一種10 kV配電網線變拓撲自我校驗方法

卞真旭　汪玉　張淑娟　李博　邵珺偉

摘要：隨著安徽電力公司每年新規劃的配電網線路數量不斷增長，配電網拓撲混亂問題逐漸顯現。配電網拓撲結構作為一項基礎內在關聯數據，如何準確把握配電網系統拓撲結構線上、線下數據的一致性等成為了亟待解決的現實問題。同時，公司配電網資產多，配電網的結構動態校驗調整仍然依靠傳統人工方式校驗配電網拓撲結構錯誤，該方法耗時、耗力且難以保障實時性。為解決上述問題，基于同一條線路下變壓器波形相似性的電力業務特征，提出了一種異常拓撲自我校驗的方法，能夠輔助公司日常線變拓撲校驗工作。

關鍵詞：配電網;線變;拓撲;自我校驗

1 概述

為了更好地服務用電客戶的用電需求，我公司每年規劃的新配電網線路數量不斷增長，與此同時配電網的拓撲數據質量問題也逐漸顯現。配電網拓撲結構數據是一項基礎的內在關聯數據，營配調貫通、配電網線損計算、配電網故障搶修等業務均依托該基礎數據。因此，如何準確把握配電網系統拓撲結構數據的實時動態，如何保證線上數據與線下數據的一致性、靜態數據與動態數據的聯動、數據治理與業務管理的銜接、數據挖掘與作用發揮的匹配等是亟待解決的一系列現實問題。

基于此，本文提出了基于數據挖掘的配網拓撲數據質量評估方法，該方法的主要功能是利用數據挖掘知識分析電壓曲線之間的相似性，以判斷配網拓撲的數據質量。基于同一條10 kV線路下的配變出口電壓曲線相關程度高的電力業務特征，融合機器學習中的皮爾遜相關性系數、概率密度分布和系統聚類等算法，實現數據質量的識別，以輔助公司日常線變關系的校驗工作。

2 配電網線變拓撲自我校驗工具設計

線變拓撲自我校驗的重點在于如何通過拓撲內在特征，利用分析算法精準提取所屬正確拓撲的各種關鍵因素。在特征提取的過程中，必須經過高質量的數據篩選和多維分析，才能達到自我校驗的準確率目標。本方法采用距離判別法和皮爾遜相關性系數，基于大數據深度學習框架，構建錯誤拓撲結構所屬的正確拓撲關系智能識別模型，實現異常拓撲自我校驗的目標，主要構建步驟包括：（1）拓撲結構多元化數據采集;（2）拓撲多維自我校驗方法;（3）基于深度學習算法及樣本數據進行模型自我訓練及模型優化;（4）模型評估測試。

異常拓撲自我校驗工作框架如圖1所示。

2.1? ? 拓撲結構樣本數據收集

拓撲結構樣本主要通過PMS系統和用戶用電信息采集系統獲取，樣本數據收集的過程中需要持續關注樣本數據的可用性和全面性。由于配電網會有低電壓、過電壓、電壓采集異常等現象，如果不綜合考慮會影響模型計算的實際效果，因此前期搜集大量樣本數據，保證樣本數據的多元化，對于提升模型計算準確率具有重要意義。

2.2? ? 拓撲自我校驗方法

基于異常拓撲的自我校驗方法主要包括以下3個步驟：

（1）配電網異常裝置識別，解決異常拓撲錯誤校正的行為。基于已有配電網拓撲校驗模型，通過現場校驗發現異常拓撲存在錯誤校驗的現象，通過現場排查發現主要原因是配電運維人員安裝了穩壓調節裝置。通過優化模型，識別穩壓調節裝置的波形規律，降低模型錯誤識別率。

（2）基于距離判別法的正確拓撲關系回歸分析。通過計算異常拓撲結構的波形與其他拓撲結構波形的核密度相似性，標記相似度波峰之間的波谷處為閾值限值，基于相似性結果值采用距離判別法識別出最高相似度的拓撲線路，并輔助使用GIS地理位置坐標校驗其正確性，最終的拓撲結構即為正確拓撲結構。錯誤變壓器與某條線路下的變壓器波形趨勢如圖2所示。

（3）研究發現同一線路下任意變壓器下的臺區用戶電壓源波形也具有高度相似特征，基于HPLC智能電表采集的電壓源數據分析其與變壓器下電壓源波形的皮爾遜特征，輔助支撐錯誤變壓器的正確線路關系，以提升校驗的精準率。

2.3? ? 模型訓練及優化

基于已構建的模型得到較高質量的原始特征和適用于特征的網絡結構后，利用機器學習方法，通過網絡的卷積、池化等操作將原始特征通過網絡層學習抽象出了高層次的邊緣、輪廓，以達到輔助提升校驗精準率的目的。

同時在模型優化過程中，不斷分析異常拓撲結構的特征，以期發現一些模型忽視的特征或特征問題。發現實際標注為正樣本，但是預測出來是負樣本的行為，同時對概率特別低的負樣本作為重點分析對象，發現類似負樣本問題規律所在，不斷提升模型校驗覆蓋的完整率，這也是在模型優化階段，模型自我發現潛在問題的有效手段。

2.4? ? 模型評估

通過人工現場大面積全量核查和小面積隨機抽查方式校驗模型，通過核查發現，模型異常識別準確率提升了59.91%，模型錯誤拓撲結果所屬正確拓撲關系的全面率達到83.62%，準確率達到了90.83%。

3 結語

本文通過建立一種10 kV配電網線變拓撲自我校驗識別的模型，實現了對配電網拓撲結構識別從“人控”到“技控”的轉變，從“線上”到“線下”的融合，從單一數據治理到與業務管理的深度銜接。該模型構建后有效應用于現場校驗，實現了對近40萬臺配電網線變設備的異常發現及自我校驗。相較于傳統人工現場巡檢，本文介紹的校驗方法對巡檢人員的需求降低了80%，對配電網拓撲結構排查的效率提高了近13倍，現場核查的直接成本降低了80%，對巡檢人員業務技能要求降低了60%，對配電運維人員起到了極大的輔助支撐作用，切實提升了工作效率，本方法在國網系統內外均具有較高的推廣價值。

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收稿日期：2020-02-29

作者簡介：卞真旭（1986—），男，安徽合肥人，高級工程師，研究方向：電力大數據及人工智能技術。