一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法

摘要

本发明属于电力拓扑大数据分析领域，尤其涉及一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法。包括以下步骤：S1：获取台区下变压器处考核总表和各用户表不少于3天电压电流时间序列数据和台区用户分支数据；S2：建立基于用户分支的台区拓扑诊断模型；S3：进行用户分支内表间皮尔逊相关性计算和分支间皮尔逊相关性计算，诊断分支邻近和分支是否共有上级父分支关系；S4：输出台区分支连接关系表。本发明对分支下用户和分支间用户的时间序列数据进行电压相关性分析，结合居民建筑电气设计规范中对各类用户负荷制定的设计规则，完成分支邻近、分支是否共有上级父分支的诊断，从而实现台区拓扑识别。

说明书

技术领域

本发明属于电力拓扑大数据分析领域，尤其涉及一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法。

背景技术

低压台区拓扑由于电力业务需求变动会造成拓扑发生变化，当维护不及时或错误时，台区拓扑对电网公司供电可靠性管理水平和供电服务能力造成影响。

低压台区下的居民和非居民用户，供电公司对用户申请电力业务需求时，会按照民用建筑电气设计规范的要求进行现场勘查设计并编制供电方案。供电方案在设计时，考虑到用户负荷的不同，一条供电线路所带的用户数量和负荷容量都有所限制，由同一条供电线路供电的用户，在拓扑上就属于同一个用户分支。台区拓扑在施工单位根据供电方案施工完成后，其拓扑就已确定，除非需求出现变化对拓扑进行修改。因此可根据民用建筑电气设计规范的相关规定对台区拓扑进行电气设计符合度验证，确认台区拓扑是否存在异常。

随着用电信息采集系统的全面覆盖，低压台区下电力用户电能表的运行数据如电压、电流等可实现准实时采集，电能表运行数据会随用户负荷的变化和从变压器端到用户端的供电线路的电气参数的不同而不同。台区拓扑距离越近的2个点，其电压变化越接近。

皮尔逊相关性系数作为反映2个序列数据X,Y之间线性相关性程度的指标，其值在[-1,1]之间，可用来判断拓扑中2个点相关性的高低。可利用该系数进行2点是否相邻的诊断。皮尔逊系数用作样本时，记作R(X，Y)。

其中：n是样本数量，Xi,Yi是变量X，Y对应的i点观测值，

在现有的通过电压相关性分析识别台区拓扑的方案中，一般会将同在一个表箱里的电能表视作由一个供电线路供电，通过计算皮尔逊相关性系数进行箱表关系验证，并通过户表和总表间的电压相关性系数大小来判别与台区的关系，从而建立台区-线路-电表箱-表的拓扑连接关系，其拓扑关系与实际供电网络差别很大。

在实际供电网络中，变压器到表箱经过了多个层级，而不仅仅是从变压器到表箱的简单拓扑关系，同时也存在双电源用户，其用电量可能由一个电能表计量，也可能由2个电能表计量，通过箱表关系建立台区变-箱-表电气拓扑也不能够反映实际供电情况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了易于推广、成本低、范围广、识别精确的一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法。

本发明是这样实现的，一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法，包括以下步骤：

S1：获取台区下变压器处考核总表和各用户表不少于3天电压电流时间序列数据和台区用户分支数据；

S2：根据上述电压电流时间序列数据和台区用户分支数据，建立基于用户分支的电压相关性计算模型；

S3：利用上述电压相关性计算模型进行用户分支内表间皮尔逊相关性计算和分支间皮尔逊相关性计算，诊断分支邻近和分支是否共有上级父分支关系；

S4：对电压相关性计算模型的分析结果按照分支连接关系标准格式进行输出。

所述的台区用户分支数据通过以下步骤获取：

S11：对台区下用户，根据用电地址特征、采集特征和用电特征，可以将用户分为两大类：楼宇用户和独立房屋；以及六小类：楼宇居民私人用户分支、楼宇电梯公共照明用户分支、楼宇水泵充电桩等用户分支、集聚地址用户分支、重点采集用户分支和孤立地址用户分支；

S12：以供配电设计规范分析作为主要分析方法，采集档案供电统计中的拓扑分析进行距离分析，利用电压相关性分析分析实现用户分支识别；

S13：用户分支识别后，对用户应属台区诊断。

所述的S12用户分支识别包括用户分支分布统计、初步识别及优化，优化分为1)电压相关性分析结果优化；2)采集拓扑分析结果优化。

所述的S3中电压相关性计算模型对电压电流时间序列数据进行点位选取，在用户分支内每相选择一个基准表，以基准表进行同一用户分支下基准表与其他用户表间的皮尔逊相关性系数计算，以基准表进行基准表与其他用户分支下用户表间的皮尔逊相关性系数计算，并根据计算结果特征进行分支关系识别。

所述的分支关系识别中，识别楼宇用户分支间共有上级分支关系，是指通过皮尔逊相关性系数值高低和是否三相近似平均分配作为分支是否共有上级分支的判定规则，完成用户分支间关系的识别。其中，三相表被当做三个单相表进行处理。

所述的分支关系识别中，识别楼宇用户分支邻近关系，是指将根据供配电设计规范总结的用户分支间邻近关系，与楼宇用户分支间共有上级分支关系的分析结果关联诊断，准确识别出各用户分支间距离和为其供电的设备类型。

所述的分支关系识别中，识别独立房屋用户分支共有上级父分支关系，是指通过三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值高低和是否三相平均分配作为分支是否共有上级父分支的判定规则，完成用户分支间关系的识别，计算各单相表用户分支间、各单相表与三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值大小，诊断其是否处于同一个引出自变压器的主用户分支上。

所述的分支关系识别中，识别独立房屋用户分支邻近关系，是指通过计算处于同一个引出自变压器的主用户分支上的各单相表用户分支间、各单相表与三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值大小，诊断其是否邻近。

本发明的优点及积极效果为：本发明在能够获得台区下各用户与其所属用户分支关系、各用户分支与台区关系的前提下，以用户分支为研究对象，对用户分支下电能表和分支间电能表间进行电压相关性分析，并根据电气设计规则，可以识别用户是分支间邻近关系、是否共有上级父分支、上级父分支的更上一级父分支，直至最上一级父分支为从变压器引出的分支，准确描述从变压器到用户的供电层级关系，从而获得台区拓扑。

附图说明

图1是本发明的原理方框图。

图2是本发明的末级用户分支和上一级父分支示意图；

图3是本发明的用户分类示意图；

图4是本发明的楼宇用户分支下用户和分支间关系与电压相关性结果示意图；

图5-图7是本发明的楼宇用户分支电压相关性计算数据图；

图8是本发明的台区拓扑识别结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本发明是这样实现的，一种基于用户分支电压相关性的台区拓扑识别的方法，包括以下步骤：

S1：获取台区下变压器处考核总表和各用户表不少于3天电压电流时间序列数据和台区用户分支数据；

S2：根据上述电压电流时间序列数据和台区用户分支数据，建立基于用户分支的台区拓扑诊断模型；

S3：利用上述台区拓扑诊断模型进行用户分支内表间电压相关性计算和分支间表间电压相关性计算，诊断分支邻近和分支是否共有上级父分支关系；

S4：对台区拓扑诊断模型的分析结果按照分支连接关系标准格式进行输出。

台区供电设计中，供电路径一般从变压器->供电线路(架空线路或电缆)->配电设备(电杆或分支箱或配电箱或配电间配电柜)->供电线路->表箱(集中或单表箱)->电能表->用户等多个拓扑层级进行供电。典型居民楼宇台区和架空线台区拓扑如图1所示。在图示中，将一条供电线路及其下用户作为一个用户分支，它有一个且仅有一个电源供电，以用户分支为分析对象，通过档案和数据分析结果识别末级用户分支、上一级父分支(如图2右的分支1-10是分支11-110,12,13，14的父分支，分支11-110是分支111和112的父分支)，一直识别到变压器为止，即可完成台区拓扑的识别。

上述台区用户分支数据通过以下步骤获取：

S11：对台区下用户，根据用电地址特征、采集特征和用电特征，可以将用户分为两大类：楼宇用户和独立房屋；以及六小类：楼宇居民私人用户分支、楼宇电梯公共照明用户分支、楼宇水泵充电桩等用户分支、集聚地址用户分支、重点采集用户分支和孤立地址用户分支；如图3所示。

S12：以供配电设计规范分析作为主要分析方法，采集档案供电统计中的拓扑分析进行距离分析，利用电压相关性分析分析实现用户分支识别；

S13：用户分支识别后，对用户应属台区诊断。

所述的S12用户分支识别包括用户分支分布统计、初步识别及优化，优化分为1)电压相关性分析结果优化；2)采集拓扑分析结果优化。

本发明专利中，通过获取台区下变压器处考核总表和各用户表不少于3天(覆盖休息日和工作日)电压电流时间序列数据和台区下已初步识别完成的用户分支数据，并结合民用建筑电气设计规范的相关规定总结出来的电气设计规则，进行台区拓扑的准确识别。

民用建筑电气设计规范定义了组成台区拓扑各层级之间的分支之间的关系，具体包括：

1)对18层及以下的二类高层居民建筑

同一栋楼宇内，属于同一个电源的用户分支引自楼宇配电间的同一段母线，这些用户分支从不同配电柜引出给其下用户供电，母线的进线用户分支直接从变压器引出。

因本楼所用的电梯、公共照明、水泵等公用设施负荷较小，在供配电设计时，同一母线的多个公用设施用户分支一般从一个配电柜引出，有特例的，根据电能表所在表箱安装位置确定其是否与其他用户在一个集中表箱或与某个私人用户分支在一个集中表箱或一个楼层。

居民私人用户分支独立从一个配电柜引出。当常用或备用电源母线下有多个居民私人用户分支时，在常用或备用电源母线处增加配电柜供电源引出。

2)对19层及以上的二类高层居民建筑

同一栋楼宇内，一般每个居民私人用户分支独立从住宅变电所拉专线供电，每个用户分支在楼宇配电间各有一个进线柜和出线柜。

对于本楼所用的电梯、公共照明、水泵等公用设施，可拉专线供电，也可与某个居民私人用户分支共线(具体可根据电压相关性计算结果确定)；同一母线的多个公用设施用户分支一般从一个配电柜引出，有特例的，根据电能表所在表箱安装位置确定其是否与其他用户在一个集中表箱或与某个私人用户分支在一个集中表箱或一个楼层。

3)对多层住宅

低压供电以住宅楼单元为供电单元，多个在一起的多层住宅，一般采用分支箱等截面电缆给各单元供电，分支箱的进线用户分支可来自其他分支箱、电杆或变压器。

电能表分楼层分层布置，可按电能表表箱安装位置分为多个子分支。

4)对于充电桩用户

对充电桩用户，按电能表的所在表箱安装位置确定其是否与其他用户在一个集中表箱或与某个私人用户分支在一个集中表箱或一个楼层。

5)对独立房屋用户

同一个集聚地址下的用户，可视为由一个或多个用户分支组成。如图2右的分支11-110，由子分支111和112组成。

上述S3中电压相关性计算模型对电压电流时间序列数据进行点位选取，在用户分支内每相选择一个基准表，以基准表进行同一用户分支下基准表与其他用户表间的皮尔逊相关性系数计算，以基准表进行基准表与其他用户分支下用户表间的皮尔逊相关性系数计算，并根据计算结果特征进行分支关系识别。

对居民楼宇用户分支，同一分支下用户表间因距离相近，排除该用户电压值计量异常或时钟异常或实际不属于本分支，其皮尔逊系数值高于0.9，对三相线路供电的，三相负荷设计时就要求平均分配。因此可通过皮尔逊相关性系数值高低和是否三相(黄绿红)近似平均分配，完成用户分支下用户和分支间关系的识别。如图4所示。

楼宇居民用户分支电压相关性计算结果如图5-图7所示。

对独立房屋用户分支，识别用户分支共有上级父分支关系，是指通过三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值高低和是否三相平均分配作为分支是否共有上级父分支的判定规则，完成用户分支间关系的识别，计算各单相表用户分支间、各单相表与三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值大小，诊断其是否处于同一个引出自变压器的主用户分支上。识别用户分支邻近关系，是指通过计算处于同一个引出自变压器的主用户分支上的各单相表用户分支间、各单相表与三相表用户分支间皮尔逊相关性系数值大小，诊断其是否邻近。

通过识别各级用户分支、上级父分支以及父分支的更上级父分支，一直识别到最高级别的几个分支间不再存在共有上级父分支，最后几个分支为变压器独立引出的回路，从而完成台区拓扑识别。如图8所示，图中每一个方框代表一个配电柜。

实验证明

本发明通过获取台区下已完成初步识别的用户分支数据和电压电流数据，结合民用建筑电气设计规范总结出来的电气设计规则，通过皮尔逊相关性系数计算即可对台区下用户完成从变压器->供电线路(架空线路或电缆)->配电设备(电杆或分支箱或配电箱或配电间配电柜)->供电线路->表箱(集中或单表箱)->电能表->用户的实际供电层级的准确识别。经现场实际验证，楼宇用户拓扑识别准确率已可达到99％以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。