一种基于互相关算法的低压台区识别方法与流程

1.本发明涉及一种基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法，属于低压配用电技术领域。


背景技术：

2.电力工业作为支撑国家战略发展的重要支柱产业之一，其健康稳定发展关系到社会的平稳运转。而电能作为全社会必不可少的基础性能源，自然而然受到了电力企业的高度重视。如何提高供电可靠性和满足企业和人民多种多样的服务需求，成为了电力企业的重中之重。
3.低压配电网资产庞杂、接线用户复杂多变、信息透明度长期低下、监控设施不到位、供电质量与可靠性无法得到保障、设备维护投入成本高、用户私拉乱接屡禁不止、安全问题频频出现、台账信息不匹配等问题。这大大影响了低压配电网智能化、信息化、高效化的发展建设，降低了用电用户满意度水平，增加了电网公司工作人员的工作量。由于前期大多数台区建设没有规划好拓扑结构和配电线路走势，各个地方的标准不一造成大多数的低压配电网以供电为主，并没有考虑拓扑信息匹配度问题从而形成了系统档案数据与现场建设不一致，大大降低了台区智能化、信息化、数据化建设。因此，配电网拓扑结构关系是支撑低压配电台区规划、运行、管理的重要基础，是配电线路参数辨识、线损计算、线路改造等业务开展的重要保证，是电网公司实现营销精细、降损增效、客户满意的前提。
4.传统的低压台区拓扑识别的方法主要有以下缺点：
5.(1)精度受限：传统的低压台区拓扑识别方法通常依赖于人工设置的阈值和规则来确定电网中各个设备之间的连接关系，这种方法的精度受限，容易受到噪声和干扰的影响，导致误判或漏判。
6.(2)处理复杂拓扑困难：当电网拓扑结构比较复杂时，传统的低压台区拓扑识别方法往往无法处理，因为人工设置的阈值和规则难以覆盖所有可能出现的情况。
7.(3)需要专业人员操作：传统的低压台区拓扑识别方法需要依靠专业人员进行操作和维护，对技术要求较高，增加了人力成本。
8.(4)实时性差：传统的低压台区拓扑识别方法通常需要一定时间才能完成电网拓扑结构的识别、采集装置与识别装置分散，无法满足对电网实时监测和故障处理的要求。


技术实现要素：

9.本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法，以期解决现有设备数据采集和拓扑识别分开而不便使用的缺点，并能提高数据采集的实时性和拓扑识别的准确性，且能减小数据采集误差，从而能提高用电信息采集系统的稳定性，以减小供电公司的线损，并能实现台区智能化管理，进而为电网的平稳运行提供重要保障。
10.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
11.本发明一种基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法的特点在于，包括如下步骤：
12.步骤1：按时间顺序依次获取低压台区n个节点的电流数据，其中，第j个节点的电流数据向量记为aj＝[a
1j a
2j
ꢀ…ꢀaij
ꢀ…ꢀamj
]；a
ij
表示第j个节点在第i个时间点的电流数据；m表示采样时间点数，n表示节点数；
[0013]
步骤2：使用式(1)的滑动平均值滤波器对每个节点的电流数据进行平滑处理，得到滤波后的第j个节点电流数据向量其中，表示滤波后的第j个节点在第i个时间点的电流数据；
[0014][0015]
式(1)中，h表示移动窗口的大小；表示滤波后的第j个节点在第k个时间点的电流数据；k
′
表示时间点的序号；
[0016]
步骤3：以m个电流数据为一段，利用式(2)对滤波后的第j个节点的电流数据向量进行分段，再利用式(3)得到第j个节点在第b+1段的电流数据向量n
(b+1)j
内所有元素之和s
(b+1)j
，从而得到第j个节点求和后的电流数据向量sj＝[s
1j s
2j
ꢀ…ꢀskj
ꢀ…ꢀs(b+1)j
]，其中，s
kj
表示第j个节点在第k段内求和后的电流数据，k表示时间点的序号；
[0017][0018][0019]
式(2)和式(3)中，b表示分段的序号；
[0020]
步骤4：利用式(4)计算第f个节点与第g个节点在第k个时间点之间的相关系数
[0021][0022]
式(4)中，表示滤波后的第f个节点在第k个时间点的电流数据，表示滤波后的第g个节点在第k个时间点的电流数据；为第f个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由式(5)得到，为第g个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由式(6)得到；δ
bf
为第f个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(7)得到；γ
bg
为第g个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(8)得到；
[0023][0024][0025][0026][0027]
步骤5：当时，则表示第f个节点与第g个节点存在相连关系，并执行步骤6，否则，表示第f个节点与第g个节点不存在连接关系，则计算其他节点间的相关系数；且|α|＜1；
[0028]
步骤6：判断求和后的第f个节点在第k个时间点的电流数据s
kf
和求和后的第g个节点在第k个时间点的电流数据s
kg
的关系，若s
kf
＞s
kg
成立，说明第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点，则令d
fg
+1赋值给d
fg
，反之，说明第f个节点位于支节点，第g个节点位于根节点，则令d
gf
+1赋值给d
gf
，直到每个节点均比较完为止，从而得到相关性矩阵
[0029]
步骤7：根据所述相关性矩阵d，利用式(9)生成第f个节点与第g个节点在邻接矩阵中的元素π
fg
，从而得到邻接矩阵
[0030][0031]
如果π
fg
＝1，则表示第f个节点与第g个节点相连，且第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点；若π
fg
＝0，则表示第f个节点与第g个节点不存在相连关系。
[0032]
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述低压台区识别方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
[0033]
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述低压台区识别方法的步骤。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0035]
1、本发明针对现有拓扑识别装置与数据采集装置分散的缺点，将数据的采集和拓扑识别融为一体，实现数据采集与拓扑识别的同时进行，可提高数据采集和拓扑识别的实时性，避免因需要采集大量数据而无法满足对电网实时监测和故障处理的要求，实现了台区的智能化管理。
[0036]
2、本发明考虑了传统的低压台区拓扑识别方法操作不便的因素，并将拓扑识别的结果通过相关性矩阵的形式展示，通过相关性矩阵进而得到线路之间的拓扑关系，提高了拓扑识别的准确性，且不需要专业人员进行操作，加快了拓扑识别的速度，提高了识别方法
及装置操作的简便性，减小了供电公司的线损，从而为电网的平稳运行提供了重要保障。
附图说明
[0037]
图1为本发明装置整体示意图；
[0038]
图2为本发明拓扑识别方法的流程图；
[0039]
图3为本发明方法测试结果图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
[0041]
本实施例中，一种实时性强、精度高的基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法，具有采集误差小、实时性高、结构简单、操作简便、识别精准等优点，能提高用电信息采集系统稳定性，并能辅助实现台区智能化管理，具体的说，参照图2，包括如下步骤：
[0042]
步骤1：按时间顺序依次获取低压台区n个节点的电流数据，其中，第j个节点的电流数据向量记为aj＝[a
1j a
2j
ꢀ…ꢀaij
ꢀ…ꢀamj
]；a
ij
表示第j个节点在第i个时间点的电流数据；m表示采样时间点数，n表示节点数。
[0043]
步骤2：使用式(1)的滑动平均值滤波器对每个节点的电流数据进行平滑处理，得到滤波后的第j个节点电流数据向量其中，表示滤波后的第j个节点在第i个时间点的电流数据。
[0044][0045]
式(1)中，h表示移动窗口的大小；表示滤波后的第j个节点在第k个时间点的电流数据；k
′
表示时间点的序号。
[0046]
步骤3：以m个电流数据为一段，利用式(2)对滤波后的第j个节点的电流数据向量进行分段，再利用式(3)得到第j个节点在第b+1段的电流数据向量n
(b+1)j
内所有元素之和s
(b+1)j
，从而得到第j个节点求和后的电流数据向量sj＝[s
1j s
2j
ꢀ…ꢀskj
ꢀ…ꢀs(b+1)j
]，其中，s
kj
表示第j个节点在第k段内求和后的电流数据，k表示时间点的序号；
[0047][0048][0049]
式(2)和式(3)中，b表示分段的序号。
[0050]
步骤4：利用式(4)计算第f个节点与第g个节点在第k个时间点之间的相关系数
[0051][0052]
式(4)中，表示滤波后的第f个节点在第k个时间点的电流数据，表示滤波后的第g个节点在第k个时间点的电流数据；为第f个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由所示式(5)得到，为第g个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由式(6)得到；δ
bf
为第f个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(7)得到；γ
bg
为第g个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(8)得到；
[0053][0054][0055][0056][0057]
步骤5：当时，则表示第f个节点与第g个节点存在相连关系，并执行步骤6，否则，表示第f个节点与第g个节点不存在连接关系，则计算其他节点间的相关系数；且|α|＜1。
[0058]
步骤6：判断求和后的第f个节点在第k个时间点的电流数据s
kf
和求和后的第g个节点在第k个时间点的电流数据s
kg
的关系，若s
kf
＞s
kg
成立，说明第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点，则令d
fg
+1赋值给d
fg
，反之，说明第f个节点位于支节点，第g个节点位于根节点，则令d
gf
+1赋值给d
gf
；直到循环比较完每个节点为止，从而得到相关性矩阵
[0059]
步骤7：根据所述相关性矩阵d，利用所示式(9)生成第f个节点与第g个节点在邻接矩阵中的元素π
fg
，直到遍历完邻接矩阵中的所有元素为止，从而得到邻接矩阵
[0060][0061]
根据邻接矩阵π中元素的关系可得到节点之间的拓扑关系，如果π
fg
＝1，则表示第f个节点与第g个节点相连，且第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点；若π
fg
＝0，则表示第f个节点与第g个节点不存在相连关系。
[0062]
例如，某低压台区有8个节点，互相关算法拓扑识别最后得到的邻接矩阵
根据邻接矩阵可得到节点一有一个支节点节点二；节点二有三个支节点，分别为节点三、节点四、节点五；节点六有两个支节点，分别为节点七、节点八；根据这个关系可绘制出该低压台区的拓扑图，如图3所示。
[0063]
本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
[0064]
本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
[0065]
如图1所示，基于互相关算法的低压台区拓扑识别装置，包括：采集装置、无线通信装置以及拓扑识别算法模块，其中，采集装置包括电源模块、主控模块以及采样模块，用于实时采集各台区电表的电流信号；无线通信装置包括5g无线通信模块，用于将采集的电流信号上传至云端数据库。拓扑识别算法模块实时读取云端数据库，为拓扑识别提供数据支持，用于基于互相关算法的低压台区拓扑识别。

技术特征：
1.一种基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按时间顺序依次获取低压台区n个节点的电流数据，其中，第j个节点的电流数据向量记为a
j
＝[a
1j a
2j
…
a
ij
…
a
mj
]；a
ij
表示第j个节点在第i个时间点的电流数据；m表示采样时间点数，n表示节点数；步骤2：使用式(1)的滑动平均值滤波器对每个节点的电流数据进行平滑处理，得到滤波后的第j个节点电流数据向量其中，表示滤波后的第j个节点在第i个时间点的电流数据；式(1)中，h表示移动窗口的大小；表示滤波后的第j个节点在第k个时间点的电流数据；k
′
表示时间点的序号；步骤3：以m个电流数据为一段，利用式(2)对滤波后的第j个节点的电流数据向量进行分段，再利用式(3)得到第j个节点在第b+1段的电流数据向量n
(b+1)j
内所有元素之和s
(b+1)j
，从而得到第j个节点求和后的电流数据向量s
j
＝[s
1j s
2j
…
s
kj
…
s
(b+1)j
]，其中，s
kj
表示第j个节点在第k段内求和后的电流数据，k表示时间点的序号；示第j个节点在第k段内求和后的电流数据，k表示时间点的序号；式(2)和式(3)中，b表示分段的序号；步骤4：利用式(4)计算第f个节点与第g个节点在第k个时间点之间的相关系数步骤4：利用式(4)计算第f个节点与第g个节点在第k个时间点之间的相关系数式(4)中，表示滤波后的第f个节点在第k个时间点的电流数据，表示滤波后的第g个节点在第k个时间点的电流数据；为第f个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由式(5)得到，为第g个节点在第b+1段内电流数据的平均值，并由式(6)得到；δ
bf
为第f个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(7)得到；γ
bg
为第g个节点在第b+1段内电流数据的标准差，并由式(8)得到；
步骤5：当时，则表示第f个节点与第g个节点存在相连关系，并执行步骤6，否则，表示第f个节点与第g个节点不存在连接关系，则计算其他节点间的相关系数；且α＜1；步骤6：判断求和后的第f个节点在第k个时间点的电流数据s
kf
和求和后的第g个节点在第k个时间点的电流数据s
kg
的关系，若s
kf
＞s
kg
成立，说明第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点，则令d
fg
+1赋值给d
fg
，反之，说明第f个节点位于支节点，第g个节点位于根节点，则令d
gf
+1赋值给d
gf
，直到每个节点均比较完为止，从而得到相关性矩阵步骤7：根据所述相关性矩阵d，利用式(9)生成第f个节点与第g个节点在邻接矩阵中的元素π
fg
，从而得到邻接矩阵，从而得到邻接矩阵如果π
fg
＝1，则表示第f个节点与第g个节点相连，且第f个节点位于根节点，第g个节点位于支节点；若π
fg
＝0，则表示第f个节点与第g个节点不存在相连关系。2.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述低压台区识别方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。3.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述低压台区识别方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于互相关算法的低压台区拓扑识别方法，其步骤包括：1.获取低压台区电流数据；2.对数据进行滤波处理；3.对节点内的电流数据进行分段求和；4.计算并比较求和后节点间的相关系数；5.比较节点间的电流数据大小，生成相关性矩阵；6.根据相关性矩阵生成邻接矩阵并根据元素间的关系得到节点间的拓扑关系。本发明具有采集误差小、实时性高、结构简单、操作简便、识别精准等优点，加快了拓扑识别的速度，提高了拓扑识别的准确性，减小了供电公司的线损，从而为电网的平稳运行提供了重要保障。要保障。要保障。


技术研发人员：孙伟 叶成龙 刘单华 黄丹 蔺菲 唐丽 李奇越 李帷韬
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司营销服务中心
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/13