本發(fā)明屬于配電網(wǎng)，具體是涉及一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、配電網(wǎng)作為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心領(lǐng)域和重要環(huán)節(jié)，其安全性、可靠性和智能化水平直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效發(fā)展。準(zhǔn)確的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是配電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)、故障定位以及繼電保護(hù)等一系列復(fù)雜操作的重要前提，更是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)靈活調(diào)控、優(yōu)化運(yùn)行和智能互動(dòng)的基礎(chǔ)。然而，一方面，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要安裝精確的量測(cè)電子裝置或者投入大量的人力，獲取配電網(wǎng)準(zhǔn)確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這無(wú)疑增加了配電網(wǎng)的運(yùn)行成本；另一方面，配電網(wǎng)經(jīng)常進(jìn)行改造和重構(gòu)，更有用戶(hù)進(jìn)行非法接線(xiàn)，改變了拓?fù)涞脑薪Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)檔案難以實(shí)時(shí)更新，往往無(wú)法準(zhǔn)確反映配電網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)。因此，如何對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的拓?fù)渥R(shí)別，為構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型電力系統(tǒng)提供有力支撐，成為現(xiàn)有研究重點(diǎn)關(guān)注方向。

2、目前，配電網(wǎng)的拓?fù)渥R(shí)別方法主要分為樹(shù)狀搜索法、信號(hào)注入法和數(shù)據(jù)分析法。樹(shù)狀搜索法是將整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)淇醋饕粋€(gè)樹(shù)，讓某一節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)，從根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷搜索，根據(jù)搜索結(jié)果，識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置、連接關(guān)系等。樹(shù)狀搜索法根據(jù)搜索策略的不同，主要包括深度優(yōu)先搜索（depth-first?search，dfs）和廣度優(yōu)先搜索（breadth-first?search，bfs），在大規(guī)?；驈?fù)雜的問(wèn)題中，搜索過(guò)程會(huì)變得非常耗時(shí)。信號(hào)注入法是通過(guò)電力載波通信或者無(wú)線(xiàn)通信等通信方式，觀(guān)察各種信號(hào)在線(xiàn)路中的流動(dòng)軌跡，以此來(lái)判斷元件之間的連接關(guān)系；信號(hào)注入法雖然原理簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，但是需要安裝額外的識(shí)別設(shè)備，成本高昂，并且通信的質(zhì)量要求比較高，不適合廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)分析法是利用高級(jí)量測(cè)體系(advanced?metering?infrastructure,?ami)和智能電表采集到的電壓、功率、電流等電氣量數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別戶(hù)變關(guān)系、用戶(hù)所屬相位關(guān)系以及節(jié)點(diǎn)上下游的連接關(guān)系，但是數(shù)據(jù)分析法不能很好的處理一些共性問(wèn)題。例如，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于配電網(wǎng)自身的物理特性，使得多個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值呈現(xiàn)出“同升同降”的趨勢(shì)，也就是電壓幅值數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的多重相關(guān)性，使用單一的相似性算法，判斷維度單一，會(huì)導(dǎo)致拓?fù)渥R(shí)別的準(zhǔn)確率下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，采用多種相似性算法避免判斷維度單一，消除由共線(xiàn)性引起的誤差，同時(shí)采用lasso回歸算法進(jìn)行二次識(shí)別，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識(shí)別的準(zhǔn)確率，提高識(shí)別速度的同時(shí)降低設(shè)備安裝成本。

2、本發(fā)明所述的一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，包括以下步驟：

3、s1、假設(shè)不考慮分布式電源接入的情況，利用高級(jí)量測(cè)體系(advanced?meteringinfrastructure,?ami)和智能電表采集各節(jié)點(diǎn)的多時(shí)間斷面的節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)，按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔記錄并傳輸用戶(hù)的用電信息，保證數(shù)據(jù)的完整和同步；

4、s2、利用相似性算法對(duì)配電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各節(jié)點(diǎn)之間的熱力圖，設(shè)置相應(yīng)的閾值篩選節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行一次識(shí)別，得到所有節(jié)點(diǎn)的可能鄰居節(jié)點(diǎn)集；

5、s3、以與主電源相連的節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，將父節(jié)點(diǎn)作為響應(yīng)變量，父節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集作為變量，利用lasso回歸算法計(jì)算回歸系數(shù)；選擇回歸系數(shù)高的作為子節(jié)點(diǎn)，然后以子節(jié)點(diǎn)作為新的父節(jié)點(diǎn)，找尋新的子節(jié)點(diǎn)，循環(huán)進(jìn)行二次識(shí)別，得到配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

6、s4、對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行檢驗(yàn)，若所有父節(jié)點(diǎn)的電壓幅值高于子節(jié)點(diǎn)，則直接輸出拓?fù)?；若不滿(mǎn)足，則進(jìn)行修正，直到滿(mǎn)足上述條件，輸出拓?fù)洹?/p>

7、進(jìn)一步地，s2中，利用相似性算法對(duì)配電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體為：

8、假設(shè)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)n維電壓數(shù)據(jù)x和y，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為：

9、，

10、其中，，分別是變量x和y的平均值，是變量x和y的皮爾遜相關(guān)系數(shù)；

11、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的歐氏距離為：

12、，

13、構(gòu)建一個(gè)n×n的初始距離矩陣m，矩陣m中的距離元素mij表示n維電壓數(shù)據(jù)x的第i個(gè)數(shù)據(jù)xi到n維電壓數(shù)據(jù)y的的第j個(gè)數(shù)據(jù)yj的歐氏距離，找到從m11到mnn的最小累積距離的路徑w，該路徑的累積距離為變量x和y的dtw距離：

14、，

15、w為變量x和y之間最佳路徑，由長(zhǎng)度為k的步長(zhǎng)集合（）組成。

16、進(jìn)一步地，s2中，進(jìn)行一次識(shí)別，找出所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，具體為：

17、采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)、歐氏距離和動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法（dynamic?time?warping,dtw）算法，生成各自的相關(guān)系數(shù)矩陣，分別設(shè)置閾值eta1,eta2,eta3；

18、在皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣中，令大于eta1的矩陣元素值為1，表示兩節(jié)點(diǎn)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)高，否則為0，生成新的矩陣a；

19、在歐氏距離矩陣中，令小于eta2的矩陣元素值為1，表示兩節(jié)點(diǎn)的歐氏距離小，否則為0，生成新的矩陣b；

20、在dtw矩陣中，令小于eta3的矩陣元素值為1，表示兩節(jié)點(diǎn)的dtw距離小，否則為0，生成新的矩陣c；

21、將利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)、歐氏距離和dtw算法得到的相關(guān)系數(shù)的值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，如果三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中有任意兩項(xiàng)滿(mǎn)足閾值指標(biāo)，則說(shuō)明兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相似性程度高，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)在另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可能鄰居節(jié)點(diǎn)集中；將矩陣a、b、c的值相加生成矩陣d，令對(duì)角線(xiàn)元素為0，元素值大于等于2的為1，小于2的為0，生成節(jié)點(diǎn)鄰接矩陣e。

22、進(jìn)一步地，s3具體為：

23、選擇回歸系數(shù)高的作為父節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，將父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)記錄到集合q中；

24、將得到的子節(jié)點(diǎn)作為新的父節(jié)點(diǎn)，找到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集作為變量，鄰居節(jié)點(diǎn)集不包含集合q中已經(jīng)記錄的節(jié)點(diǎn)；

25、利用lasso回歸確定鄰居節(jié)點(diǎn)，若鄰居節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，則不需要計(jì)算回歸系數(shù)，直接令回歸系數(shù)為1，并且令該節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)；如此循環(huán)，直至所有節(jié)點(diǎn)記錄到集合q中。

26、進(jìn)一步地，s4中，檢查生成的拓?fù)涫欠駶M(mǎn)足所有的父節(jié)點(diǎn)電壓高于子節(jié)點(diǎn)，若滿(mǎn)足則輸出拓?fù)?，若不滿(mǎn)足，則將不滿(mǎn)足支路的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的位置調(diào)換，直到所有支路滿(mǎn)足條件。

27、本發(fā)明所述的有益效果為：本發(fā)明所述方法利用多種相似性算法在一次識(shí)別中找到節(jié)點(diǎn)的可能鄰居節(jié)點(diǎn)集，該節(jié)點(diǎn)集包括真正的相鄰節(jié)點(diǎn)；相鄰節(jié)點(diǎn)之間是條件相關(guān)的，利用lasso回歸將相關(guān)性量化出來(lái)，利用二次識(shí)別排除不相關(guān)的非相鄰節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明所述方法僅僅需要節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，就能完成配電網(wǎng)的拓?fù)渥R(shí)別；識(shí)別步驟簡(jiǎn)單，避免了單一相似性算法導(dǎo)致識(shí)別率下降的問(wèn)題，不會(huì)陷入循環(huán)或者時(shí)間長(zhǎng)的情況，且成本較低，不需要較高質(zhì)量的通信。本發(fā)明所述方法識(shí)別效果好，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其特征在于，s2中，利用相似性算法對(duì)配電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其特征在于，s2中，進(jìn)行一次識(shí)別，找出所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其特征在于，s3具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其特征在于，s4中，檢查生成的拓?fù)涫欠駶M(mǎn)足所有的父節(jié)點(diǎn)電壓高于子節(jié)點(diǎn)，若滿(mǎn)足則輸出拓?fù)?；若不滿(mǎn)足，則將不滿(mǎn)足支路的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的位置調(diào)換，直到所有支路滿(mǎn)足條件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于電壓幅值的配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方法，其收集各節(jié)點(diǎn)多時(shí)間斷面的電壓幅值，利用相似性算法進(jìn)行一次識(shí)別，然后利用Lasso回歸算法進(jìn)行二次識(shí)別，生成拓?fù)?；?duì)生成的拓?fù)溥M(jìn)行校驗(yàn)，若滿(mǎn)足壓降要求，則輸出拓?fù)?，若不滿(mǎn)足壓降要求，則修正拓?fù)渲钡綕M(mǎn)足壓降要求。相較于單一的相似性算法，本發(fā)明識(shí)別準(zhǔn)確率高，很好的解決了配電網(wǎng)電壓幅值數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的多重相關(guān)性的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒花蕾,宋炆學(xué),張騰飛,程奕凌,劉明祥,姚金明,呂思,蔡月明,歐傳剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10