CN117424212A - 基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置 - Google Patents

基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置 Download PDF

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郭宁
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Abstract

本发明公开了一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置。本发明通过获取待识别用户的电压波形作为比较序列，获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列，利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，由于可以在不新增硬件的情况下，根据电压波形相似度快速、准确的识别未知用户所属的台区和馈线，从而能够减少人工成本，提高台区拓扑识别的准确性。

Description

基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置。
背景技术
随着国家对于低压配电管理的逐步重视，智能配电网建设逐步提上日程。在智能配电网中，智能配变终端(TTU，Transformer Terminal Unit)与分支线路监测终端、末端感知终端和智能电表等终端监控设备通过电力线载波或者RS-485通信等方式构成了用电侧数据采集与传输的拓扑网络。由于这一拓扑网络担负着识别故障、管理用户、负载预测、效益分析等任务，因此需要保证拓扑识别准确以及在新加入用户后快速识别用户所在台区、所在馈线。
目前而言，低压配电网台区拓扑识别多数依靠人工登记、人工巡检，不仅需要耗费大量的人力、时间，而且人工记录容易出现用户所属台区记录错误或者用户在本台区下所属馈线记录错误或者用户漏登记等问题。因此，如何快速准确识别低压配电网台区拓扑成为了亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法及装置，以解决现有通过人工方式进行台区拓扑识别存在的耗时耗力及准确性不高的问题。
为了达到上述目的，本发明第一方面提供一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法，包括：
获取待识别用户的电压波形作为比较序列；
获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列；
利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度；
根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线。
优选地，在利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度之前，该台区拓扑识别方法还包括：
对比较序列和参考序列进行归一化处理。
优选地，利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，包括：
计算比较序列与参考序列的动态时间规整距离；
根据动态时间规整距离确定比较序列与参考序列的相似度。
优选地，根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定参考序列中与比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为待识别用户所属的台区和馈线。
优选地，该台区拓扑识别方法还包括：
对待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
根据排序结果确定待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
本发明第二方面提供一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置，包括：
比较序列获取模块，用于获取待识别用户的电压波形作为比较序列；
参考序列获取模块，用于获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列；
相似度计算模块，用于利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度；
拓扑确定模块，用于根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线。
优选地，该台区拓扑识别装置还包括：
归一化处理模块，用于对比较序列和参考序列进行归一化处理。
优选地，相似度计算模块利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，包括：
计算比较序列与参考序列的动态时间规整距离；
根据动态时间规整距离确定比较序列与参考序列的相似度。
优选地，拓扑确定模块根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定参考序列中与比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为待识别用户所属的台区和馈线。
优选地，该台区拓扑识别装置还包括：
电压幅值排序模块，用于对待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
馈线位置确定模块，用于根据排序结果确定待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过获取待识别用户的电压波形作为比较序列，获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列，利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，由于可以在不新增硬件的情况下，根据电压波形相似度快速、准确的识别未知用户所属的台区和馈线，从而能够减少人工成本，提高台区拓扑识别的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置的结构示意图。
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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法。请参阅图1，图1是本发明实施例中所提供的基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法的流程示意图。该台区拓扑识别方法可以包括：
S110、获取待识别用户的电压波形作为比较序列。
本发明实施例中，智能配变终端每隔15min会采集一次台区变压器及用户的电压数据，因此可以通过智能配变终端获取待识别用户的电压随时间变化波形，并取任一时间段内单一电压波形，作为比较序列。
S120、获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列。
本发明实施例中，新用户在加入配电网时会登记通信地址，根据通信地址可以查找该用户所在台区，然而用户所属台区可能会出现记录错误或者用户在本台区下所属馈线记录错误或者该用户未登记台区信息等，因此选择同一台区和相邻台区作为参考对象，可以解决拓扑错误的问题。具体来说，可以通过智能配变终端获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压随时间变化波形，作为参考序列。
S130、利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度。
本发明实施例中，动态时间规整(DTW，Dynamic Time Warping)算法是一种按照距离最近原则，衡量两个长度不同的时间序列的相似度的方法，该方法可以对电压波形中不同时间点对应电压之间的关系进行调整，使得沿着此路径的电压波形的欧氏距离达到最小，该最小距离就是需要找到的最优的弯曲路径，算法可以归结为寻找一条通过此网格中若干格点的路径，路径通过的格点即为两个序列进行计算的对齐的点，该算法避免了因时间同步存在误差而导致拓扑识别出现问题。在寻找到最优弯曲路径后即可通过公式将该路径下的DTW距离转化为相似度，进行两曲线间相似度判断。
S140、根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线。
本发明实施例中，一般可以认为在同一台区、同一馈线上的用户，电压波形随时间变化更相似，基于此原理，通过用户侧单线电压波形，依据动态时间规整算法计算用户电压随时间变化曲线的相似度，波形更相似的便可认为其处在同一台区同一馈线。可以理解的是，本发明不仅可以识别未知用户所属的台区和馈线，还可以纠正错误登记的用户台区和馈线数据。
以上可知，本发明实施例提供的基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法，通过获取待识别用户的电压波形作为比较序列，获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列，利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，由于可以在不新增硬件的情况下，根据电压波形相似度快速、准确的识别未知用户所属的台区和馈线，从而能够减少人工成本，提高台区拓扑识别的准确性。
可选的，上述实施例中，在步骤S130之前，该台区拓扑识别方法还包括：
对比较序列和参考序列进行归一化处理。
本发明实施例中，在利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度之前，先对比较序列和参考序列进行归一化无量纲处理，以消除量纲对后续数据处理的影响。
进一步地，上述实施例中，步骤S130中利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，包括：
计算比较序列与参考序列的动态时间规整距离；
根据动态时间规整距离确定比较序列与参考序列的相似度。
具体实施时，首先设比较序列为X，参考序列为Y，则有：
X＝[x1,x2,…,xn],Y＝[y1,y2,…,ym]
其次构建由同一时间对应点的欧氏距离组成的距离矩阵D∈Rn×m，其中，
并构建最短路径集合P＝{p1,p2,…,ps,2,pk}，其中ps为路径上任一点坐标，因为路径必须由左下角开始到右上角结束，所以有：
p1＝(1,1),pk＝(n,m)
其中，P1为路径上的起点，Pk为路径上的终点，路径连续约束，只能沿横轴、竖轴、斜线轴移动1格，不能跳格。
则DTW距离可表示为：
其中，D(ps)为弯曲路径的累计距离。
然后构造矩阵来使用动态规划方法求解上式，其中，动态规划方法分为三个步骤，分别为定义数组元素、找出元素间关系式、找出初始值，那么矩阵内元素关系可表达如下：
Li,j＝Di,j+min(Li-1,j-1,Li,j-1,Li-1,j)
式中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，Li,j为矩阵L中第i行、第j列元素。
其中，定义初始值，定义上式中L0,0＝0，Li，0＝L0，j＝+∞。
可知，比较序列X和参考序列Y的DTW距离为：
Ddtw(X，Y)＝Ln，m
最后，将DTW距离转化为相似度S，则比较序列X和参考序列Y的相似度S为：
进一步地，上述实施例中，步骤S140中根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定参考序列中与比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为待识别用户所属的台区和馈线。
本发明实施例中，相似度高的用户可以认为同属一个台区、一条馈线，因此当比较序列与参考序列中所有的参考对象的相似度计算完毕后，可以选取参考序列中与比较序列的相似度最大的参考对象作为待识别用户的“邻居”，将该参考对象所属的台区和馈线作为待识别用户所属的台区和馈线。
可选地，上述实施例中，在步骤S140之后，该台区拓扑识别方法还包括：
对待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
根据排序结果确定待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
本发明实施例中，根据电压峰值沿馈线降低原理，即馈线从变压器到用户侧电压幅值递减，可以获取待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压波形，分别计算每个用户的电压幅值，并进行冒泡排序，则待识别用户的电压幅值在排序中的位置即为该用户在所属的馈线上所处的位置。
本发明实施例还提供一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置。请参阅图2，图2为本发明实施例中基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置的结构示意图。该台区拓扑识别装置可以包括：
比较序列获取模块100，用于获取待识别用户的电压波形作为比较序列；
参考序列获取模块200，用于获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列；
相似度计算模块300，用于利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度；
拓扑确定模块400，用于根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线。
可选的，上述实施例中，该台区拓扑识别装置还包括：
归一化处理模块，用于对比较序列和参考序列进行归一化处理。
进一步地，上述实施例中，相似度计算模块300利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，包括：
计算比较序列与参考序列的动态时间规整距离；
根据动态时间规整距离确定比较序列与参考序列的相似度。
进一步地，上述实施例中，拓扑确定模块400根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定参考序列中与比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为待识别用户所属的台区和馈线。
可选地，上述实施例中，该台区拓扑识别装置还包括：
电压幅值排序模块，用于对待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
馈线位置确定模块，用于根据排序结果确定待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
以上可知，本发明实施例提供的基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置，通过获取待识别用户的电压波形作为比较序列，获取待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列，利用动态时间规整算法计算比较序列与参考序列的相似度，根据相似度确定待识别用户所属的台区和馈线，由于可以在不新增硬件的情况下，根据电压波形相似度快速、准确的识别未知用户所属的台区和馈线，从而能够减少人工成本，提高台区拓扑识别的准确性。
需要说明的是，上述实施例提供的装置在执行相关操作时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用时，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将终端的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的装置与上述实施例中的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本发明实施例的方法，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法的步骤。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。
在示例性实施例中，处理器可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，ProgrammableLogic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable LogicDevice)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)、通用处理器、控制器、微控制器(MCU，Micro Controller Unit)、微处理器(Microprocessor)、或者其他电子元件实现，用于执行前述方法。
可以理解，本发明实施例的存储器可以是易失性存储器或者非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(FlashMemory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random AccessMemory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random AccessMemory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在一个实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法的步骤。
可以理解，本发明实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别方法，其特征在于，包括：
获取待识别用户的电压波形作为比较序列；
获取所述待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列；
利用动态时间规整算法计算所述比较序列与所述参考序列的相似度；
根据所述相似度确定所述待识别用户所属的台区和馈线。
2.根据权利要求1所述的台区拓扑识别方法，其特征在于，在所述利用动态时间规整算法计算所述比较序列与所述参考序列的相似度之前，还包括：
对所述比较序列和所述参考序列进行归一化处理。
3.根据权利要求1所述的台区拓扑识别方法，其特征在于，所述利用动态时间规整算法计算所述比较序列与所述参考序列的相似度，包括：
计算所述比较序列与所述参考序列的动态时间规整距离；
根据所述动态时间规整距离确定所述比较序列与所述参考序列的相似度。
4.根据权利要求3所述的台区拓扑识别方法，其特征在于，所述根据所述相似度确定所述待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定所述参考序列中与所述比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为所述待识别用户所属的台区和馈线。
5.根据权利要求1所述的台区拓扑识别方法，其特征在于，还包括：
对所述待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
根据排序结果确定所述待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
6.一种基于电压波形相似度的台区拓扑识别装置，其特征在于，包括：
比较序列获取模块，用于获取待识别用户的电压波形作为比较序列；
参考序列获取模块，用于获取所述待识别用户的通信地址所在台区和相邻台区的其余用户的电压波形作为参考序列；
相似度计算模块，用于利用动态时间规整算法计算所述比较序列与所述参考序列的相似度；
拓扑确定模块，用于根据所述相似度确定所述待识别用户所属的台区和馈线。
7.根据权利要求6所述的台区拓扑识别装置，其特征在于，还包括：
归一化处理模块，用于对所述比较序列和所述参考序列进行归一化处理。
8.根据权利要求6所述的台区拓扑识别装置，其特征在于，所述相似度计算模块利用动态时间规整算法计算所述比较序列与所述参考序列的相似度，包括：
计算所述比较序列与所述参考序列的动态时间规整距离；
根据所述动态时间规整距离确定所述比较序列与所述参考序列的相似度。
9.根据权利要求8所述的台区拓扑识别装置，其特征在于，所述拓扑确定模块根据所述相似度确定所述待识别用户所属的台区和馈线，包括：
确定所述参考序列中与所述比较序列的相似度最大的参考对象所属的台区和馈线，作为所述待识别用户所属的台区和馈线。
10.根据权利要求6所述的台区拓扑识别装置，其特征在于，还包括：
电压幅值排序模块，用于对所述待识别用户所属的馈线上的所有用户的电压幅值进行排序；
馈线位置确定模块，用于根据排序结果确定所述待识别用户在所属的馈线上所处的位置。
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