CN114662295A - 一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，包括步骤：数据预处理：对所涉及的贴源层数据进行数据清洗，对其中的异常信息进行处理，将“脏数据”转化为满足数据质量和应用要求的数据；模型构建：通过构建顶点主数据集、构建弧集和权集、构建打包线路和T接、构建有向图环路判定和去重复弧；模型验证：包括月度电能潮流网络模型完整性校验和月度电能潮流网络模型准确性校验。本发明可以利用其基于数据中台的特性，对省级输配电网络各类型的电能从上网到终端供电用户月度潮流网络进行精准刻画，实现电网公司精益化管理。
Description
技术领域
本发明属于电力领域，涉及一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法。
背景技术
对于国家电网公司输配电网络拓扑和计量信息，该公司存在多种信息系统，每个信息系统更多侧重对应的业务领域业务信息，如电网资源服务平台，反映的是线站配变主数据信息及主网到配变层的静态物理拓扑；能源互联网营销服务系统(营销2.0)反映的是台区和客户主数据信息及台区到客户关系管理；电能量管理系统计量的是主站和厂站的关口电量信息；电力用户用电信息采集系统计量的是配网侧的关口电量信息；一体化电量与线损管理系统更多的是关注四分线损情况(分区、分压、分元件、分台区)，这些系统包含了一些线站配户主数据或者关口计量或者拓扑关系信息，不能刻画出一套完整的、准确的月度电能潮流拓扑电网图。
发明内容
为了刻画出一套完整的、准确的月度电能潮流网络拓扑图，本发明的目的是提供一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，通过基于数据中台，对省级输配电网络各类型的电能从上网到终端供电用户(包括高压用户/低压用户)月度潮流网络进行精准刻画，实现电网公司精益化管理。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)数据预处理：对所涉及的贴源层数据进行数据清洗，对其中的异常信息进行处理，将“脏数据”转化为满足数据质量和应用要求的数据；
(2)模型构建：通过构建顶点主数据集、构建弧集和权集、构建打包线路和T接、构建有向图环路判定和去重复弧；
(3)模型验证：包括月度电能潮流网络模型完整性校验和月度电能潮流网络模型准确性校验。
进一步，步骤(1)中，异常信息包括：不完整、重复、噪声、不一致信息。
步骤(2)中的模型构建，具体如下：
(2-1)构建顶点主数据和交易数据，主数据包括变电站、输电线路、大馈线(中压线路)、配电变压器、用电客户；对于公线(包括输电线路和大馈线)、变电站、公变主数据统一在电网资源服务平台进行管理，用户专线、专变、用电客户主数据在能源互联网营销服务系统(营销2.0)，将组织、单位信息进行统一化和标准化；交易数据包括当月的资产原值、资产净值、线损电量，其中资产信息取自SAP系统，根据账、卡、物联动关系，将线站配变下的资产级卡片价值信息汇聚；线损信息取自一体化电量与线损管理系统；
(2-2)构建弧集和权集，包括输电线路类型的弧集和权值、公线大馈线的弧集权值、专线大馈线的弧集权值、用电客户的弧集权值；输电线路类型的弧集和权值包括输电线路到变电站，变电站到输电线路，输电下列到用户专变3种；
变电站开关计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q正向+Q正向追补-Q反向-Q反向追补
其中Q正向表示开关计量点的正向电量，Q正向追补表示开关计量点的正向追补电量，Q反向表示开关计量点的反向电量，Q反向追补表示开关计量点的反向追补电量；
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
高压用户计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从分布式光伏到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到高压用户专变；
主变计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
公线大馈线的弧集权值，包含公线大馈线类型的弧集包括变电站到公线大馈线，公线大馈线到用户专变，公线大馈线到公变，线站配变关系及关口电量信息来源于一体化电量与线损管理系统中配电线路月线损模型，其中，供电量为此变电站到公线大馈线的弧的关口电量权值；售电量包括高压用户和公变台区两个部分，其中高压用户的售电量为公线大馈线到高压用户专变弧的权值电量；公变台区的售电量为公线大馈线到配电变压器弧的权值电量；
专线大馈线的弧集权值，专线大馈线类型的弧集包括变电站到专线大馈线，专线大馈线到用户专变，其中线站配变关系信息由能源互联网营销服务系统(营销2.0)中配变台区关系、台区线路关系、线路和变电站关系加工所得；关口电量信息来源于电力用户用电信息采集系统中的表计读数信息以及能源互联网营销服务系统(营销2.0)中的计量点、采集点和表计关系；由于专线的线损由用户自行承担，所以从变电站到专线大馈线和专线大馈线到高压用户专变的权值一致，皆为对应售电量；
用电客户的弧集权值，用电客户的弧集权值包括专变到高压用户，公变到低压用户，其中户配关系由能源互联网营销服务系统(营销2.0)中用户计量点关系、计量点台区关系、台区配变关系计算而得；关口电量权值信息由电力用户用电信息采集系统中的表计信息、当月换表信息以及能源互联网营销服务系统(营销2.0)中的计量点、采集点和表计关系计算而得；
(2-3)打包线路、T接情况处理
对于线路打包、T接等表计复合计量情况(即一个表计计量了多条线路模型)，则线路的进线关口/出线关口电量比进线拆分，
由于线路L1和线路L2为打包线路，计量点M1的关口电量既包含到L1的权值电量，又包括到L2的权值电量；模型通过线路出线的M3、M4进行拆分，则
S1->L1弧的权值电量:QL1＝QM1*QM3(QM3+QM4)
S1->L2弧的权值电量:QL2＝QM1*QM4(QM3+QM4)
其中QM1、QM3、QM4分别表示开关计量点M1、M3、M4的月度关口电量；
(2-4)有向图环路判定和去重复弧
月度电能潮流网络拓扑模型是一张严格的有向图，对弧集中的环路进行处理；对于有向图中的环路判定，采用的方法是：从任一顶点开始，采用深度优先遍历(DFS)算法，将遍历过程中的顶点依次记录到路径堆栈中；为了找出该图中存在的环路，程序计算的次数最大为∑N(Si)，其中N(Si)表示每个顶点入度的数量；
当入度的数量增加，线站关系增加到一定程度时，则程序计算次数开始增多，性能开始下降；减少计算次数是提高该环路判定算法性能的关键，对有向图中的环路进行分析，得到每个变电站顶点的度至少为2，其中入度必须大于等于1，出度也必须大于等于1；
找出弧集中的环路后，进一步求得该环路中电量的真实输送情况。将构成环路的弧集的权值电量同时减去该集合中的最小值min，可得到环路中电量的绝对流动情况，此时环路中包含一条或几条0权值电量的弧，0权值电量的弧表明弧头没有向弧尾输送电量，该弧没有意义。删除0权值电量的弧后，原环路则被破坏。
对于重复弧，将弧集中弧头和弧尾相同的弧的权值进行加总汇聚，从而去除重复弧。
步骤(3)中，月度电能潮流网络模型完整性校验指：校验所有在运的线路、变电站、配电变压器、用户是否都纳入到了月度电能潮流网络模型中；月度电能潮流网络模型准确性校验指：校验除用电客户外顶点进/出线电量是否平衡。
本发明本质上是一张严格的有向图，包括顶点集V(D)、弧集A(D)、权集W(D)，其中顶点集V(D)分别为变电站、输电线路、大馈线(中压线路)、配电变压器、用电客户，其主数据包括业务信息如容量、长度、电压等级、维护班组等，财务信息包括资产原值、资产净值等；弧集A(D)包括输电线路/变电站关系、输电线路/高压专变关系、变电站/输电线路关系、变电站/大馈线关系、大馈线/配变关系、配变/用电客户关系；权集W(D)为每条弧边的关口电量。本模型展示的是电能的月度绝对流向，反映了全月各上网电能是如何途径变电站、线路、配变等一系列输配电顶点，直至将电能输送到终端用电客户，该电能潮流网络拓扑图是严格的，是无环、无多重弧的。
本发明利用其基于数据中台的特性，对省级输配电网络各类型的电能从上网到终端供电用户(包括高压用户/低压用户)月度潮流网络进行精准刻画，实现电网公司精益化管理。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的线路打包、T接等表计复合计量情况示意图。
图3为本发明的有向图环路判定和去重复弧示意图。
具体实施方式
一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，具体如下：
(1)数据预处理
对所涉及的贴源层数据进行数据清洗，对其中的不完整、重复、噪声、不一致等异常信息进行处理，将“脏数据”转化为满足数据质量和应用要求的数据，从而提高模型结果的准确性和完整性。为了尽可能地发现每个期间的异常数据，本模型通过以下的稽核规则进行校验，稽核规则如表1所示：
表1 贴源层数据稽核规则
(2)模型构建
(2-1)构建顶点主数据集V(D)
顶点主数据
顶点主数据包括变电站、输电线路、大馈线(中压线路)、配电变压器、用电客户。目前对于公线(包括输电线路和大馈线)、变电站、公变主数据统一在电网资源服务平台进行管理，用户专线、专变、用电客户主数据在能源互联网营销服务系统(营销2.0)，在此步骤中需要将组织、单位等信息进行统一化和标准化。
顶点交易数据
顶点交易数据包括当月的资产原值、资产净值、线损电量等，其中资产信息取自SAP系统，根据账、卡、物联动关系，将线站配变下的资产级卡片价值信息汇聚；线损信息取自一体化电量与线损管理系统。
(2-2)构建弧集A(D)和权集W(D)
包含输电线路的弧及权值
包含输电线路类型的弧集包括输电线路到变电站，变电站到输电线路，输电下列到用户专变等3种，线站配变关系及关口电量信息来源于一体化电量与线损管理系统中输电线路月线损模型。
变电站开关计量点
电量权值W＝Q正向+Q正向追补-Q反向-Q反向追补
(其中Q正向表示开关计量点的正向电量，Q正向追补表示开关计量点的正向追补电量，Q反向表示开关计量点的反向电量，Q反向追补表示开关计量点的反向追补电量)
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
高压用户计量点
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从分布式光伏到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到高压用户专变；
主变计量点
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
包含大馈线(公线)的弧集权值
包含大馈线(公线)类型的弧集包括变电站到大馈线，大馈线到用户专变，大馈线到公变，线站配变关系及关口电量信息来源于一体化电量与线损管理系统中配电线路月线损模型。
配电线路月线损模型供电量
配电线路月线损模型的供电量此为变电站到大馈线的弧的关口电量权值；
配电线路月线损模型售电量
配电线路月线损模型的售电侧包括高压用户和公变台区两个部分，其中高压用户的售电量为大馈线到高压用户专变弧的权值电量；公变台区的售电量为大馈线到配电变压器(公变)弧的权值电量；
包含大馈线(专线)的弧集权值
包含大馈线(专线)类型的弧集包括变电站到大馈线，大馈线到用户专变，其中线站配变关系信息由能源互联网营销服务系统(营销2.0)中配变台区关系、台区线路关系、线路和变电站关系加工所得；关口电量信息来源于电力用户用电信息采集系统中的表计读数信息以及能源互联网营销服务系统(营销2.0)中的计量点、采集点和表计关系；由于专线的线损由用户自行承担，所以从变电站到大馈线(专线)和大馈线(专线)到高压用户专变的权值一致，皆为对应售电量。
包含用电客户的弧集权值
包含用电客户的弧集权值包括专变到高压用户，公变到低压用户，其中户配关系由能源互联网营销服务系统(营销2.0)中用户计量点关系、计量点台区关系、台区配变关系计算而得；关口电量权值信息由电力用户用电信息采集系统中的表计信息、当月换表信息以及能源互联网营销服务系统(营销2.0)中的计量点、采集点和表计关系计算而得；
(2-3)打包线路、T接等情况处理
对于线路打包、T接等表计复合计量情况(即一个表计计量了多条线路模型)，则线路的进线关口/出线关口电量比进线拆分，如图2所示：
由于线路L1和线路L2为打包线路，计量点M1的关口电量既包含到L1的权值电量，又包括到L2的权值电量。模型通过线路出线的M3、M4进行拆分，则
S1->L1弧的权值电量:QL1＝QM1*QM3(QM3+QM4)
S1->L2弧的权值电量:QL2＝QM1*QM4(QM3+QM4)
(其中QM1、QM3、QM4分别表示开关计量点M1、M3、M4的月度关口电量)
(2-4)有向图环路判定和去重复弧
由于月度电能潮流网络拓扑模型是一张严格的有向图，需要对弧集中的环路进行处理。对于有向图中的环路判定，通常采用的方法是：从任一顶点开始，采用深度优先遍历(DFS)算法，将遍历过程中的顶点依次记录到路径堆栈中。为了找出该图中存在的环路，程序要计算的次数最大为∑N(Si)，其中N(Si)表示每个顶点入度的数量。
当入度的数量增加，线站关系增加到一定程度时，则程序计算次数开始增多，性能开始下降。减少计算次数是提高该环路判定算法性能的关键。对有向图中的环路进行分析，我们可以看出每个变电站顶点的度至少为2，其中入度必须大于等于1，出度也必须大于等于1。换句话说，对于度小于2、只有入度或者只有出度的变电站顶点，其必不会在环路中出现。以图3为例，该图中B2、C1、C2、C3、C4顶点只有入度，没有出度，这些顶点必定不在环路中，可以从查找的图中删除。在删除这些顶点后，B1变电站顶点也只有入度没有出度，将该变电站顶点删除后，剩下的变电站顶点都在环路中。
找出弧集中的环路后，对构成环路的若干弧，将所有弧的权值电量同时减去其中的最小值min值，得到0权值电量的弧(即弧头没有向弧尾输送电量)，这种弧对能潮流网络拓扑模型是没有意义的，删除该弧后，原环路则被破坏。
对于重复弧，将弧集中弧头和弧尾相同的弧的权值进行加总汇聚，从而去除重复弧。
(3)模型验证
构建完月度电能潮流网络模型后，需对模型的完整性和准确性进行校验，校验内容包括：
(3-1)月度电能潮流网络模型完整性校验
校验所有在运的线路、变电站、配电变压器、用户是否都纳入到了月度电能潮流网络模型中，即所有的顶点集V(D)在弧集A(D)中都能找到对应的弧，其中包括用电客户顶点需存在上级配电变压器，配电变压器顶点需存在上级大馈线(主网高压专变需要存在上级输电线路)，配电线路顶点需存在上级变电站，输电线路需存在下级变电站等；
(3-2)月度电能潮流网络模型准确性校验
校验除用电客户外顶点进/出线电量是否平衡(存在一定范围区间的损耗)，包括变电站平衡情况、输电线路损耗、大馈线损耗、配电变压器损耗(台区损耗)情况。
Claims (4)
1.一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)数据预处理：对所涉及的贴源层数据进行数据清洗，对其中的异常信息进行处理，将“脏数据”转化为满足数据质量和应用要求的数据；
(2)模型构建：通过构建顶点主数据集、构建弧集和权集、构建打包线路和T接、构建有向图环路判定和去重复弧；
(3)模型验证：包括月度电能潮流网络模型完整性校验和月度电能潮流网络模型准确性校验。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中，异常信息包括：不完整、重复、噪声、不一致信息。
3.根据权利要求1所述的一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，其特征在于，步骤(2)中的模型构建，具体如下：
(2-1)构建顶点主数据和交易数据，主数据包括变电站、输电线路、大馈线、配电变压器、用电客户；对于公线、变电站、公变主数据统一在电网资源服务平台进行管理，用户专线、专变、用电客户主数据在能源互联网营销服务系统，将组织、单位信息进行统一化和标准化；交易数据包括当月的资产原值、资产净值、线损电量，其中资产信息取自SAP系统，根据账、卡、物联动关系，将线站配变下的资产级卡片价值信息汇聚；线损信息取自一体化电量与线损管理系统；
(2-2)构建弧集和权集，包括输电线路类型的弧集和权值、公线大馈线的弧集权值、专线大馈线的弧集权值、用电客户的弧集权值；输电线路类型的弧集和权值包括输电线路到变电站，变电站到输电线路，输电线路到用户专变3种；
变电站开关计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q正向+Q正向追补-Q反向-Q反向追补
其中Q正向表示开关计量点的正向电量，Q正向追补表示开关计量点的正向追补电量，Q反向表示开关计量点的反向电量，Q反向追补表示开关计量点的反向追补电量；
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
高压用户计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从分布式光伏到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到高压用户专变；
主变计量点计算公式如下：
电量权值W＝Q反向+Q反向追补-Q正向-Q正向追补
如果电量权值W为正，表示弧的方向是从变电站到输电线路，如果电量权值W为负，弧的方向是从输电线路到变电站；
公线大馈线的弧集权值，包含公线大馈线类型的弧集包括变电站到公线大馈线，公线大馈线到用户专变，公线大馈线到公变，线站配变关系及关口电量信息来源于一体化电量与线损管理系统中配电线路月线损模型，其中，供电量为此变电站到公线大馈线的弧的关口电量权值；售电量包括高压用户和公变台区两个部分，其中高压用户的售电量为公线大馈线到高压用户专变弧的权值电量；公变台区的售电量为公线大馈线到配电变压器弧的权值电量；
专线大馈线的弧集权值，专线大馈线类型的弧集包括变电站到专线大馈线，专线大馈线到用户专变，其中线站配变关系信息由能源互联网营销服务系统中配变台区关系、台区线路关系、线路和变电站关系加工所得；关口电量信息来源于电力用户用电信息采集系统中的表计读数信息以及能源互联网营销服务系统中的计量点、采集点和表计关系；由于专线的线损由用户自行承担，所以从变电站到专线大馈线和专线大馈线到高压用户专变的权值一致，皆为对应售电量；
用电客户的弧集权值，用电客户的弧集权值包括专变到高压用户，公变到低压用户，其中户配关系由能源互联网营销服务系统中用户计量点关系、计量点台区关系、台区配变关系计算而得；关口电量权值信息由电力用户用电信息采集系统中的表计信息、当月换表信息以及能源互联网营销服务系统中的计量点、采集点和表计关系计算而得；
(2-3)打包线路、T接情况处理
对于线路打包、T接复合计量情况，则线路的进线关口/出线关口电量比进线拆分，
由于线路L1和线路L2为打包线路，计量点M1的关口电量既包含到L1的权值电量，又包括到L2的权值电量；模型通过线路出线的M3、M4进行拆分，则
S1->L1弧的权值电量:QL1＝QM1*QM3(QM3+QM4)
S1->L2弧的权值电量:QL2＝QM1*QM4(QM3+QM4)
其中QM1、QM3、QM4分别表示开关计量点M1、M3、M4的月度关口电量；
(2-4)有向图环路判定和去重复弧
月度电能潮流网络拓扑模型是一张严格的有向图，对弧集中的环路进行处理；对于有向图中的环路判定，采用的方法是：从任一顶点开始，采用深度优先遍历算法，将遍历过程中的顶点依次记录到路径堆栈中；为了找出该图中存在的环路，程序计算的次数最大为∑N(Si)，其中N(Si)表示每个顶点入度的数量；
当入度的数量增加，线站关系增加到一定程度时，则程序计算次数开始增多，性能开始下降；减少计算次数是提高该环路判定算法性能的关键，对有向图中的环路进行分析，得到每个变电站顶点的度至少为2，其中入度必须大于等于1，出度也必须大于等于1；
找出弧集中的环路后，得到该环路中电量的真实输送情况；将构成环路的弧集的权值电量同时减去该集合中的最小值min，得到环路中电量的绝对流动情况，此时环路中包含一条或几条0权值电量的弧，0权值电量的弧表明弧头没有向弧尾输送电量，该弧没有意义。删除0权值电量的弧后，原环路则被破坏；
对于重复弧，将弧集中弧头和弧尾相同的弧的权值进行加总汇聚，从而去除重复弧。
4.根据权利要求1所述的基于一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法，其特征在于，步骤(3)中，月度电能潮流网络模型完整性校验指：校验所有在运的线路、变电站、配电变压器、用户是否都纳入到了月度电能潮流网络模型中；月度电能潮流网络模型准确性校验指：校验除用电客户外顶点进/出线电量是否平衡。
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| CN202210232167.5A CN114662295A (zh) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | 一种数字孪生月度电能潮流网络模型构建方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115828398A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-03-21 | 深圳市大乐装建筑科技有限公司 | 碎线数据处理方法、装置、设备及存储介质 |
| CN117526332A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-02-06 | 华雁智能科技(集团)股份有限公司 | 电网潮流图生成方法、装置、电子设备以及存储介质 |
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