhk}；其中，I_b11代表第1号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b12代表第1号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b1f代表第1号分支箱的第f分项出线电流有效值；I_b21代表第2号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_b22代表第2号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_b2g代表第2号分支箱的第g分项出线电流有效值；依此类推，I_bh1代表第h号分支箱的第1分项出线电流有效值；I_bh2代表第h号分支箱的第2分项出线电流有效值，依此类推，I_bhk代表第h号分支箱的第k分项出线电流有效值；

S3代表电表箱进线电流有效值的集合，S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}，其中，I_c1代表第1号电表箱进线电流有效值；I_c2代表第2号电表箱进线电流有效值；依此类推，I_cp代表第p号电表箱进线电流有效值；

步骤3，分支箱及其上级电力设备之间的拓扑识别方法，包括分支箱及其上级分支箱之间的拓扑识别，以及分支箱及其上级出线柜之间的拓扑识别，包括以下步骤：

步骤3.1，对每个分支箱的各个分项出线电流有效值进行求和，得到分支箱电流和的集合S_b＝{I_b1,I_b2,...,I_bh}；其中，I_b1＝I_b11+I_b12+,...,+I_b1f；I_b2＝I_b21+I_b22+,...,+I_b2g；依此类推，I_bh＝I_bh1+I_bh2+,...,+I_bhk；

步骤3.2，将集合S_b中的最小值记为I_bmin；

步骤3.3，在合集S中删除所有小于I_bmin的电流值，得到新的合集S₀，设合集S₀中共有r个元素，依次简记为I₁,I₂,...,I_r，则S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}；

步骤3.4，对于集合S_b，其共有h个元素，表明电网中共有h个分支箱，对于任意的第i号分支箱，i＝1,2,...,h,均采用以下方式确定其上级级联的电力设备：

步骤3.4.1，在当前采样时刻T₁，对于第i号分支箱，其对应的分支箱电流和为I_bi，依次计算I_bi和集合S₀中的I₁,I₂,...,I_r的差，得到

设按采样频率共有z个采样时刻，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第r列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为u，则第i号分支箱的上级电力设备为第u号电力设备，即为集合S₀＝{I₁,I₂,...,I_r}中，电流I_u所对应的电力设备，通过电流I_u的完整形式，可确定第u号电力设备为第u号出线柜或第u号分支箱；

步骤3.4.2，对h个分支箱均采用步骤3.4.2的方式计算，可确定每个分支箱的上级级联的分支箱或出线柜，由此确定了分支箱与分支箱之间、分支箱与出线柜之间的拓扑关系；

步骤4，分支箱及电表箱之间的拓扑识别方法，包括：

步骤4.1，根据步骤3确定的分支箱与分支箱之间的拓扑关系，在合集S的S2中，删除与分支箱级联的上级分支箱对应分项的电流值，得到S'2；设S'2中共有v个元素，依次简记为I¹ _b,I² _b,...,I^v _b，即：S'2＝{I¹ _b,I² _b,...,I^v _b}；

步骤4.2，对于S3＝{I_c1,I_c2,...,I_cp}中的第j号电表箱，其对应电流为I_cj，均采用以下方式确定与其级联的分支箱：

步骤4.2.1，在当前采样时刻T₁，依次计算I_cj和集合S'2中的I¹ _b,I² _b,...,I^v _b的差，得到

设按采样频率共有w个采样时刻，则得到以下矩阵：

...

对上述矩阵中的每一列均计算均方差，分别得到

其中，

为矩阵第一列的均方差；

为矩阵第二列的均方差；依此类推，

为矩阵第w列的均方差；

在

中，均方差最小值所对应的列号设为l，则第j号电表箱的上级分支箱为第l号分支箱；

步骤4.2.2，对p个电表箱均采用步骤4.2.1的方式计算，可确定每个电表箱的上级级联的分支箱，由此确定了电表箱与分支箱之间的拓扑关系；

从而最终确定了出线柜、分支箱和电表箱之间的拓扑关系，实现电网拓扑自动识别。

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