低压配电网拓扑分支细化识别方法

摘要

本发明涉及一种低压配电网拓扑分支细化识别方法，属于智能电网技术领域，包括以下步骤：（1）从用电信息采集数据中，获取所有待分析电压数据序列，分析得到电表箱每日的三相电压数据序列，（2）计算余弦相似度，（3）通过强关联电表箱判定方法，得到最关联电表箱，（4）通过关联孤岛判定方法，得到从属分支编号初步分析结果，（5）通过多日综合优化方法，得到从属分支编号最终分析结果。该方法无需增加分支监测设备，仅通过用采数据进行数据关联分析即可细化低压配电网拓扑，有助于提升配电网的档案管理能力和运维能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压配电网拓扑分支细化识别方法，属于智能电网技术领域。具体涉及一种基于用电信息采集系统获取的电压数据序列，通过数据序列相似度分析和关联匹配的方法进行低压配电网拓扑分支细化的拓扑识别方法。

背景技术

配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。近年来，我国配电网建设投入不断加大，配电网发展取得显著成效，但用电水平相对国际先进水平仍有差距，城乡区域发展不平衡，供电质量有待改善。建设城乡统筹、安全可靠、经济高效、技术先进、环境友好的配电网络设施和服务体系一举多得，既能够保障民生、拉动投资，又能够带动制造业水平提升，为适应能源互联、推动“互联网+”发展提供有力支撑，对于稳增长、促改革、调结构、惠民生具有重要意义。配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起分配电能作用的网络，它是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。随着配电网的不断发展，电网供电设备种类越来越多，有关电网的数据、信息资料越来越复杂。配网的统计需要由各县汇到地级市的规划人员进行统计、分析，由于配电网数据量大、模型多，导致运维人员进行统计分析时的工作量大，周期长，也很难发现其中数据的问题，可能会产生以问题数据为原始量参与计算，导致配电网规划结果不够准确或者出现问题，对运行维护等带来困难。

低压配电台区是配电网的最小单元和数据源头，长期存在变线户连接档案混乱、停电事件主动感知水平低、线损异常定位自动化程度低、设备状态实时监测水平低等突出问题，进而引发了线损管理困难、抢修时间长、设备故障率高等一系列后果。其中拓扑识别的准确性是其他功能的基础，但是现有技术在缺少分支监测的前提下，无法实现低压配电网拓扑按照分支的细化识别，限制了故障的准确定位、线损的精益分析和阻抗的分段计算。同时当前智能电表仅局限于远程自动化抄表，支撑台区运维的非计量型应用仍然乏力，应充分挖掘用电信息采集数据价值，支撑拓扑识别能力提升。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低压配电网拓扑分支细化识别方法，其具体技术方案如下：

步骤1：从用电信息采集数据中，获取所有待分析电能表的电压数据序列，其中的各个电能表设为待分析电能表，所有待分析电能表为待分析电能表集，待分析电能表的从属电表箱为待分析电表箱，所有待分析电表箱为待分析电表箱集，分析得到每个待分析电表箱每日的三相电压数据序列，设为日三相电压数据序列；

步骤2：计算所有待分析电表箱的日三相电压数据序列之间的余弦相似度；

步骤3：根据强关联电表箱判定方法，得到每个待分析电表箱最关联电表箱；

步骤4：根据关联孤岛判定方法，得到每个待分析电表箱从属分支编号的初步分析结果；

步骤5：根据多日综合优化方法，得到每个待分析电表箱的从属分支编号的最终分析结果。

进一步的，步骤一中得到每个待分析电表箱每日的三相电压数据序列的具体步骤为：

步骤1.1：获取待分析电表箱集的档案编号，得到目标要计算的低压配电网内所有电能表的电压数据序列；

步骤1.2：根据待分析电能表和待分析电表箱的从属关系和相位关系，以某一个待分析电表箱为对象，分A、B、C三个相位计算每个相位下该待分析电表箱所有电压数据序列的平均值，为该待分析电表箱的日三相电压数据序列；

步骤1.3：遍历待分析电表箱集，得到待分析电表箱集中所有的日三相电压数据序列。

进一步的，余弦相似度的计算公式为：

式中，

进一步的，步骤3中强关联电表箱判定方法的具体步骤为：

步骤3.1：根据一个待分析电表箱内三个相位电压数据序列和其他待分析电表箱的日三相余弦相似度中，得到余弦相似度最高值的电压数据序列；

步骤3.2：获取余弦相似度最高值的待分析电表箱对应相位电压数据序列所属的电表箱档案编号，设为对应相位最相似电表箱；

步骤3.3：该待分析电表箱三个相位电压数据序列得到三个对应相位最相似电表箱，获取三个对应相位最相似电表箱的档案编号，设档案编号出现次数2-3次的最相似电表箱为最关联电表箱。

进一步的，步骤4中关联孤岛判定方法的具体步骤为：

步骤4.1：将待分析电表按照档案编号i由1开始到N

步骤4.2：设定从属分支编号k从1开始从小到大（k=1,2，……，N

步骤4.3：当从属分支编号k=j时，取当前无从属分支编号的档案编号最小的待分析电表箱，设其从属分支编号为j（j在1~ N

步骤4.4：从属分支编号k=j时，当分支编号为j的待分析电表箱的最关联电表箱为电表箱n，则设待分析电表箱n从属分支编号为j；

步骤4.5：遍历所有待分析电表箱，得到待分析电表箱档案编号为m的最关联电表箱为档案编号为n的待分析电表箱，待分析电表箱p的最关联电表箱为待分析电表箱j，则待分析电表箱m和待分析电表箱p的从属分支编号均为j（m，n，p均在1~ N

步骤4.6：遍历所有待分析电表箱，符合4.3-4,5的待分析电表箱从属分支编号为j，直至该从属分支的待分析电表箱数量不再增加；

步骤4.7：进入下一从属分支编号j+1的分析，重复步骤4.2-4.6直至该从属分支的电表箱数量不再增加再进行下一编号遍历，直到所有待分析电表箱都有其从属分支编号。

进一步的，步骤5中多日综合优化方法具体步骤为：

步骤5.1：计算前十天中，待分析电表箱集中各个从属分支编号的概率值，计算方法为：用每个待分析电表箱的各个从属分支编号的天数除以10。

步骤5.2：设概率值最高的从属分支编号为从属分支编号最终分析结果，设概率值为置信度。

本发明的有益效果是：无需增加分支监测设备，仅通过用采数据进行数据关联分析即可细化低压配电网拓扑，有助于提升配电网的档案管理能力和运维能力。

附图说明

图1是本发明的方法流程图，

图2是具体实例分析对象关联图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的具体步骤如下：

步骤一：从用电信息采集数据中，获取所有待分析电能表的电压数据序列，其中的各个电能表设为待分析电能表，所有待分析电能表为待分析电能表集，待分析电能表的从属电表箱为待分析电表箱，所有待分析电表箱为待分析电表箱集，分析得到每个电表箱每日的三相电压数据序列，设为日三相电压数据序列。

步骤一具体步骤为：

步骤1.1：获取待分析电表箱集的档案编号，得到目标要计算的低压配电网内所有电能表的电压数据序列。

步骤1.2：根据待分析电能表和待分析电表箱的从属关系和相位关系，以某一个待分析电表箱为对象，分A、B、C三个相位计算每个相位下该待分析电表箱的所有电压数据序列的平均值，为该待分析电表箱的日三相电压数据序列。

步骤1.3：遍历待分析电表箱集，得到待分析电表箱集中所有的日三相电压数据序列。

步骤2：计算所有电表箱的日三相电压数据序列之间的余弦相似度。

余弦相似度计算公式为：

式中，

步骤3：根据强关联电表箱判定方法，得到每个电表箱最关联电表箱。

强关联电表箱判定方法的具体步骤为：

步骤3.1：根据一个待分析电表箱内三个相位电压数据序列和其他待分析电表箱的日三相余弦相似度中，得到余弦相似度最高值的电压数据序列。

步骤3.2：获取余弦相似度最高值的待分析电表箱对应相位电压数据序列所属的电表箱档案编号，设为对应相位最相似电表箱。

步骤3.3：该待分析电表箱三个相位电压数据序列得到三个对应相位最相似电表箱，获取三个对应相位最相似电表箱的档案编号，设档案编号出现次数2-3次的最相似电表箱为最关联电表箱。

步骤4：根据关联孤岛判定方法，得到每个待分析电表箱从属分支编号初步分析结果。

关联孤岛判定方法的具体步骤为：

步骤4.1：将待分析电表按照档案编号i由1开始到N

步骤4.2：设定从属分支编号k从1开始从小到大（k=1,2，……，N

步骤4.3：当从属分支编号k=j时，取当前无从属分支编号的档案编号最小的待分析电表箱，设其从属分支编号为j（j在1~ N

步骤4.4：从属分支编号k=j时，当分支编号为j的待分析电表箱的最关联电表箱为电表箱n，则设待分析电表箱n从属分支编号为j；

步骤4.5：遍历所有待分析电表箱，得到待分析电表箱档案编号为m的最关联电表箱为档案编号为n的待分析电表箱，待分析电表箱p的最关联电表箱为待分析电表箱j，则待分析电表箱m和待分析电表箱p的从属分支编号均为j（m，n，p均在1~ N

步骤4.6：遍历所有待分析电表箱，符合4.3-4,5的待分析电表箱从属分支编号为j，直至该从属分支的待分析电表箱数量不再增加；

步骤4.7：进入下一从属分支编号j+1的分析，重复步骤4.2-4.6直至该从属分支的电表箱数量不再增加再进行下一编号遍历，直到所有待分析电表箱都有其从属分支编号。

步骤5：根据多日综合优化方法，得到每个待分析电表箱的从属分支编号最终分析结果。

步骤5.1：计算前十天中，每个待分析电表箱各个从属分支编号的概率值，计算方法为：用每个待分析电表箱的各个从属分支编号的天数除以10。

步骤5.2：设概率值最高的从属分支编号为从属分支编号最终分析结果，设概率值为置信度。

下面以某低压台区为例进行具体分析，如图2所示为具体实例分析对象的箱变从属关系图。

待分析电能表集为{电能表1、电能表2、电能表3、电能表4、电能表5、电能表6、电能表7、电能表8、电能表9、电能表10、电能表11、电能表12、电能表13、电能表14、电能表15、电能表16、电能表17、电能表18、电能表19、电能表20、电能表21、电能表22、电能表23、电能表24、电能表25、电能表26、电能表27、电能表28、电能表29、电能表30、电能表31、电能表32、电能表33、电能表34、电能表35、电能表36}。待分析电表箱集为{电表箱1、电表箱2、电表箱3、电表箱4、电表箱5、电表箱6}。其中：

{电能表1、电能表2、电能表3、电能表4、电能表5、电能表6}从属于电表箱1，且{电能表1、电能表4}接入A相，{电能表2、电能表5}接入B相，{电能表3、电能表6}接入C相；

{电能表7、电能表8、电能表9、电能表10、电能表11、电能表12}从属于电表箱2，且{电能表7、电能表10}接入A相，{电能表8、电能表11}接入B相，{电能表9、电能表12}接入C相；

{电能表13、电能表14、电能表15、电能表16、电能表17、电能表18}从属于电表箱3，且{电能表13、电能表16}接入A相，{电能表14、电能表17}接入B相，{电能表15、电能表18}接入C相；

{电能表19、电能表20、电能表21、电能表22、电能表23、电能表24}从属于电表箱4，且{电能表19、电能表22}接入A相，{电能表20、电能表23}接入B相，{电能表21、电能表24}接入C相；

{电能表25、电能表26、电能表27、电能表28、电能表29、电能表30}从属于电表箱5，且{电能表25、电能表28}接入A相，{电能表26、电能表29}接入B相，{电能表27、电能表30}接入C相；

{电能表31、电能表32、电能表33、电能表34、电能表35、电能表36}从属于电表箱6，且{电能表31、电能表34}接入A相，{电能表32、电能表35}接入B相，{电能表33、电能表36}接入C相。

步骤1：根据待分析电能表和待分析电表箱的从属关系和相位关系，以某一个待分析电表箱为对象，分A、B、C三个相位计算每个相位下该待分析电表箱的所有电压数据序列的平均值，为该待分析电表箱的日三相电压数据序列。遍历待分析电表箱集，得到待分析电表箱集中所有的日三相电压数据序列。

步骤2：以一日为例计算所有电表箱的日三相电压数据序列之间的余弦相似度，得到以下结果：

步骤3：根据强关联电表箱判定方法，得到每个电表箱最关联电表箱。

根据一个待分析电表箱内三个相位电压数据序列和其他待分析电表箱的日三相余弦相似度中，得到余弦相似度最高值的电压数据序列，获取余弦相似度最高值的待分析电表箱对应相位电压数据序列所属的电表箱档案编号，设为对应相位最相似电表箱。由此得到：

电表箱1的A相最相似电压序列为表箱4的A相，最相似电表箱为表箱4；电表箱1的B相最相似电压序列为表箱2的B相，最相似电表箱为表箱2；电表箱1的C相最相似电压序列为表箱2的C相，最相似电表箱为表箱2；

电表箱2的A相最相似电压序列为表箱3的A相，最相似电表箱为表箱3；电表箱2的B相最相似电压序列为表箱4的B相，最相似电表箱为表箱4；电表箱2的C相最相似电压序列为表箱3的C相，最相似电表箱为表箱3；

电表箱3的A相最相似电压序列为表箱2的A相，最相似电表箱为表箱2；电表箱3的B相最相似电压序列为表箱4的B相，最相似电表箱为表箱4；电表箱3的C相最相似电压序列为表箱2的C相，最相似电表箱为表箱2；

电表箱4的A相最相似电压序列为表箱1的A相，最相似电表箱为表箱1；电表箱4的B相最相似电压序列为表箱3的B相，最相似电表箱为表箱3；电表箱4的C相最相似电压序列为表箱1的C相，最相似电表箱为表箱1；

电表箱5的A相最相似电压序列为表箱6的A相，最相似电表箱为表箱6；电表箱5的B相最相似电压序列为表箱6的B相，最相似电表箱为表箱6；电表箱5的C相最相似电压序列为表箱6的C相，最相似电表箱为表箱6；

电表箱6的A相最相似电压序列为表箱5的A相，最相似电表箱为表箱5；电表箱6的B相最相似电压序列为表箱5的B相，最相似电表箱为表箱5；电表箱6的C相最相似电压序列为表箱5的C相，最相似电表箱为表箱5。

该待分析电表箱三个相位电压数据序列得到三个对应相位最相似电表箱，获取三个对应相位最相似电表箱的档案编号，设档案编号出现次数2-3次的最相似电表箱为最关联电表箱，由此得到

电表箱1的最关联电表箱为电表箱2，出线2次；

电表箱2的最关联电表箱为电表箱3，出线2次；

电表箱3的最关联电表箱为电表箱2，出线2次；

电表箱4的最关联电表箱为电表箱1，出线2次；

电表箱5的最关联电表箱为电表箱6，出线3次；

电表箱6的最关联电表箱为电表箱5，出线3次；

步骤4：根据关联孤岛判定方法，得到每个待分析电表箱从属分支编号初步分析结果。

关联孤岛判定方法的具体步骤为：

步骤4.1：将待分析电表按照档案编号i由1开始到N

步骤4.2：设定从属分支编号k从1开始从小到大（k=1,2，……，N

步骤4.3：当从属分支编号k=j时，取当前无从属分支编号的档案编号最小的待分析电表箱，设其从属分支编号为j（j在1~ N

步骤4.4：从属分支编号k=j时，当分支编号为j的待分析电表箱的最关联电表箱为电表箱n，则设待分析电表箱n从属分支编号为j；

步骤4.5：遍历所有待分析电表箱，得到待分析电表箱档案编号为m的最关联电表箱为档案编号为n的待分析电表箱，待分析电表箱p的最关联电表箱为待分析电表箱j，则待分析电表箱m和待分析电表箱p的从属分支编号均为j（m，n，p均在1~ N

步骤4.6：遍历所有待分析电表箱，符合4.3-4,5的待分析电表箱从属分支编号为j，直至该从属分支的待分析电表箱数量不再增加；

步骤4.7：进入下一从属分支编号j+1的分析，重复步骤4.2-4.6直至该从属分支的电表箱数量不再增加再进行下一编号遍历，直到所有待分析电表箱都有其从属分支编号。

第一次重复：

①从属分支编号为1的分支中有电表箱1，其最关联电表箱为电表箱2，设电表箱2从属分支编号为1；

②遍历所有电表箱，得到：电表箱3的最关联电表箱为电表箱2，电表箱4的最关联电表箱为电表箱1，电表箱1和电表箱2均从属分支编号为1，则设定电表箱3和电表箱4的从属分支编号为1；

从属分支编号为1的电表箱数量由1变为4，进入第二次重复。

第二次重复：

①从属分支编号为1的分支中有电表箱1、有电表箱2、有电表箱3、有电表箱4，各自最关联电表箱均已确定从属分支编号为1。

②遍历所有电表箱，无新的电表箱的最关联表箱的从属分支编号为1。

从属分支编号为1的电表箱数量仍然为4，不再增加，停止重复，进入下一步。

步骤4.3：当从属分支编号k=j时，取当前无从属分支编号的档案编号最小的待分析电表箱，设其从属分支编号为j（j在1~ N

判断此时未确定从属分支编号的最小编号编写为表箱6，设定从属分支关系为2。

第一次重复：

①从属分支编号为2的分支中有电表箱5，其最关联电表箱为电表箱6，设电表箱6从属分支编号为1；

②遍历所有电表箱，得到：新的电表箱的最关联表箱的从属分支编号为2。

从属分支编号为2的电表箱数量由1变为2，进入第二次重复。

第二次重复：

①从属分支编号为2的分支中有电表箱5、电表箱6，各自最关联电表箱均已确定从属分支编号为2。

②遍历所有电表箱，无新的电表箱的最关联表箱的从属分支编号为2。

从属分支编号为1的电表箱数量仍然为4，不再增加，停止重复，进入下一步。

步骤4.4：从属分支编号k=j时，当分支编号为j的待分析电表箱的最关联电表箱为电表箱n，则设待分析电表箱n从属分支编号为j；

此时，所有表箱均已确定从属分支编号。结束。

步骤5：根据多日综合优化方法，得到每个待分析电表箱的从属分支编号最终分析结果。

步骤5.1：计算前十天中，每个待分析电表箱各个从属分支编号的概率值，计算方法为：用每个待分析电表箱的各个从属分支编号的天数除以10。

步骤5.2：设概率值最高的从属分支编号为从属分支编号最终分析结果，设概率值为置信度。

得到如下结果：

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。