CN114709826B - 基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统，该算法包括：分别采集低压台区各表箱和分支箱的用电负荷事件数据，并将同一时刻发生的用电负荷事件归集为一个事件对；根据事件对信息，建立从变压器节点到表箱节点的逻辑通道；将所有逻辑通道记录到同一张逻辑图中，并将一个逻辑通道在所有事件对中的出现次数记作权重，形成DAG图；基于权重最大原则，计算图中从变压器节点到表箱节点的最优路径，形成对应低压台区供电网络层次关系图。本发明能够根据自然用电数据进行自动识别，大大降低了管理人员的工作量，具有成本低、自适应强等特点，同时这种基于大数据的趋势分析，有效避免了小样本数据的偶然误差。

Description

基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统，属于电力研究技术领域。

背景技术

低压台区供电系统一般由变压器、分支箱、供电表箱组成，然后供电入户，当前在建设供电系统时，会由人工记录对应供电组网关系，作为后续系统维护的重要依据。

在实际运行中，一方面人工记录维护供电系统组网时可能存在记录不准，出现记录档案数据与实际供电组网不一致的问题，另一方面在长时间运行过程中，因线路调整导致的供电组网变化也会导致数据不一致。一旦出现数据不一致，则难以在现场进行排查验证真实供电组网情况。

部分系统采用人工注入功率信号方式，通过在变压器等位置注入功率，然后分别在分支箱、表箱处检测对应功率信号，以达到拓扑辨识的目的。该方式需要外部注入功率，对于用电负荷较大场景，需要注入的信号强度则较大，且外部注入的信号导致原有供电线路信号发生变化，一方面会污染电网，可能损坏用电设备，同时存在操作安全隐患。

部分新型电表支持电力线载波通信，一定程度上借助电力线载波通信情况，在变压器、分支箱、表箱分别安装电力线载波通信模块，根据通信结果确定对应供电线路之间拓扑。电力线载波通信对通信线路有一定要求，如果线路过长（载波信号衰较大）或组网复杂（载波信号受干扰较大），则会出现通信误报，印象辨识准确度。

发明内容

发明目的：针对现有技术所存在的问题，本发明提供一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统，基于低压台区用电事件对序列，以图分析为依据，实现低压台区变压器、分支箱、表箱之间的拓扑关系辨识，自动识别低压台区供电组网层次拓扑结构。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法，包括以下步骤：

步骤1：分别采集低压台区各表箱和分支箱的用电负荷事件数据，具体负荷特征事件采集由配套终端设备提供，对应数据上送到主站数据库；

步骤2：将同一时刻分别在分支箱、表箱出现的用电负荷事件归集为一个事件对，表示同一个用电负荷事件分别在分支箱、表箱处被采集到，在小样本事件中存在同一时刻分别在分支箱和表箱处检测到多个负荷事件的发生，此时无法区分分支箱事件对应哪一个表箱事件，则记录可能从分支箱到多个表箱的多个事件对；

步骤3：根据数据库中记录的事件对列表数据，分析对应分支箱与表箱之间的关联关系，即：根据每一个事件对分别在分支箱、表箱出现位置，建立从变压器节点经分支箱节点到表箱节点的逻辑通道，同一个逻辑通道每出现一次，则递增该对应通路的出现次数，记作权重；

步骤4：将统计范围内所有事件对中出现的逻辑通道记录到同一张逻辑图中，并记录对应节点之间的通道权重，形成箱变节点之间的DAG（有向无环）图，在记录事件对时可能存在一个表箱与多个分支箱之间的事件对，那么在该DAG中对应表箱节点为闭合节点，即：多个分支箱节点与一个表箱节点之间存在逻辑通路；

步骤5：根据形成的DAG图，基于最优路径（权值最大）策略，删除其他通路，即可得到呈树形网络结构的低压台区供电网络层次关系图，不再包含闭合节点。

进一步的，所述用电负荷事件数据由配套终端对采集到的用电负荷暂态电压及电流数据进行分析后获取。

进一步的，每个事件对记为：

EventPair(i) = {E(f), E(t)}，

其中，EventPair(i)表示i时刻发生的事件对，E(f)表示i时刻发生在分支箱f处的用电负荷事件，E(t)表示i时刻发生在表箱t处的用电负荷事件。

进一步的，所述步骤4具体包括：逐一获取事件对，并判断事件对发生的分支箱和表箱节点在逻辑图中是否存在，如果不存在，则创建逻辑图中的节点，并建立对应逻辑通道、记录通道权重，如果存在，则直接建立对应逻辑通道、记录通道权重，遍历所有事件对信息，最终得到加权逻辑图。当一条逻辑通道第一次建立的时候，通道权重记为1，后面每一次重复出现的时候，通道权重则加1。

此外，本发明还提供了一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识系统，包括数据采集模块和数据处理模块，其中数据采集模块包括分支箱终端、表箱终端，数据处理模块基于上述辨识算法，根据数据采集模块所采集的用电负荷事件数据进行低压台区供电网络层次关系的自动识别。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法及系统，具有以下优点：

针对人工记录工作量大，记录中难免会出错，后续一旦发生线路变更，则无法保证数据一致性等问题，本发明根据自然用电数据进行自动识别，大大降低了管理人员的工作量，具有成本低、自适应强等特点，同时这种基于大数据的趋势分析，有效避免了小样本数据的偶然误差，提高了辨识准确度。

针对人工注入功率信号以及电力线载波通信存在的技术问题，本发明不需要外部注入信号，仅仅基于用电负荷自然数据进行拓扑辨识，不涉及对电网、用电负荷运行影响，安全性和可靠性大大增强，同时对供电线路、设备依赖度低，易于现实推广。

附图说明

图1为本发明实施例中低压台区拓扑辨识算法的整体流程图；

图2为本发明实施例中加权逻辑图的建立流程图；

图3为本发明实施例中低压台区组网层级关系的真实逻辑图；

图4为本发明实施例中根据用电负荷事件建立的逻辑通道图；

图5为本发明实施例中基于大数据建立的低压台区设备组网DAG图；

图6为本发明实施例中通过最优路径处理后还原的低压台区层级关系逻辑图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施方式进行描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图3所示，低压台区供电系统一般由变压器、分支箱（编号为1,2,...,p）以及供电表箱（编号为1,2,...,r）组成，电源从变压器节点经一个或多个分支箱节点供应到表箱节点，由此实现供电入户。

为实现上述低压台区组网层级关系的自动识别，本发明提供一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法，如图1所示，其辨识过程主要包括以下步骤：

步骤1：通过安装于表箱处的智能终端采集表箱的用电负荷暂态电压、电流数据，并对采集到的数据进行分析，由此获取表箱的用电负荷事件信息，进而将信息上报主站数据库。

步骤2：通过部署于分支箱处的集中器采集分支箱的用电负荷暂态电压、电流数据，并对采集到的数据进行分析，由此获取分支箱的用电负荷事件信息，进而将信息上报主站数据库。

步骤3：主站对上报的用电负荷事件信息进行分析，将同一时刻分别在分支箱、表箱出现的用电负荷事件归集为一个事件对：

EventPair(i) = {E(f), E(t)}，

其中，EventPair(i)表示i时刻发生的事件对，E(f)表示i时刻发生在源端f（如：分支箱等）处的用电负荷事件，E(t)表示i时刻发生在末端t（如：表箱等）处的用电负荷事件。在小样本事件中存在同一时刻分别在分支箱和表箱处检测到多个负荷事件的发生，此时无法区分分支箱事件对应哪一个表箱事件，则记录可能从分支箱到多个表箱的多个事件对。

步骤4：根据记录的每条负荷事件对信息，建立对应箱变之间的一条通路，如图4所示。对于分支箱节点串联的情况，可根据分支箱终端的部署位置来判断分支箱之间的关联关系（分支箱串联的时候，对应分支箱检测设备的部署位置是在串接点后面），进而根据事件对信息建立相应的逻辑通路。

步骤5：根据统计时间范围内的事件对信息，建立变压器与表箱之间的拓扑结构，即：将所有事件对中出现的逻辑通道记录到同一张逻辑图中，并记录对应箱变节点之间通道的权重，最终得到加权逻辑图。

如图2所示，加权逻辑图的建立过程包括：获取到事件对后，判断事件对对应的源节点和目的节点在逻辑图中是否存在，如果不存在（即第一次解析出某个节点），则创建逻辑图中的节点，并建立对应连接通道、记录权值，如果存在，则直接建立对应连接通道、记录权值，遍历数据库中的事件对信息，得到如图5所示的加权逻辑图。

逻辑图中箱变之间的连通路线表示根据事件对序列建立的逻辑通道，线路中的数字表示对应通道的权重，即：统计过程中记录对应箱变节点同时发生事件的次数。

该逻辑图为DAG图，图中通路方向为变压器、分支箱、表箱，不存在环路。该图与实际台区组网层次逻辑关系图的区别在于，该逻辑图存在一个表箱挂接到多个分支箱现象，这与实际供电组网层级不相符。这一现象的产生原因在于，进行大数据统计事件对时，对于多个表箱同时出现事件的场景，无法确定分支箱事件与哪个表箱事件对应，由此形成“1对多”或者“多对多”的事件记录，难以拆分为同一时刻发生的多个事件对，因此形成变压器、分支箱、表箱之间的网状图，需要通过图优化解决。

步骤6：根据建立的DAG图，基于权重最大原则，计算该图中从变压器到表箱的最优路径，删除其他非最优路径（虚线表示），形成如图6所示的树状图，即为对应低压台区组网层次逻辑图。

此外，本发明还提供了一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识系统，包括数据采集模块和数据处理模块（如：主站处理器），其中数据采集模块包括分支箱终端（如：集中器）、表箱终端（如：智能终端），数据处理模块基于上述辨识算法，根据数据采集模块所采集的用电负荷事件数据进行低压台区供电网络关系的自动识别。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识算法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：分别采集低压台区各表箱和分支箱的用电负荷事件数据；

步骤2：将同一时刻分别在分支箱、表箱出现的用电负荷事件归集为一个事件对；

步骤3：根据事件对发生的分支箱、表箱位置，建立若干从变压器节点经分支箱节点到表箱节点的逻辑通道；

步骤4：将所有事件对中出现的逻辑通道记录到同一张逻辑图中，并将一个逻辑通道在所有事件对中的出现次数记作该逻辑通道的权重，形成从变压器节点到表箱节点的DAG图；

步骤5：基于权重最大原则，计算DAG图中从变压器节点到表箱节点的最优路径，删除其他路径，形成树状图，即为对应低压台区供电网络层次关系图。

2.根据权利要求1所述的低压台区拓扑辨识算法，其特征在于，所述用电负荷事件数据由设备终端对采集到的用电负荷暂态电压及电流数据进行分析后获取。

3.根据权利要求1所述的低压台区拓扑辨识算法，其特征在于，所述事件对记为：

EventPair(i) = {E(f), E(t)}，

其中，EventPair(i)表示i时刻发生的事件对，E(f)表示i时刻发生在分支箱f处的用电负荷事件，E(t)表示i时刻发生在表箱t处的用电负荷事件。

4.根据权利要求1所述的低压台区拓扑辨识算法，其特征在于，所述步骤4具体包括：逐一获取事件对，并判断事件对发生的分支箱和表箱节点在逻辑图中是否存在，如果不存在，则创建逻辑图中的节点，并建立对应逻辑通道、记录通道权重，如果存在，则直接建立对应逻辑通道、记录通道权重，遍历所有事件对信息，最终得到加权逻辑图。

5.一种基于负荷事件序列图分析的低压台区拓扑辨识系统，其特征在于，包括数据采集模块和数据处理模块，其中数据采集模块包括分支箱终端、表箱终端，数据处理模块基于权利要求1~4任一所述辨识算法，根据数据采集模块所采集的用电负荷事件数据进行低压台区供电网络层次关系的自动识别。

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