CN110768256B - 一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法、装置及***，属于低压配电自动化***领域。所述方法通过比较台区变压器和户表的电压谐波图谱距离来进行台区拓扑识别；所述装置由三相电压采集模块、本地通信模块及主处理模块组成，三相电压采集模块用于采集台区变压器低压侧电压、本地通信模块用于收集各户表的电压谐波数据，主处理模块用于计算电压谐波图谱并比较台区和户表的电压谐波图谱距离来进行台区拓扑识别；所述***含多台部署于不同台区的识别装置以及服务器组成。服务器用于识别异常户表所属的台区和相别。本发明可有效识别和验证低压配电网拓扑结构数据的正确性，提升低压配电网管理信息化和智能化水平。
Description
技术领域
本发明属于低压配电自动化***领域，更具体地，涉及一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法、装置及***。
背景技术
台区(或者低压台区)，指的是10kV/0.4kV配电变压器低压侧供电区域。台区拓扑，指的是台区与户表之间的关系(台区-户)，更进一步，是户表属于台区内A、B、C三相中某相的从属关系(台区-相-户)。在配电网的信息化***建设中，需要梳理营配关系，在电网GIS平台图形化展现的基础上，建立准确的“站－线－变(台区)－户”的关联关系，实现配电网用电管理的信息化和智能化，提高智能用电服务水平和生产、营销业务运营效率。
以往对台区的重视程度不够，台区拓扑关系特别是户变关系主要存在两种错误表现形式：(1)某些用户因历史原因导致用户档案信息不全；(2)用户档案信息记录的拓扑关系与实际的拓扑关系不符。这些错误会影响基于配电网拓扑业务的正常开展。为了校验和修改这些错误，电网公司的通常做法是:当配电网实际拓扑结构发生变化时，需要人工记录这些变化并更新平台相关数据，或者专门组织人力实地巡测修正这些错误。这些方法既耗费大量的人力、时间，准确性又不够。
因此，正确识别和校验低压配电网拓扑关系，特别是正确的户-变关系，是当前配电网管理精细化的基础和关键。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法、装置及***，由此解决在配电网实际拓扑结构发生变化时，现有通过人工方式识别和校验低压配电网拓扑关系存在的耗时耗力及准确性不高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法，包括：
测量台区配电变压器低压侧各相电压，通过谐波分析得到所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱；
使用本地计量网络，获取各户表的电压谐波含有率，组成各户表的电压谐波图谱；
获取各所述户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间的目标距离，根据所述目标距离与预设距离阈值之间的关系，判别各户表是否属于所述台区。
优选地，所述获取各所述户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间的目标距离，根据所述目标距离与预设距离阈值之间的关系，判别各户表是否属于所述台区，包括：
对于任意的目标户表的电压谐波图谱，获取所述目标户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间距离的最小值；
若所述距离的最小值大于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表不属于所述台区；
若所述距离的最小值小于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表属于所述台区，且所述目标户表所在相为所述距离的最小值对应的相。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别装置，包括：三相电压采集模块、本地通信模块及主处理模块；
所述三相电压采集模块，用于测量台区配电变压器低压侧各相电压；
所述本地通信模块，用于与本地网络中各户表进行通信，以获取各户表的电压谐波含有率；
所述主处理模块，用于通过谐波分析得到所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱，根据各户表的电压谐波含有率组成各户表的电压谐波图谱，并获取各所述户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间的目标距离，根据所述目标距离与预设距离阈值之间的关系，判别各户表是否属于所述台区。
优选地，所述主处理模块，具体用于对于任意的目标户表的电压谐波图谱，获取所述目标户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间距离的最小值；若所述距离的最小值大于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表不属于所述台区；若所述距离的最小值小于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表属于所述台区，且所述目标户表所在相为所述距离的最小值对应的相。
优选地，所述装置还包括：远程通信模块；
所述远程通信模块，用于上报不属于所述台区的户表ID及其电压谐波图谱以及所述台区的电压谐波图谱。
优选地，所述装置还包括：人机接口模块、供电模块以及存储模块；
所述人机接口模块，用于进行现场信息查看；
所述供电模块，用于为所述装置提供电源；
所述存储模块，用于存储配置信息以及本地电压谐波图谱等信息。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别***，包括：服务器以及部署于多个台区的上述任意一项所述的基于电压谐波图谱的台区拓扑识别装置；
所述服务器，用于接收各所述装置上报的各台区的三相电压谐波图谱、异常户表ID及各异常户表的电压谐波图谱，对于任意的目标异常户表，得到所述目标异常户表的电压谐波图谱与各台区的各相电压谐波图谱的距离，找出最小距离，所述最小距离对应的台区为所述目标异常户表所属的台区，所述最小距离对应的台区的相为所述目标异常户表所属的台区的相别。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的台区拓扑识别方法具有更高的准确性和可靠性。利用电压谐波图谱距离作为判断依据，反映了对应台区区别于其他台区的负荷组成及运行特征，是区别于其他台区的本质特征，故可确保其准确性。同时台区变压器对电压谐波图谱具有天然的隔离效果，即谐波经过变压器串扰到其他台区时，会产生畸变，与其他台区本身的谐波进行叠加后形成新的谐波图谱，与原台区的谐波图谱必然存在很大差异，避免了传统方法的串扰问题，保证了其可靠性；
(2)本发明所提供的基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法具有计算量少，快速简单的优点。
(3)本发明使用的装置现场部署在每个台区的变压器低压侧，分布式进行计算电压谐波图谱距离，避免传统方法的集中度高计算量大的缺点，节省了通信流量和计算资源。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种装置组成结构图；
图3是本发明实施例提供的一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别***的组成结构图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法、装置及***，运用相同台区变压器和户表电压谐波图谱相似的原理，实现低压配电网户变拓扑关系的识别和验证，解决了用户档案信息记录的拓扑关系与实际拓扑关系不符甚至遗漏的问题，为提高供电可靠性、实现线损四分管理、提升客户服务水平提供基础。
如图1所示是本发明实施例提供的一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法的流程示意图，在图1所示的方法中，包括以下步骤：
S1：获取台区电压谐波图谱；
在本发明实施例中，电压谐波图谱表示电压各次谐波含有率所组成的一组多维向量。电压各次谐波可以通过对电压采样序列进行快速傅里叶变换(FFT)获得。
在台区的变压器低压侧，测量各相电压，通过谐波分析得到变压器A、B、C三相的电压谐波图谱分别为UGA、UGB、UGC。
S2：获取户表电压谐波图谱；
使用本地计量网络，获取各户表电压各次谐波含有率，组成电压谐波图谱UGM；
S3：计算与识别：
户表电压谐波图谱和变压器电压谐波图谱的距离采用欧氏距离(EuclideanDistance)进行计算。设向量X＝{xi|i＝1,2,…N}，xi表示电压谐波向量X的第i个元素，向量Y＝{yi|i＝1,2,…N}，yi表示电压谐波向量Y的第i个元素。定义两组谐波向量X、Y之间的欧式距离为：
N表示最大电压谐波次数，在本发明实施例中，一般取最大电压谐波次数为31次。
比对每台户表电压谐波图谱UGM与台区三相电压谐波图谱UGA、UGB、UGC之间的距离分别为D(UGM,UGA)、D(UGM,UGB)及D(UGM,UGC)；
取距离最小者为：
Dmin＝MIN{D(UGM,UGA),D(UGM,UGB),D(UGM,UGC)}；
设置适当的距离阈值thD，判别用户是否属于该台区：
当Dmin大于阈值thD时，认为该户表不属于该台区；
当Dmin小于阈值thD时，认为该户表属于该台区，户表所在相为对应Dmin对应相。
为进一步增加识别的准确性，依据不同次数谐波对变压器的穿透性不一样，可以设置权重系数矩阵K＝{ki|i＝1,2,…N},其中0≤ki≤1。此时电压谐波图谱间的距离计算公式改进为：
其中，X和Y分别表示电压谐波图谱对应的两组向量，N表示最大谐波次数；ki表示电压谐波图谱中第i次谐波的权重系数，为增强高次谐波在电压图谱中的效果，i越大取值ki越大，在本发明实施例中不做唯一性限定。ki的一种可选的取值为离散序列
xi表示电压谐波向量X的第i个元素，yi表示电压谐波向量Y的第i个元素。
在本发明实施例中，距离阈值thD可以根据实际需要确定，本发明实施例不做唯一性限定。
在本发明实施例中，户表电压谐波图谱和变压器低压侧的电压谐波图谱的距离反映，在同一台区的户表电压谐波图谱与变压器低压侧的电压谐波图谱距离较小，不在同一台区的户表电压谐波图谱与变压器低压侧的电压谐波图谱距离较大。
在本发明实施例中，考虑到电压谐波的动态变化，在获取步骤S1和步骤S2中的电压谐波图谱时，需要进行拓扑识别装置与用户电表之间的时钟同步，以获取同一时段的台区电压谐波和用户表电压谐波。
如图2所示是本发明实施例提供的一种装置组成结构图，在图2所示的装置中，包括：三相电压采集模块、本地通信模块、主处理模块和远程通信模块。
作为一种可选的实施方式，该装置还包括：人机接口模块、供电模块以及存储模块以组成完备的终端装置。
装置各模块的功能详述如下：
①三相电压采集模块用于采集台区变压器低压侧电压，将电压采样值送至主处理模块；②本地通信模块用于与本地网络中各电表进行通信，取电表各次谐波含有率；③主处理模块用于向采集模块、本地通信模块发送指令，获取变压器低压侧电压谐波图谱和电表用户侧的电压谐波图谱并使用上述基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法识别不属于本台区的户表；④远程通信接口用于上报不属于本台区谐波电压谐波图谱、户表ID及其电压谐波图谱；⑤人机接口模块使用按键及屏幕，用于现场信息查看；⑥供电模块提供整个装置的电源；⑦存储模块用于存储配置信息以及本地电压谐波图谱等信息。
如图3所示是本发明实施例提供的一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别***的组成结构图，具体实现流程为：
(a)令异常户表x电压谐波图谱为UGM(x)，台区j的电压谐波图谱为UGA(j)、UGB(j)、UGC(j)；
(b)对于台区j，计算UGM(x)与UGA(j)、UGB(j)、UGC(j)之间的欧氏距离，取最小者Dmin(j)；
(c)对目标地区所有的台区，重复步骤(b)，获得所有台区与户表x电压谐波图谱距离，进行排序，取最小的Dmin对应的台区和相别即为该电表所属台区及其相别；
(d)重复步骤(a)～步骤(c)，直到识别完所有的异常电表。
以下以如图3所示为一个实施例子进行说明：
该发明实施实例中，***由一台服务器和多台部署于各台区配电变压器低压侧的装置所组成。
在本实施例中，各部分说明如下：
(1)各台区拓扑识别装置通过一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法中所述步骤识别出不属于所在台区的户表为异常户表x；
(2)台区拓扑识别装置将台区j电压谐波图谱UGA(j)、UGB(j)、UGC(j)、异常户表x的ID及其电压谐波图谱UGM(x)上报至服务器；
(3)服务器通过上述步骤(a)～步骤(d)计算识别各异常户表所属台区及相别。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，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。
Claims (5)
1.一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别方法，其特征在于，包括：
测量台区配电变压器低压侧各相电压，通过谐波分析得到所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱，其中，电压谐波图谱表示电压各次谐波含有率所组成的一组多维向量；
使用本地计量网络，获取各户表的电压谐波含有率，组成各户表的电压谐波图谱；
获取各所述户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间的目标距离，根据所述目标距离与预设距离阈值之间的关系，判别各户表是否属于所述台区，具体为：
对于任意的目标户表的电压谐波图谱，获取所述目标户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间距离的最小值；
若所述距离的最小值大于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表不属于所述台区；
若所述距离的最小值小于所述预设距离阈值，则判别所述目标户表属于所述台区，且所述目标户表所在相为所述距离的最小值对应的相。
2.一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别装置，其特征在于，包括：三相电压采集模块、本地通信模块及主处理模块；
所述三相电压采集模块，用于测量台区配电变压器低压侧各相电压；
所述本地通信模块，用于与本地网络中各户表进行通信，以获取各户表的电压谐波含有率；
所述主处理模块，用于通过谐波分析得到所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱，根据各户表的电压谐波含有率组成各户表的电压谐波图谱，对于任意的目标户表的电压谐波图谱，获取所述目标户表的电压谐波图谱与所述台区配电变压器各相的电压谐波图谱之间距离的最小值；若所述距离的最小值大于预设距离阈值，则判别所述目标户表不属于所述台区；若所述距离的最小值小于预设距离阈值，则判别所述目标户表属于所述台区，且所述目标户表所在相为所述距离的最小值对应的相。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：远程通信模块；
所述远程通信模块，用于上报不属于所述台区的户表ID及其电压谐波图谱以及所述台区的电压谐波图谱。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：人机接口模块、供电模块以及存储模块；
所述人机接口模块，用于进行现场信息查看；
所述供电模块，用于为所述装置提供电源；
所述存储模块，用于存储配置信息以及本地电压谐波图谱信息。
5.一种基于电压谐波图谱的台区拓扑识别***，其特征在于，包括：服务器以及部署于多个台区的如权利要求2至4任意一项所述的基于电压谐波图谱的台区拓扑识别装置；
所述服务器，用于接收各所述装置上报的各台区的三相电压谐波图谱、异常户表ID及各异常户表的电压谐波图谱，对于任意的目标异常户表，得到所述目标异常户表的电压谐波图谱与各台区的各相电压谐波图谱的距离，找出最小距离，所述最小距离对应的台区为所述目标异常户表所属的台区，所述最小距离对应的台区的相为所述目标异常户表所属的台区的相别。
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| GR01 | Patent grant | ||
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