王璨，馬金輝，王松，高夏生，諸鐘虎

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引 言

配電網(wǎng)的正常運行離不開其中各種電力設(shè)備，電力設(shè)備的圖元模型也就變得尤為重要[1]。提升配電網(wǎng)的管理水平，需要建立省地縣一體化的配電網(wǎng)圖形模型[2]，實現(xiàn)多級調(diào)度之間配電網(wǎng)信息的有效交互，為配電網(wǎng)的其他系統(tǒng)提供技術(shù)支持[3]。文獻[4]公開了一種改進的自動生成算法，通過對配電網(wǎng)中各個線路之間加以約束，得出均勻接線配電網(wǎng)圖元模型，但該方法實現(xiàn)復雜且精準度差。文獻[5]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差建模方法，建立的配電網(wǎng)圖元模型具有很高的精準度，但該方法對系統(tǒng)性能要求過高。因此本文研究出一套適用的方案。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

為進一步提升配網(wǎng)圖模管理水平，更好地支撐配網(wǎng)調(diào)度運行、停電計劃、搶修指揮和安全管控等工作，解決配網(wǎng)調(diào)度圖模信息準確性尚存的盲區(qū)和死角，強化配網(wǎng)停電計劃管理，需做到圖模覆蓋全面精準，實現(xiàn)“圖實一致”[6]，強化配網(wǎng)調(diào)度運行安全基礎(chǔ)。本文基于配網(wǎng)圖模、PMS設(shè)備臺賬、營銷配網(wǎng)設(shè)備臺賬、停電計劃等信息構(gòu)建配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，利用拓撲反推現(xiàn)有配網(wǎng)圖模臺賬及多元數(shù)據(jù)合理性及準確性。同時隨著配網(wǎng)運行信息的接入和豐富完善，不斷提升反校核范圍和智能化程度，實現(xiàn)圖模準確性自動校核功能，支持圖模核對工作。該系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)框架

配電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)指的是為配電網(wǎng)調(diào)度、運行及管理提供輔助決策分析等技術(shù)支撐的相關(guān)系統(tǒng)。配電網(wǎng)調(diào)度模型：調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)中用于描述區(qū)域、電網(wǎng)組織機構(gòu)、電力設(shè)備及其相互關(guān)系的元件[7]。電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)涉及計算的一次設(shè)備實測電力參數(shù)數(shù)據(jù)、原始銘牌數(shù)據(jù)及控制模型數(shù)據(jù)。配電網(wǎng)設(shè)備模型連接點是用來標識電網(wǎng)設(shè)備(端)在電網(wǎng)拓撲中連接位置的整數(shù)編碼[8]，具有相同連接點號的設(shè)備(端)認為是相連的，在變電站中，母線及出線開關(guān)到配網(wǎng)斷開點聯(lián)絡(luò)開關(guān)間的線路及設(shè)備連接關(guān)系的單線圖如圖2所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 圖模設(shè)備及拓撲關(guān)系

目前，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的圖模設(shè)備管理以及描述主要是通過拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，拓撲關(guān)系主要是為了描述電力設(shè)備模型的拓撲連接關(guān)系，其定義為物理連接節(jié)點號屬性(I_node、J_node、K_node等)，根據(jù)其對外連接端子的數(shù)目，同樣電力設(shè)備就包含該數(shù)目的物理連接節(jié)點號屬性[8]。關(guān)于配電網(wǎng)設(shè)備圖元模型拓撲圖如圖3所示。

由圖3可知，配電網(wǎng)部分電力設(shè)備在同一條支線上，電力設(shè)備從大體功能上進行區(qū)分，可分為主設(shè)備和輔助設(shè)備。主設(shè)備主要作用是直接用于生產(chǎn)的電力主回路設(shè)備，包含斷路器、熔斷器、刀閘、接地刀閘、母線段、儲能設(shè)備、饋線段、配電變壓器、并聯(lián)補償器以及電阻器等[9]。輔助設(shè)備主要作用是用來輔助主設(shè)備正常運行，輔助設(shè)備通過連接點的關(guān)聯(lián)連接到主設(shè)備上，包括故障指示器、電壓互感器和桿塔等。以下為各重要的電力設(shè)備具體作用。

圖2 配電網(wǎng)單線示意圖

圖3 配電網(wǎng)設(shè)備圖元模型拓撲圖

1) 饋線和饋線段

饋線是一種設(shè)備容器，變電站出線開關(guān)下至聯(lián)絡(luò)開關(guān)或末端的一組設(shè)備集合，應(yīng)為饋線段、電能用戶、配電變壓器、斷路器、負荷開關(guān)、刀閘等各種設(shè)備模型的集合。饋線段一段導線(電纜)或一組電力特性相同的導線(電纜)組成一個單一的電力系統(tǒng)[10]，用來在電力系統(tǒng)的兩點之間傳輸交流電流。開斷設(shè)備之間電流未發(fā)生變化的線段(若開斷設(shè)備之間有T接則為多段導線段)為一個導線段。

2) 斷路器

斷路器是一種機械切換設(shè)備，能在正常電路條件下接通、承載和切斷電流，也可以在指定的異常電路條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)接通和承載電流以及切斷電流。

3) 閘刀與接地閘刀

閘刀是一種手動或電動的機械切換裝置，用于改變電路接線或從電源隔離某個電路或設(shè)備，當斷開或閉合電路時要求它只斷開或閉合可忽略的電流。接地閘刀是一種手動或電動的機械切換裝置，用于饋線和設(shè)備的接地或斷開。

4) 熔斷器

熔斷器是一個帶有可熔的斷路元件的過電流保護器件，相當于一種開關(guān)裝置，每當電流過流入時，熔斷器就會承受不住高溫而使得元件熔斷。

5) 故障指示器

故障指示器通常只是一個指示器(可以遠程監(jiān)視，也可非遠程監(jiān)視)，并不會觸發(fā)保護事件。它的作用是協(xié)助調(diào)度員進行故障定位、隔離和恢復“最有可能”的那部分網(wǎng)絡(luò)(協(xié)助確定最可能發(fā)生故障的電路區(qū)段)，屬于輔助設(shè)備的一種，主設(shè)備通常為饋線段[11]。

電力圖形元素用于繪制電力設(shè)備和拓撲的圖形對象。為了更好地表現(xiàn)出電力設(shè)備圖元模型之間在拓撲結(jié)構(gòu)中的關(guān)系，本文采用可伸縮矢量圖形(scalable vector grophics, SVG)技術(shù)進行動態(tài)展示電力圖形。

SVG是一個標準開放的矢量圖像格式，使用簡單的文本命令，便可得出各種數(shù)據(jù)圖像效果，使電力設(shè)備圖元模型通過某個維度清晰地展現(xiàn)在用戶面前。SVG圖像主要還是基于XML的應(yīng)用，其本身除了有

2.2.6 數(shù)據(jù)處理及提取工藝優(yōu)化 按擬定的正交試驗方案進行試驗，實驗結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。

在上述代碼中，本文采用JavaScript語言對SVG交互技術(shù)進行編碼，JavaScript語言的優(yōu)勢在于能夠直接在Web上進行解析而不需要特定的編譯，利用JavaScript腳本技術(shù)可以解決SVG圖像的交互問題。在定義SVG元素中對某個對象定義特定事件，當事件發(fā)生時觸發(fā)腳本程序完成所需要的功能。圖元符號樣式如表1所示。

表1 圖元符號樣式

2.2 拓撲反推技術(shù)

關(guān)于拓撲反推技術(shù)的計算過程如下。

需要構(gòu)建配電網(wǎng)圖模設(shè)備多元數(shù)據(jù)初源空間，初源空間的每個數(shù)據(jù)特征互不相同，對全體特征以序列進行描述為：

N=(N1，N2，…,Nn)

(1)

式中：Nn為第n類的初源子空間；n取任意常數(shù)。每個初源子空間內(nèi)含有各種配電網(wǎng)圖模設(shè)備參數(shù)信息特征X空間序列，其能夠表達某一特征狀態(tài)的變化，使得X與Nn關(guān)系為：

(2)

式中：ai為X空間序列特征的子基。根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)空間的基本定義可以得出，(X，N)為一個基本的拓撲空間。通過拓撲空間分析初源空間的參數(shù)信息，構(gòu)建拓撲反推映射關(guān)系F：X→Y，f：N→M。通過一一對應(yīng)使得初源空間轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕丝臻g，得出基本目標空間為(Y，M)。

由于初源空間的每個數(shù)據(jù)特征互不相同，且每個初源子空間內(nèi)含有各種配電網(wǎng)圖模設(shè)備參數(shù)信息特征X空間序列，都能夠表達某一特征狀態(tài)的變化，通過上述映射關(guān)系，同理可得目標空間M滿足式(3)、式(4)。

M=(M1，M2，…,Mn)

(3)

(4)

式中：bi為M空間序列特征的子基。在每個初源子空間內(nèi)，除了參數(shù)信息特征還有耦合特征。耦合特征變化通過目標空間M構(gòu)建解耦映射h：Ni→Mi。將初源子空間Ni映射到目標空間Mi的關(guān)系式為：

(5)

綜上所述，可得到配電網(wǎng)圖模設(shè)備參數(shù)信息特征Y空間的最終表達式為：

(6)

通過以上公式推導出拓撲反推關(guān)系并使初源空間轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕丝臻g，如式(7)所示。

(7)

通過式(7)應(yīng)用在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，以驗證配電網(wǎng)圖模設(shè)備的準確性。

3 試驗與分析

為了驗證本文所研究的關(guān)鍵技術(shù)的適用性和可靠性，進行以下試驗。

圖4 配電網(wǎng)圖模單線圖

本文通過安徽電網(wǎng)公司給予技術(shù)支持和配電網(wǎng)設(shè)備圖形模型描述實際情況，構(gòu)建出配電網(wǎng)設(shè)備圖模單線圖如圖4所示。

由圖4可知，整個配電網(wǎng)單線圖是從母線和若干個直線延展出來的，其中有關(guān)電力設(shè)備圖元模型按照IEC 61970-453《EMS-API—Part453:圖形布局子集》GB/T 4728.2—2005《電力簡圖用圖形符號》DL/T 890.402—2011《公共服務(wù)(IEC 61970—402:2003)》和Q/GDW 624—2011《電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范》得出，具體如表2所示。

對于電力設(shè)備圖像模型在計算機上的程序設(shè)計，本文采用 Java Script 語言對 SVG 交互技術(shù)進行編碼，所用的計算機操作環(huán)境為 Windows10，64位，計算機的開發(fā)工具為 Visual Stu-dio2019，OpenCV3.0。計算機的硬件環(huán)境為 CPU：Inter(R)Core(TM)i7；主頻為 2.59 GHz；內(nèi)存 16 G。所用的軟件 JavaScript 的版本為 ECMA Script6。字段和數(shù)據(jù)類型如表 3 所示。

表2 電力設(shè)備圖元模型

為了更加彰顯本文所采用的拓撲反推技術(shù)的優(yōu)勢，將以文獻[4]中改進的自動生成算法作為參照，通過監(jiān)測100～1 000個測點，統(tǒng)計相關(guān)規(guī)劃數(shù)據(jù)(長度和角度)的精準度，并繪制成柱狀圖如圖5所示。

表3 測點字段和數(shù)據(jù)類型

圖5 兩種方法監(jiān)測數(shù)據(jù)精準度對比

從圖5可以看出，在不同數(shù)量測點環(huán)境下，本文采用的拓撲反推技術(shù)誤差更小，精準度更高，在1 000個測點環(huán)境下誤差占比只有0.4%。

4 結(jié)束語

本文的系統(tǒng)通過SVG圖形交互技術(shù)清晰地表現(xiàn)出配電網(wǎng)電力設(shè)備圖像模型。采用拓撲反推技術(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)圖模設(shè)備多元數(shù)據(jù)初源空間，通過公式推導出拓撲反推關(guān)系，并使初源空間轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕丝臻g，實現(xiàn)對配電網(wǎng)圖模設(shè)備多元數(shù)據(jù)的準確分析，并通過對比試驗驗證了該方法的可靠性。但是仍舊發(fā)現(xiàn)了一些不足，比如母線連接點出現(xiàn)位置上的偏差，針對這方面在未來還會進一步進行研究。