CN114389357A - 一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法 - Google Patents

一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，包括初始档案获取；采集末端设备数据；边缘拓扑计算；档案协同、剔除和异常设备信息处理；主站对档案信息调整进行校核，更新完善信息。本发明通过边缘设备同主站持续协同完善档案，拓扑计算更精准；拓扑算法主要集中在边缘设备，比传统拓扑计算部署在主站不同，本发明无需等待所有相关临近台区拓扑数据完整上送后再能进行拓扑计算，计算周期短；且能够实时对计算结果进行校核，降低了人工排查的成本。

Description

一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法
技术领域
本发明涉及一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，属于配电网技术领域。
背景技术
低压台区是国家电网组成部分的重要环节，在用电管理过程中首先需要获取配电网的拓扑结构信息,但是由于低压台区存在用户量大、分支多、建档信息不全等问题，台区拓扑结构的明确一直是用电服务中的难点。
当前主流的拓扑技术存在如下弊端：
在电力公司获取台区建设时的拓扑信息，通常情况下这种原始的建档信息由于各种负荷调整切换或录入错误等原因，档案信息的完整性及可靠性无法保证；同时没有有效的档案校核方法，只能靠人工排查；当前的低压台区拓扑算法在主站运行，需等待所有相关临近台区拓扑数据完整上送后，才能进行拓扑计算，计算周期长，实时性差，无法满足相关后续业务的开展。
因此，需要一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其具体技术方案如下：
一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，包括以下步骤：
步骤1：初始档案获取：边缘设备接受主站下发相应台区侧末端设备档案，并根据末端设备档案设置末端设备白名单；
步骤2：采集末端设备数据：边缘设备根据初始档案周期性采集初始档案中包含的末端设备的电器运行数据；
步骤3：边缘拓扑计算，边缘设备根据采集到的电器运行数据实时进行计算，包括相似度的计算；
所述相似度的计算包括原始相似度计算、单日最佳相似度计算和时间段内最佳匹配计算，
所述原始相似度的计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
（1），
其中MBF和MBS均为表箱编号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为MBF表箱与MBS表箱d日电压曲线相似度，其中d为日期编号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为d日MBF箱变电压点集，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
为d日MBS表箱电压点集，i为末端设备编号；
所述单日最佳相似匹配计算，取MBS表箱与范围内所有分支当日相似度最大值者，计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
（2），
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
为单日相似度，d为日期编号，X为末端设备相似度序列，
所述时间段内最佳匹配计算，将n天表箱MBS最佳匹配分支求和，并取其中最大值者，计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
（3），
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
为时间段内相似度，d为日期编号，X为末端设备相似度序列；
步骤4：档案协同、剔除和异常设备信息处理；
步骤5：主站对档案信息调整进行校核，并重复步骤2到步骤4，更新完善档案信息。
进一步的，所述电气运行数据包括最大电压、最大电流、有功功率、无功功率、电度、谐波电流和谐波电压数据。
进一步的，所述采集末端设备数据的采样粒度为1至60分钟，对应每天采集数为1440至12个，采集周期为N，得到某末端设备一天内电压数据为U1、U2 … U1440，电流数据为I1、I2、I3…I1440。
进一步的，所述步骤3的具体过程为：
步骤3.1：上下级匹配：通过谐波阶跃信息计算上级设备和下级设备的拓扑关系；
步骤3.1.1：上下级拓扑强匹配：当末端设备发生阶跃谐波时，以每分钟为时段取上下级末端设备的三相有功功率数据进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配设备，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的匹配项，所述历史数据的期限为十天；
步骤3.1.2：上下级拓扑弱匹配：以每分钟为时段取上下级末端设备的三相采样电压数据进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配相位，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的相位，补充上下级拓扑强匹配的相位信息，所述历史数据的期限为十天；
步骤3.2：同层级聚类匹配：根据不同设备电气特征向量之间的相似度进行同级设备的分支匹配。
进一步的，所述上下级拓扑强匹配的具体计算过程为：
步骤3.1.1.1：选取一末端设备计算该末端设备与其它末端设备的阶跃关系矩阵，得到所有末端设备之间的阶跃关系矩阵；
步骤3.1.1.2：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.45，则这两台末端设备属于同一分支，若不满足，转至步骤3.1.1.3；
步骤3.1.1.3：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.10，找到阶跃关系矩阵中的最大值M，数值位于0.9M-1.1M之间的两个末端设备为同一分支。
进一步的，所述步骤4的具体过程为：
步骤4.1：主站新增末端设备，将末端设备档案信息下发至边缘设备，边缘设备在采集白名单以及采集任务中增加该设备信息；
步骤4.2：主站根据所有台区上送的拓扑结果进行二次计算，若计算得出台区内的某末端设备不属于该台区，则主站重新下发剔除该末端设备的档案至边缘设备，该边缘设备设置末端设备黑名单，将不再采集该末端设备任何数据，该末端设备也不再参与拓扑计算；
步骤4.3：边缘设备一定周期内采集不到档案中某末端设备的数据，认定该末端设备不在本台区或该末端设备存在故障，将该末端设备档案信息上报给主站。
进一步的，所述主站对档案信息调整进行校核，若档案信息出错，则主站修改档案重新下发至边缘设备；若档案信息未出错，则通过人工确认设备故障。
本发明的有益效果是：本发明通过边缘设备同主站持续协同完善档案，拓扑计算更精准；拓扑算法主要集中在边缘设备，比传统拓扑计算部署在主站不同，本发明无需等待所有相关临近台区拓扑数据完整上送后再能进行拓扑计算，计算周期短；且能够实时对计算结果进行校核，降低了人工排查的成本。
附图说明
图1是本发明的边缘设备同主站协同计算拓扑流程图，
图2是本发明的低压台区拓扑结构图，
图3是本发明的上下级拓扑强匹配计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，包括以下步骤:
步骤1：初始档案获取，边缘设备按照同主站约定的接口，向主站发送索要本台区末端设备档案信息，主站下发末端设备列表信息
Figure DEST_PATH_IMAGE018
至边缘设备，边缘设备根据列表信息
Figure DEST_PATH_IMAGE019
数据设置末端设备白名单，如图2所示为低压台区拓扑结构图；
步骤2：采集末端设备数据：边缘设备根据初始档案周期性采集初始档案中包含的末端设备的电器运行数据，采集末端设备数据的采样粒度为1至60分钟，对应每天采集数为1440至12个，采集周期为N，包括分钟级数据：末端设备三相采样电流
Figure DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，三相有功功率
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，三相无功功率
Figure DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，三相电压值
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，每项单天共计1440点，得到某末端设备一天内电压数据为U1、U2…U1440，电流数据为I1、I2、I3…I1440；
步骤3：边缘拓扑计算：
步骤3.1：上下级匹配：通过谐波阶跃信息计算上级设备和下级设备的拓扑关系；
步骤3.1.1：上下级拓扑强匹配：当末端设备发生阶跃谐波时，对上下级末端设备的三相有功功率分钟级数据
Figure 369702DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 286842DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 879628DEST_PATH_IMAGE031
，上端设备类型为0，下端设备类型为1，进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配设备，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的匹配项；
如图3所示，上下级拓扑强匹配的具体计算过程为：
步骤3.1.1.1：选取一末端设备计算该末端设备与其它末端设备的阶跃关系矩阵，得到所有末端设备之间的阶跃关系矩阵；
步骤3.1.1.2：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.45，则这两台末端设备属于同一分支，若不满足，转至步骤3.1.1.3；
步骤3.1.1.3：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.10，找到阶跃关系矩阵中的最大值M，数值位于0.9M-1.1M之间的两个末端设备为同一分支。
步骤3.1.2：上下级拓扑弱匹配：以每分钟为时段取上下级末端设备的三相采样电压数据
Figure 337155DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 151527DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 787039DEST_PATH_IMAGE043
，上端设备类型为0，下端设备类型为1，进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配相位，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的相位，补充上下级拓扑强匹配的相位信息。
步骤3.2：同层级聚类匹配：根据不同设备电气特征向量之间的相似度进行同级设备的分支匹配；
相似度的计算包括原始相似度计算、单日最佳相似度计算和时间段内最佳匹配计算，
原始相似度的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
（1），
其中MBF和MBS均为表箱编号，
Figure 116389DEST_PATH_IMAGE004
为MBF表箱与MBS表箱d日电压曲线相似度，其中d为日期编号，
Figure 128338DEST_PATH_IMAGE006
为d日MBF箱变电压点集，
Figure 797217DEST_PATH_IMAGE008
为d日MBS表箱电压点集，i为末端设备编号；
单日最佳相似匹配计算，取MBS表箱与范围内所有分支当日相似度最大值者，计算公式为：
Figure 852898DEST_PATH_IMAGE010
（2），
其中
Figure 607227DEST_PATH_IMAGE012
为单日相似度，X为末端设备相似度序列，
时间段内最佳匹配计算，将n天表箱MBS最佳匹配分支求和，并取其中最大值者，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
（3），
其中
Figure 157288DEST_PATH_IMAGE016
为时间段内相似度，X为末端设备相似度序列；
步骤4：档案协同、剔除和异常设备信息处理；
步骤4.1：主站新增末端设备，将末端设备档案信息下发至边缘设备，边缘设备在采集白名单以及采集任务中增加该设备信息；
步骤4.2：主站根据所有台区上送的拓扑结果进行二次计算，若计算得出台区内的某末端设备不属于该台区，则主站重新下发剔除该末端设备的档案至边缘设备，该边缘设备设置末端设备黑名单，将不再采集该末端设备任何数据，该末端设备也不再参与拓扑计算；
步骤4.3：边缘设备一定周期内采集不到档案中某末端设备的数据，认定该末端设备不在本台区或该末端设备存在故障，将该末端设备档案信息上报给主站；
步骤5：主站对档案信息调整进行校核，并重复步骤2到步骤4，更新完善档案信息。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：初始档案获取：边缘设备接受主站下发相应台区侧末端设备档案，并根据末端设备档案设置末端设备白名单；
步骤2：采集末端设备数据：边缘设备根据初始档案周期性采集初始档案中包含的末端设备的电器运行数据；
步骤3：边缘拓扑计算，边缘设备根据采集到的电器运行数据实时进行计算，包括相似度的计算；
所述相似度的计算包括原始相似度计算、单日最佳相似度计算和时间段内最佳匹配计算，
所述原始相似度的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1），
其中MBF和MBS均为表箱编号，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为MBF表箱与MBS表箱d日电压曲线相似度，其中d为日期编号，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为d日MBF箱变电压点集，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为d日MBS表箱电压点集，i为末端设备编号；
所述单日最佳相似匹配计算，取MBS表箱与范围内所有分支当日相似度最大值者，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（2），
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为单日相似度，d为日期编号，X为末端设备相似度序列，
所述时间段内最佳匹配计算，将n天表箱MBS最佳匹配分支求和，并取其中最大值者，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（3），
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为时间段内相似度，d为日期编号，X为末端设备相似度序列；
步骤4：档案协同、剔除和异常设备信息处理；
步骤5：主站对档案信息调整进行校核，并重复步骤2到步骤4，更新完善档案信息。
2.根据权利要求1所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述电气运行数据包括最大电压、最大电流、有功功率、无功功率、电度、谐波电流和谐波电压数据。
3.根据权利要求1所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述采集末端设备数据的采样粒度为1至60分钟，对应每天采集数为1440至12个，采集周期为N，得到某末端设备一天内电压数据为U1、U2…U1440，电流数据为I1、I2、I3…I1440。
4.根据权利要求1所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：
步骤3.1：上下级匹配：通过谐波阶跃信息计算上级设备和下级设备的拓扑关系；
步骤3.1.1：上下级拓扑强匹配：当末端设备发生阶跃谐波时，以每分钟为时段取上下级末端设备的三相有功功率数据进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配设备，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的匹配项，所述历史数据的期限为十天；
步骤3.1.2：上下级拓扑弱匹配：以每分钟为时段取上下级末端设备的三相采样电压数据进行相似度匹配计算，以相似度最高者为最匹配相位，与历史数据结合，取出现次数最多的末端设备为当前上级设备的相位，补充上下级拓扑强匹配的相位信息，所述历史数据的期限为十天；
步骤3.2：同层级聚类匹配：根据不同设备电气特征向量之间的相似度进行同级设备的分支匹配。
5.根据权利要求4所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述上下级拓扑强匹配的具体计算过程为：
步骤3.1.1.1：选取一末端设备计算该末端设备与其它末端设备的阶跃关系矩阵，得到所有末端设备之间的阶跃关系矩阵；
步骤3.1.1.2：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.45，则这两台末端设备属于同一分支，若不满足，转至步骤3.1.1.3；
步骤3.1.1.3：若当前末端设备的阶跃关系矩阵与另一末端设备三天阶跃总数量的比值大于0.10，找到阶跃关系矩阵中的最大值M，数值位于0.9M-1.1M之间的两个末端设备为同一分支。
6.根据权利要求1所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程为：
步骤4.1：主站新增末端设备，将末端设备档案信息下发至边缘设备，边缘设备在采集白名单以及采集任务中增加该设备信息；
步骤4.2：主站根据所有台区上送的拓扑结果进行二次计算，若计算得出台区内的某末端设备不属于该台区，则主站重新下发剔除该末端设备的档案至边缘设备，该边缘设备设置末端设备黑名单，将不再采集该末端设备任何数据，该末端设备也不再参与拓扑计算；
步骤4.3：边缘设备一定周期内采集不到档案中某末端设备的数据，认定该末端设备不在本台区或该末端设备存在故障，将该末端设备档案信息上报给主站。
7.根据权利要求1所述的低压台区边缘设备同主站的拓扑协同计算方法，其特征在于：所述主站对档案信息调整进行校核，若档案信息出错，则主站修改档案重新下发至边缘设备；若档案信息未出错，则通过人工确认设备故障。
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