CN112467725B - 一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统 - Google Patents

一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统 Download PDF

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    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Abstract

本发明公开了一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统，所述诊断分析方法具体为：首先、由配电网将获取的电能分配给各类用户，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户，完成配电数据的传输；在对配电网输出端产生的电流消耗进行检测，得出配电网和用户的阻抗参数；通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析；进一步构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控；运用层次分析法构建配电网评价指标体系，从网络结构水平、负荷供应能力对配电网进行定量评价。

Description

一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统
技术领域
本发明涉及一种配电网诊断分析技术领域，尤其是一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统。
背景技术
随着智能电网相关技术在国内的发展与普及，其自我感知、自我检测、自我预防成为电网所必需的智能运行能，其中，自我故障诊断能力具有重要作用，即当电网发生故障时，如何从海量故障数据中提取有效信息，自动、快速地诊断电网中的故障设备，辅助调度运行人员及时处理,成为目前故障在线诊断所急需解决的问题。
现有的供电线路在运行中破损、裂化，或者负荷超过其最大承载容量，会直接影响企业和广大居民的供电质量和用电安全，在城乡结合部的群租房、各类出租或经营场所，私拉乱接或违约用电情况严重，安全事故频发，简单快速地获取线路阻抗参数，对线路老化预判、风险预估具有重要作用，随着智能配电网的发展，故障甄别、风险预判等对线路参数获取的实时性、准确性提出了更高的要求，供电线路阻抗参数是配电领域亟需解决的重要问题。
发明内容
发明目的：提供一种配电网数据融合与诊断分析方法，以解决上述问题。
技术方案：一种配电网数据融合与诊断分析方法，包括以下步骤：
步骤1、由配电网将获取的电能分配给各类用户；
步骤2、对配电网输出端产生的电流消耗进行检测；
步骤3、通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析；
步骤4、构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控。
根据本发明的一个方面，所述步骤1中配电网通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户，完成配电数据的传输。
根据本发明的一个方面，所述电压逐级分配给各类用户的具体分类方法如下：
步骤11、AC表示配电网输出端，电能表1～电能表n安装在配电线路各分支点，负载1～负载n为各分支点对应的等效负载，Rs为配电网输出端等效电源电阻，Rd为配网线路侧电阻，所述Rd配网线路侧电阻包括Rd1，Rd2，…，Rdn，Rcs为配网用户侧电阻，所述Rcs配网用户侧电阻包括Rcs1，Rcs2，…，Rcsn，Vs为配电网输出端电源电压，IL为配电网输出端输出电流，Vi为用户侧供电电压，所述Vi用户侧供电电压包括：V1，V2，…，Vn，Ui为用户侧用电电压，所述Ui用户侧用电电压包括U1，U2，…，Un，Ii为用户侧负荷电流，所述Ii用户侧负荷电流包括I1，I2，…，In；
步骤12、所述用户侧负荷电流Ii和用户侧用电电压Ui通过分支点的测量电表获得，配电网输出端输出电流IL通过采集各分支点用户侧的累加负荷电流获得，而配电网成恒压源，Vs是定值,在采集大量的样本数据后，通过各分段线路电压降计算，求解获得线路阻抗值；
步骤13、根据步骤11进行线路阻抗数学模型设计,根据戴维南定理可知，用户i的供电电压Vi等于配电网输出端电源电压Vs与其他分支点供电电压之差：
表示方程如下:
Figure BDA0002779980320000021
其中
Figure BDA0002779980320000022
为分支线出端到用户i分支线进端之间的等效电压集合，并在用户i数量不同时，等效电压
Figure BDA0002779980320000023
的值也不相同，将
Figure BDA0002779980320000024
记为
Figure BDA0002779980320000025
Figure BDA0002779980320000026
为配电网到用户i的线路阻抗记为R’d；
则根据步骤13得出方程如下：
Figure BDA0002779980320000027
其中
Figure BDA0002779980320000028
可得如下方程：
Figure BDA0002779980320000029
根据Vi＝Ui+Ii*Rcsi可得如下方程：
Figure BDA00027799803200000210
根据上述方程将(R’d-R’di)记为R”d，进而得出如下方程：
Figure BDA00027799803200000211
其中Ui和Ii由电能表的采样样本获得从而对配电网单相线路其他分支的进户线阻抗Rcsi和线路阻抗R’d进行求解。
根据本发明的一个方面，所述步骤2通过对配电网输出端产生的电流消耗进行检测，得出配电网和用户的阻抗参数，具体步骤如下：
步骤21、用户为i、用电电压值为Ui、用户负荷电流值为Ii、用户负荷电流值为In-1，可获取配电线路运行状态的表达式如下:
Figure BDA0002779980320000031
将配电线路运行状态的表达式代入
Figure BDA0002779980320000032
中得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000033
其中y为样本电压差值，xi为用户i的样本特征，xbi为约束条件bi本特征；通过获取N次样本得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000034
根据上述方程进而获取配电网到用户i的线路阻抗R’d和用户i的进户线阻抗Rcsi。
根据本发明的一个方面，所述步骤3根据Apriori算法，挖掘单维关联规则频繁项集，扫描数据库以确定各个候选项集的支持度计数，执行流程具体步骤为：
步骤31、对保护的动作状态进行首次扫描，并对其中的各单项事务统计支持度，产生候选项集C，从项集C1中删除支持度计数小于最小支持度的项间，从而得到频繁项集Ln；
步骤32、建立各单项事务统计的事务总列表；
步骤33、利用L1自连接生成候选项集Cr及其对应的各单项事务列表，并进行项集的求交集运算；
步骤34，由步骤33运算得到的中间候选项集C2确定，侯选集C2，生成频繁项集L2；
步骤35、依次重复步骤33，直到不产生新的候选项集即完成挖掘。
根据本发明的一个方面，所述步骤4通过层次分析法建立清晰的层次结构，层次分析法的具体步骤为：
步骤41、对评价目标建立清晰的层次结构，形成评价指标体系；
步骤42、通过两两比较的相对标度法逐层建立判断矩阵，将人的主观判断标量化；
步骤43、判断矩阵一致性校验通过后，求解各层判断矩阵的属性权重；
步骤44、计算评价对象的综合评价值并排序。
有益效果：本发明设计一种配电网数据融合与诊断分析方法及其检测系统，通过将主线路分支为分支电路，而分支电路为用户的独立运行电路，从而对分支电路进行检测，来获取用户产生的阻抗参数，而配电网线路阻抗在线测量依托检测系统中设置的检测模块来获取所需要的检测信息，从而自动采集千家万户各节点，在运用层次分析法构建配电网评价指标体系，从网络结构水平、负荷供应能力对配电网进行定量评价，分析和论述评价指标的筛选、建立分层结构体系、确定指标权重。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的分类示意图。
具体实施方式
在该实施例中，一种配电网数据融合与诊断分析方法，包括以下步骤：
步骤1、由配电网将获取的电能分配给各类用户；
步骤2、对配电网输出端产生的电流消耗进行检测；
步骤3、通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析；
步骤4、构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控。
在进一步的实施例中，所述步骤1中配电网通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户，完成配电数据的传输。
在进一步的实施例中，所述电压逐级分配给各类用户的具体分类方法如下：
步骤11、AC表示配电网输出端，电能表1～电能表n安装在配电线路各分支点，负载1～负载n为各分支点对应的等效负载，Rs为配电网输出端等效电源电阻，Rd为配网线路侧电阻，所述Rd配网线路侧电阻包括Rd1，Rd2，…，Rdn，Rcs为配网用户侧电阻，所述Rcs配网用户侧电阻包括Rcs1，Rcs，…，Rcsn，Vs为配电网输出端电源电压，IL为配电网输出端输出电流，Vi为用户侧供电电压，所述Vi用户侧供电电压包括：V1，V2，…，Vn，Ui为用户侧用电电压，所述Ui用户侧用电电压包括U1，U2，…，Un，Ii为用户侧负荷电流，所述Ii用户侧负荷电流包括I1，I2，…，In；
步骤12、所述用户侧负荷电流Ii和用户侧用电电压Ui通过分支点的测量电表获得，配电网输出端输出电流IL通过采集各分支点用户侧的累加负荷电流获得，而配电网成恒压源，Vs是定值,在采集大量的样本数据后，通过各分段线路电压降计算，求解获得线路阻抗值；
步骤13、根据步骤11进行线路阻抗数学模型设计,根据戴维南定理可知，用户i的供电电压Vi等于配电网输出端电源电压Vs与其他分支点供电电压之差：
表示方程如下:
Figure BDA0002779980320000051
其中
Figure BDA0002779980320000052
为分支线出端到用户i分支线进端之间的等效电压集合，并在用户i数量不同时，等效电压
Figure BDA0002779980320000053
的值也不相同，将
Figure BDA0002779980320000054
记为
Figure BDA0002779980320000055
Figure BDA0002779980320000056
为配电网到用户i的线路阻抗记为R’d；
则根据步骤13得出方程如下：
Figure BDA0002779980320000057
其中
Figure BDA0002779980320000058
可得如下方程：
Figure BDA0002779980320000059
根据Vi＝Ui+Ii*Rcsi可得如下方程：
Figure BDA00027799803200000510
根据上述方程将(R’d-R’di)记为R”d，进而得出如下方程：
Figure BDA00027799803200000511
其中Ui和Ii由电能表的采样样本获得从而对配电网单相线路其他分支的进户线阻抗Rcsi和线路阻抗R’d进行求解。
在进一步的实施例中，所述步骤2通过对配电网输出端产生的电流消耗进行检测，得出配电网和用户的阻抗参数，具体步骤如下：
步骤21、用户为i、用电电压值为Ui、用户负荷电流值为Ii、用户负荷电流值为In-1，可获取配电线路运行状态的表达式如下:
Figure BDA0002779980320000061
将配电线路运行状态的表达式代入
Figure BDA0002779980320000062
中得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000063
其中y为样本电压差值，xi为用户i的样本特征，xbi为约束条件bi本特征；通过获取N次样本得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000064
根据上述方程进而获取配电网到用户i的线路阻抗R’d和用户i的进户线阻抗Rcsi。
在进一步的实施例中，所述步骤3根据Apriori算法，挖掘单维关联规则频繁项集，扫描数据库以确定各个候选项集的支持度计数，执行流程具体步骤为：
步骤31、对保护的动作状态进行首次扫描，并对其中的各单项事务统计支持度，产生候选项集C，从项集C1中删除支持度计数小于最小支持度的项间，从而得到频繁项集Ln；
步骤32、建立各单项事务统计的事务总列表；
步骤33、利用L1自连接生成候选项集Cr及其对应的各单项事务列表，并进行项集的求交集运算；
步骤34，由步骤33运算得到的中间候选项集C2确定，侯选集C2，生成频繁项集L2；
步骤35、依次重复步骤33，直到不产生新的候选项集即完成挖掘。
在进一步的实施例中，所述步骤4通过层次分析法建立清晰的层次结构，层次分析法的具体步骤为：
步骤41、对评价目标建立清晰的层次结构，形成评价指标体系；
步骤42、通过两两比较的相对标度法逐层建立判断矩阵，将人的主观判断标量化；
步骤43、判断矩阵一致性校验通过后，求解各层判断矩阵的属性权重；
步骤44、计算评价对象的综合评价值并排序。
在进一步的实施例中，一种配电网数据融合与诊断分析的检测系统，其特征在于包括如下模块：
用于将获取的电能分配给各类用户的分类模块；所述分类模块通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户，完成配电数据的传输；所述电压逐级分配给各类用户的具体分类方法如下：
步骤11、AC表示配电网输出端，电能表1～电能表n安装在配电线路各分支点，负载1～负载n为各分支点对应的等效负载，Rs为配电网输出端等效电源电阻，Rd为配网线路侧电阻，所述Rd配网线路侧电阻包括Rd1，Rd2，…，Rdn，Rcs为配网用户侧电阻，所述Rcs配网用户侧电阻包括Rcs1，Rcs2，…，Rcsn，Vs为配电网输出端电源电压，IL为配电网输出端输出电流，Vi为用户侧供电电压，所述Vi用户侧供电电压包括：V1，V2，…，Vn，Ui为用户侧用电电压，所述Ui用户侧用电电压包括U1，U2，…，Un，Ii为用户侧负荷电流，所述Ii用户侧负荷电流包括I1，I2，…，In；
步骤12、所述用户侧负荷电流Ii和用户侧用电电压Ui通过分支点的测量电表获得，配电网输出端输出电流IL通过采集各分支点用户侧的累加负荷电流获得，而配电网成恒压源，Vs是定值,在采集大量的样本数据后，通过各分段线路电压降计算，求解获得线路阻抗值；
步骤13、根据步骤11进行线路阻抗数学模型设计,根据戴维南定理可知，用户i的供电电压Vi等于配电网输出端电源电压Vs与其他分支点供电电压之差：
表示方程如下:
Figure BDA0002779980320000071
其中
Figure BDA0002779980320000072
为分支线出端到用户i分支线进端之间的等效电压集合，并在用户i数量不同时，等效电压
Figure BDA0002779980320000073
的值也不相同，将
Figure BDA0002779980320000074
记为
Figure BDA0002779980320000075
Figure BDA0002779980320000076
为配电网到用户i的线路阻抗记为R’d；
则根据步骤13得出方程如下：
Figure BDA0002779980320000081
其中
Figure BDA0002779980320000082
可得如下方程：
Figure BDA0002779980320000083
根据Vi＝Ui+Ii*Rcsi可得如下方程：
Figure BDA0002779980320000084
根据上述方程将(R’d-R’di)记为R”d，进而得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000085
其中Ui和Ii由电能表的采样样本获得从而对配电网单相线路其他分支的进户线阻抗Rcsi和线路阻抗R’d进行求解；
用于对配电网输出端产生的电流消耗进行检测的检测模块；所述检测模块通过对配电网输出端产生的电流消耗进行检测，得出配电网和用户的阻抗参数，具体步骤如下：
步骤21、用户为i、用电电压值为Ui、用户负荷电流值为Ii、用户负荷电流值为In-1，可获取配电线路运行状态的表达式如下:
Figure BDA0002779980320000086
将配电线路运行状态的表达式代入
Figure BDA0002779980320000087
中得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000088
其中y为样本电压差值，xi为用户i的样本特征，xbi为约束条件bi本特征；通过获取N次样本得出如下方程：
Figure BDA0002779980320000089
根据上述方程进而获取配电网到用户i的线路阻抗R’d和用户i的进户线阻抗Rcsi；
用于通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析的诊断模块；所述诊断模块根据Apriori算法，挖掘单维关联规则频繁项集，扫描数据库以确定各个候选项集的支持度计数，执行流程具体步骤为：
步骤31、对保护的动作状态进行首次扫描，并对其中的各单项事务统计支持度，产生候选项集C，从项集C1中删除支持度计数小于最小支持度的项间，从而得到频繁项集Ln；
步骤32、建立各单项事务统计的事务总列表；
步骤33、利用L1自连接生成候选项集Cr及其对应的各单项事务列表，并进行项集的求交集运算；
步骤34，由步骤33运算得到的中间候选项集C2确定，侯选集C2，生成频繁项集L2；
步骤35、依次重复步骤33，直到不产生新的候选项集即完成挖掘；
用于构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控的分析模块；所述分析模块通过层次分析法建立清晰的层次结构，层次分析法的具体步骤为：
步骤41、对评价目标建立清晰的层次结构，形成评价指标体系；
步骤42、通过两两比较的相对标度法逐层建立判断矩阵，将人的主观判断标量化；
步骤43、判断矩阵一致性校验通过后，求解各层判断矩阵的属性权重；
步骤44、计算评价对象的综合评价值并排序。
总之，本发明具有以下优点：利用关联规则建立三态数据的特性，利用关联规则建立故障诊断在线挖掘的测试数据库；解决原算法多次扫描数据库的弊端算法，减小计算量，在运用层次分析法构建配电网评价指标体系，从网络结构水平、负荷供应能力对配电网进行定量评价，分析和论述评价指标的筛选、建立分层结构体系、确定指标权重。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (2)

1.一种配电网数据融合与诊断分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、由配电网将获取的电能分配给各类用户；
步骤2、对配电网输出端产生的电流消耗进行检测；
步骤3、通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析；
步骤4、构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控；
所述步骤1中配电网通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户，完成配电数据的传输；
所述电压逐级分配给各类用户的具体分类方法如下：
步骤11、AC表示配电网输出端，电能表1～电能表n安装在配电线路各分支点，负载1～负载n为各分支点对应的等效负载，Rs为配电网输出端等效电源电阻，Rd为配网线路侧电阻，Rcs为配网用户侧电阻，Vs为配电网输出端电源电压，IL为配电网输出端输出电流，Vi为用户侧供电电压，Ui为用户侧用电电压，Ii为用户侧负荷电流；
步骤12、所述用户侧负荷电流Ii和用户侧用电电压Ui通过分支点的测量电表获得，配电网输出端输出电流IL通过采集各分支点用户侧的累加负荷电流获得，而配电网成恒压源，Vs是定值，在采集大量的样本数据后，通过各分段线路电压降计算，求解获得线路阻抗值；
步骤13、根据步骤11进行线路阻抗数学模型设计，根据戴维南定理可知，用户i的供电电压Vi等于配电网输出端电源电压Vs与其他分支点供电电压之差：
表示方程如下：
Figure FDA0003898106180000011
其中
Figure FDA0003898106180000012
为分支线出端到用户i分支线进端之间的等效电压集合，并在用户i数量不同时，等效电压
Figure FDA0003898106180000013
的值也不相同，将
Figure FDA0003898106180000014
记为
Figure FDA0003898106180000015
Figure FDA0003898106180000016
为配电网到用户i的线路阻抗记为R’d；
则根据步骤13得出方程如下：
Figure FDA0003898106180000017
其中
Figure FDA0003898106180000018
可得如下方程：
Figure FDA0003898106180000019
根据Vi＝Ui+Ii*Rcsi可得如下方程：
Figure FDA0003898106180000021
根据上述方程将(R’d-R’di)记为R”d，进而得出如下方程：
Figure FDA0003898106180000022
其中Ui和Ii由电能表的采样样本获得从而对配电网单相线路其他分支的进户线阻抗Rcsi和线路阻抗R’d进行求解；
所述步骤2通过对配电网输出端产生的电流消耗进行检测，得出配电网和用户的阻抗参数，具体步骤如下：
步骤21、用户为i、用电电压值为Ui、用户侧负荷电流为Ii、用户负荷电流值为In-1，可获取配电线路运行状态的表达式如下：
Figure FDA0003898106180000023
将配电线路运行状态的表达式代入
Figure FDA0003898106180000024
中得出如下方程：
Figure FDA0003898106180000025
其中y为样本电压差值，xi为用户i的样本特征，xbi为约束条件bi本特征；通过获取N次样本得出如下方程：
Figure FDA0003898106180000026
根据上述方程进而获取配电网到用户i的线路阻抗R′d和用户i的进户线阻抗Rcsi；
所述步骤3根据Apriori算法，挖掘单维关联规则频繁项集，扫描数据库以确定各个候选项集的支持度计数，执行流程具体步骤为：
步骤31、对保护的动作状态进行首次扫描，并对其中的各单项事务统计支持度，产生候选项集C，从项集C1中删除支持度计数小于最小支持度的项间，从而得到频繁项集Ln；
步骤32、建立各单项事务统计的事务总列表；
步骤33、利用L1自连接生成候选项集Cr及其对应的各单项事务列表，并进行项集的求交集运算；
步骤34，由步骤33运算得到的中间候选项集C2确定，侯选集C2，生成频繁项集L2；
步骤35、依次重复步骤33，直到不产生新的候选项集即完成挖掘；
所述步骤4通过层次分析法建立清晰的层次结构，层次分析法的具体步骤为：
步骤41、对评价目标建立清晰的层次结构，形成评价指标体系；
步骤42、通过两两比较的相对标度法逐层建立判断矩阵，将人的主观判断标量化；
步骤43、判断矩阵一致性校验通过后，求解各层判断矩阵的属性权重；
步骤44、计算评价对象的综合评价值并排序。
2.一种配电网数据融合与诊断分析的检测系统，用于实现如权利要求1所述的一种配电网数据融合与诊断分析方法，其特征在于，所述系统包括如下模块：
用于将获取的电能分配给各类用户的分类模块；
用于对配电网输出端产生的电流消耗进行检测的检测模块；
用于通过数据融合建立业务宽表，支撑配电网问题诊断分析的诊断模块；
用于构建配电网指标诊断体系，通过定量评分实现网格化管控的分析模块。
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