CN113300340B - 一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，根据电网中的历史设备的拓扑图，构建历史设备的拓扑结构；根据历史设备的拓扑结构和历史设备的继电保护启动方案，构建历史设备的继电保护启动方案的知识图谱；拓扑结构中包括各个设备单元以及各个设备单元之间的连接结构；继电保护启动方案中包括各个启动步骤；根据历史设备的继电保护启动方案的知识图谱进行知识融合，生成启动方案模板；构建电网中的新设备的拓扑结构，根据新设备的拓扑结构和启动方案模板，生成新设备的继电保护启动方案。本发明使得电网管理的智能化，降低了人员工作量，降低了出错率，提升了电网管理水平。

Description

一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法
技术领域
本发明涉及电网新设备继电保护技术领域，尤其是一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法。
背景技术
电网新设备启动在电网调度运行管理中具有重要地位。而编制电网新设备继电保护启动方案需要工作人员具有扎实的专业基础知识和丰富的电网管理工作经验，既要符合导则中各种规定限制，又要根据网络拓扑接线以及各种条件灵活调整。随着电网不断扩张和升级，电网启动送电工作繁重。依赖于专家经验的电网新设备继电保护启动方案手工自动编制方法，不但可能导致疏漏出错，而且无法跟上当前电网管理的智能化趋势。研究电网新设备继电保护启动方案的自动编制技术对提升电网管理水平具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，使得电网管理的智能化，降低了人员工作量，降低了出错率，提升了电网管理水平。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，包括以下步骤：
S1，根据电网中的历史设备的拓扑图，构建历史设备的拓扑结构；根据历史设备的拓扑结构和历史设备的继电保护启动方案，构建历史设备的继电保护启动方案的知识图谱；
拓扑结构中包括各个设备单元以及各个设备单元之间的连接结构；继电保护启动方案中包括各个启动步骤；
S2，根据历史设备的继电保护启动方案的知识图谱进行知识融合，生成启动方案模板；
S3，构建电网中的新设备的拓扑结构，根据新设备的拓扑结构和启动方案模板，生成新设备的继电保护启动方案。
步骤S1中，所述知识图谱由节点和边组成，每个节点表示一个实体，每条边表示与该条边相连接的两个实体之间的关系；
步骤S1具体包括以下步骤：
S11，对继电保护启动方案的知识图谱进行定义，具体如下所示：
继电保护启动方案的知识图谱中的实体包括：拓扑结构中的各个设备单元、继电保护启动方案中的各个启动步骤；
继电保护启动方案的知识图谱中的实体分为两个父类，分别为：拓扑结构和继电保护启动方案；
设备单元的父类即为拓扑结构；
设备单元的类型分为：母线、变电站、线路、刀闸、线路开关、母联开关、分段开关、主变、避雷器、压变；
每个设备单元均有其对应的属性，属性包括：设备单元的所属变电站以及电压等级；
启动步骤的父类即为继电保护启动方案；
继电保护启动方案中包括：各个启动步骤；
启动步骤的类型分为：送电前、送电期间方式调整、具备向量试验条件后、试验结束并正确后；
每个启动步骤均有其对应的属性，属性包括：启动步骤的启动顺序和定值单号；
S12，构建继电保护启动方案的知识图谱，具体如下所示：
根据历史设备的拓扑结构，将设备单元与设备单元进行连接，且设备单元与设备单元之间相连接的边命名为结构；
根据历史设备的继电保护启动方案，将设备单元与其对应的启动步骤进行连接，且设备单元与启动步骤之间相连接的边命名为操作；
生成历史设备的继电保护启动方案的知识图谱。
步骤S2包括以下具体步骤：
S21，从历史设备的继电保护启动方案的知识图谱中，查找出同种类的设备单元，所述同种类的设备单元是指类型和属性均相同的设备单元；
S22，从步骤S21所查找到的同种类的设备单元中，查找出与设备单元相连接的同种类的启动步骤，所述同种类的启动步骤是指类型和启动顺序均相同的启动步骤，即查找出同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤；
S23，基于word2vec的CBOW模式，对步骤S22所查找到的同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤，分别进行word2vec字向量编码，生成各个启动步骤的字向量；
S24，对步骤S23所生成的各个启动步骤的字向量，分别进行加权平均计算，得到各个启动步骤的句向量；
S25，对步骤S24所得到的各个启动步骤的句向量，分别计算两两之间的余弦相似度，若某个启动步骤与n个以上的其他启动步骤之间的余弦相似度均为低于设定相似度阈值，则将该启动步骤剔除；
S26，对经步骤S25剔除后所剩下的启动步骤，进行知识融合，生成该同种类的设备单元所对应的该种类的启动步骤模板；
S27，按照步骤S21-S26的方式，查找同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤，对同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤分别进行融合，生成该同种类的设备单元所对应的不同种类的启动步骤模板；
S28，按照步骤S27的方式，分别生成各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，根据各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，生成启动方案模板。
步骤S21中，若设备单元的类型为变电站，则其同种类的设备单元之间的母线接线方式也相同。
本发明的优点在于：
(1)本发明所提供的电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，结合设备的拓扑结构，并参考电网中的历史设备的继电保护启动方案，制作启动方案模板，实现继电保护启动方案的自动编制，降低了人员工作量，降低了出错率，使得电网管理的智能化，提升了电网管理水平。
(2)由于编排电网新设备继电保护启动方案时所涉及的设备众多，拓扑变化灵活，并且涉及到设备之间启动顺序的配合，使得电网新设备启动规则复杂多变，然而知识图谱技术具有分析拓扑和推理知识的能力，能够利用图模型描述新设备启动规则和拓扑之间的关联关系，因此基于知识图谱技术有助于本发明的电网新设备继电保护启动方案的快速智能编排。
附图说明
图1为电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法的方法流程图。
图2为电网中的变电站设备的拓扑图。
图3为该变电站设备的继电保护启动方案的知识图谱。
图4为知识融合的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
知识图谱技术具有分析拓扑和推理知识的能力，目前在电力系统领域广泛应用。由于编排电网新设备继电保护启动方案时所涉及的设备众多，拓扑变化灵活，并且涉及到设备之间启动顺序的配合，使得电网新设备启动规则复杂多变。而知识图谱技术能够利用图模型描述新设备启动规则和拓扑之间的关联关系，更加适用于本发明的电网新设备继电保护启动方案的快速智能编排。
Neo4j是开源的图数据库存储软件，在国外和国内的大量实践应用，使Neo4j软件在国内外都得到了新的发展，Neo4j也可以被看作是一个具有成熟数据库所有特性的高性能图引擎，为实现本发明的电网新设备继电保护启动方案智能编制提供了基础。
一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，包括以下步骤：
S1，根据电网中的历史设备的拓扑图，构建历史设备的拓扑结构；根据历史设备的拓扑结构和历史设备的继电保护启动方案，构建历史设备的继电保护启动方案的知识图谱。
S2，根据历史设备的继电保护启动方案的知识图谱进行知识融合，生成启动方案模板。
S3，构建电网中的新设备的拓扑结构，根据新设备的拓扑结构和启动方案模板，生成新设备的继电保护启动方案。
电网中的历史设备是指：电网中以往架设的变电站，以及其他设备。
设备的拓扑结构是指：该设备中的设备单元之间相互连接的结构。
历史设备的拓扑结构不仅包括各个历史设备中的设备单元之间相互连接的结构，还包括各个历史设备之间相互连接的结构。
步骤S1中，拓扑结构中包括各个设备单元以及各个设备单元之间的连接结构；继电保护启动方案中包括各个启动步骤。
步骤S1中，利用资源描述框架即RDFS构建继电保护启动方案的知识图谱，所述知识图谱是一种基于图的数据结构，由节点和边组成，每个节点表示一个实体，每条边表示与该条边相连接的两个实体之间的关系；
具体方式如下所示：
S11，继电保护启动方案的知识图谱中的实体包括：拓扑结构中的各个设备单元、继电保护启动方案中的各个启动步骤；
继电保护启动方案的知识图谱中的实体分为两个父类，分别为：拓扑结构和继电保护启动方案；
设备单元的父类即为拓扑结构；
设备单元的类型分为：母线、变电站、线路、刀闸、线路开关、母联开关、分段开关、主变、避雷器、压变；
每个设备单元均有其对应的属性，属性包括：设备单元的所属变电站以及电压等级；
启动步骤的父类即为继电保护启动方案；
继电保护启动方案中包括：各个启动步骤；
启动步骤的类型分为：送电前、送电期间方式调整、具备向量试验条件后、试验结束并正确后；
每个启动步骤均有其对应的属性，属性包括：启动步骤的启动顺序和定值单号。
S12，利用Neo4j软件构建继电保护启动方案的知识图谱，具体如下所示：
知识图谱中的所有实体均对应于Neo4j图数据库中的节点，实体与实体之间的连接关系对应于Neo4j图数据库中的边，实体的类型和属性分别附加于Neo4j图数据库中的节点和边；
根据历史设备的拓扑结构，将设备单元与设备单元进行连接，且设备单元与设备单元之间相连接的边命名为结构；
根据历史设备的继电保护启动方案，将设备单元与其对应的启动步骤进行连接，且设备单元与启动步骤之间相连接的边命名为操作；
生成历史设备的继电保护启动方案的知识图谱。
由图2和图3所示，图2为电网中的某变电站设备的拓扑图，仅以图2中变电站设备中的区域X为例。图3为该变电站设备的区域X中的具体设备单元的继电保护启动方案的知识图谱。图3中的a部分即为该变电站设备的拓扑结构，包括有各个设备单元以及各个设备单元之间的连接结构。图3中的b部分即为该变电站设备的继电保护启动方案，包括有各个启动步骤。设备单元与启动步骤相连接，构成该变电站设备的继电保护启动方案的知识图谱。
S2，对历史设备的继电保护启动方案的知识图谱进行融合，生成启动方案模板，具体方式如下所示：
S21，从历史设备的继电保护启动方案的知识图谱中，查找出同种类的设备单元，所述同种类的设备单元是指类型和属性均相同的设备单元；
S22，从步骤S21所查找到的同种类的设备单元中，查找出与设备单元相连接的同种类的启动步骤，所述同种类的启动步骤是指类型和启动顺序均相同的启动步骤，即查找出同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤；
S23，基于word2vec的CBOW模式，对步骤S22所查找到的同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤，分别进行word2vec字向量编码，生成各个启动步骤的字向量；
S24，对步骤S23所生成的各个启动步骤的字向量，分别进行加权平均计算，得到各个启动步骤的句向量；
S25，对步骤S24所得到的各个启动步骤的句向量，分别两两之间计算余弦相似度，若某个启动步骤的句向量与n个以上的其他启动步骤的句向量之间的余弦相似度均为低于设定相似度阈值，则将该启动步骤剔除；
S26，对经步骤S25剔除后所剩下的启动步骤，进行知识融合，生成该同种类的设备单元所对应的该种类的启动步骤模板；
S27，按照步骤S21-S26的方式，查找同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤，对同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤分别进行融合，生成该同种类的设备单元所对应的不同种类的启动步骤模板；
S28，按照步骤S27的方式，分别生成各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，根据各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，生成启动方案模板。
步骤S21中，若设备单元的类型为变电站，则其同种类的设备单元之间的母线接线方式也相同。
步骤S25中，余弦相似度计算公式如下：
Figure BDA0003094854130000071
式中，x、y均为句向量；S(x,y)为句向量x和句向量y之间的余弦相似度；t为向量的维度，即所包含的分量的个数；k＝1,2,3…t；xk为句向量x的第k个分量；yk为句向量y的第k个分量。
步骤S26中，知识融合如图4所示，选取A、B两个母线连接方式相同的变电站为例，即A变电站、B变电站，设备启动保护方案知识图谱中以父类为“电网拓扑”，类型为“线路”，属性为“电压等级：110kv”、“所属变电站：*站”的实体为例，包含实体线路1、线路2，继续索引实体相连接的父类为“启动方案”，类型为“送电前”，属性“启动顺序：1”的实体，通过快速相似度比较，选择其相似程度较高的实体，可见其不同线路实体的启动方案仅仅与实体名称有关，通过对比启动步骤实体，将不同的实体具体启动步骤进行融合，如图4中融合过程所示，最终将所有类型和属性的启动步骤融合，其知识融合后的结果与实体名称无关，仅与属性和类型相关，实现数据层面知识向模式层面知识转换，形成启动方案模板。
本发明中，通过Python，对待融合的启动步骤之间进行顺序字向量的抽取，进行知识融合，形成启动方案模板。
步骤S3中，根据新设备的拓扑结构中的各个设备单元的类型和属性选择其对应的各种类的启动步骤模板，生成新设备的继电保护启动方案。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据电网中的历史设备的拓扑图，构建历史设备的拓扑结构；根据历史设备的拓扑结构和历史设备的继电保护启动方案，构建历史设备的继电保护启动方案的知识图谱；
拓扑结构中包括各个设备单元以及各个设备单元之间的连接结构；继电保护启动方案中包括各个启动步骤；
S2，根据历史设备的继电保护启动方案的知识图谱进行知识融合，生成启动方案模板；
S3，构建电网中的新设备的拓扑结构，根据新设备的拓扑结构和启动方案模板，生成新设备的继电保护启动方案；
步骤S1中，所述知识图谱由节点和边组成，每个节点表示一个实体，每条边表示与该条边相连接的两个实体之间的关系；
步骤S1具体包括以下步骤：
S11，对继电保护启动方案的知识图谱进行定义，具体如下所示：
继电保护启动方案的知识图谱中的实体包括：拓扑结构中的各个设备单元、继电保护启动方案中的各个启动步骤；
继电保护启动方案的知识图谱中的实体分为两个父类，分别为：拓扑结构和继电保护启动方案；
设备单元的父类即为拓扑结构；
设备单元的类型分为：母线、变电站、线路、刀闸、线路开关、母联开关、分段开关、主变、避雷器、压变；
每个设备单元均有其对应的属性，属性包括：设备单元的所属变电站以及电压等级；
启动步骤的父类即为继电保护启动方案；
继电保护启动方案中包括：各个启动步骤；
启动步骤的类型分为：送电前、送电期间方式调整、具备向量试验条件后、试验结束并正确后；
每个启动步骤均有其对应的属性，属性包括：启动步骤的启动顺序和定值单号；
S12，构建继电保护启动方案的知识图谱，具体如下所示：
根据历史设备的拓扑结构，将设备单元与设备单元进行连接，且设备单元与设备单元之间相连接的边命名为结构；
根据历史设备的继电保护启动方案，将设备单元与其对应的启动步骤进行连接，且设备单元与启动步骤之间相连接的边命名为操作；
生成历史设备的继电保护启动方案的知识图谱。
2.根据权利要求1所述的一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，其特征在于，步骤S2包括以下具体步骤：
S21，从历史设备的继电保护启动方案的知识图谱中，查找出同种类的设备单元，所述同种类的设备单元是指类型和属性均相同的设备单元；
S22，从步骤S21所查找到的同种类的设备单元中，查找出与设备单元相连接的同种类的启动步骤，所述同种类的启动步骤是指类型和启动顺序均相同的启动步骤，即查找出同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤；
S23，基于word2vec的CBOW模式，对步骤S22所查找到的同种类的设备单元所连接的同种类的启动步骤，分别进行word2vec字向量编码，生成各个启动步骤的字向量；
S24，对步骤S23所生成的各个启动步骤的字向量，分别进行加权平均计算，得到各个启动步骤的句向量；
S25，对步骤S24所得到的各个启动步骤的句向量，分别计算两两之间的余弦相似度，若某个启动步骤与n个以上的其他启动步骤之间的余弦相似度均为低于设定相似度阈值，则将该启动步骤剔除；
S26，对经步骤S25剔除后所剩下的启动步骤，进行知识融合，生成该同种类的设备单元所对应的该种类的启动步骤模板；
S27，按照步骤S21-S26的方式，查找同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤，对同种类的设备单元所连接的不同种类的启动步骤分别进行融合，生成该同种类的设备单元所对应的不同种类的启动步骤模板；
S28，按照步骤S27的方式，分别生成各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，根据各种类的设备单元所对应的各种类的启动步骤模板，生成启动方案模板。
3.根据权利要求2所述的一种电网新设备继电保护启动方案的自动编制方法，其特征在于，步骤S21中，若设备单元的类型为变电站，则其同种类的设备单元之间的母线接线方式也相同。
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