配变智能终端优化布点技能培训系统及培训方法与流程

[0001]
本发明涉及一种配变智能终端优化布点技能培训系统及培训方 法。


背景技术：

[0002]
随着能源互联网概念的提出及其内涵的不断发展，以能源互联网 为核心的“互联网+电力”时代正在到来。能源互联网的建立离不开 先进的信息技术，随着高级量测技术的普及和应用，能源互联网中具 有量测功能的智能终端数量将会大大增加。在电力系统的末梢——配 电网中，具有量测功能的智能终端设备主要有开闭所终端设备 (dtu)、配电开关监控终端(ftu)、配变智能终端三种。其中，配 变智能终端可以采集台区配变低压侧各相电压、电流以及有功、无功、 三相不平衡率等信息。对于单个配变智能终端，可以同步采集电压和 电流，并获取相位差；但多个配变智能终端之间并不能做到gps同 步，因此无法测得各配电变压器之间的相角差，只能测得电压幅值。 希望能够配电网上安装的配变智能终端所能采集的量测数据，反推配 电网的运行状态。随着新一代配变智能终端的部署，配电网的可观测 能力将进一步加强，但配网规划设计人员对配电网智能化装置布局缺 乏科学合理的认知与有效优化手段。因此，有必要提高配网规划设计 人员在能源互联网建设下的智能化规划技术水平，提升规划人员对配 变智能终端的优化布点技能。


技术实现要素：

[0003]
本发明目的在于构建配变智能终端优化布点技能培训系统的架 构，确立优化布点技能培训方法。该方法能够对学员给出的布点方案 进行客观准确的评价，从而实时反馈学员的优化布点技能的熟练程 度。
[0004]
本发明的技术解决方案是：
[0005]
一种配变智能终端优化布点技能培训系统，其特征是：包括4个 模块，它们顺次相连，前一个模块的输出为下一个模块的输入；第1 个模块是基于配网模型的配变智能终端模拟布点模块，其根据案例库 生成体现各台配变的类型、位置、运行状态的配电网模型，由学员根 据此模型确定配变智能终端布点方案，该模块的输出为学员提出的布 点方案；
[0006]
第2个模块为基于配变智能终端布点结果的实时量测数据生成 模块，其根据第1个模块输出的布点方案，根据配电网模型进行仿真 计算，得出安装有配变智能终端的各台配变的运行数据，再加入量测 误差和通信时延，得到各台配变智能终端的实时量测值，作为该模块 的输出；
[0007]
第3个模块为基于量测数据的配电网运行状态辨识模块，其根据 第2个模块输出的量测数据，通过最小二乘法等方式辨识配电网的运 行状态，具体方法为求解如下优化方程：
[0008][0009]
式中，x为自变量，表示配电网的运行状态，z
i
为第i个量测数据，f
i
(x) 为与第i个
量测数据对应的配电网状态估计模型，min表示需要求该目 标函数的最小值；所得辨识结果作为该模块的输出；
[0010]
第4个模块为辨识准确性分析与布点方案评价模块，其根据第3 个模块输出的辨识结果定量计算辨识准确率，计算公式为
[0011][0012]
式中，n
total
为需要进行辨识的运行状态变量总数，n
correct
为辨识正 确的运行状态变量总数。
[0013]
一种采用所述的配变智能终端优化布点技能培训系统的培训方 法，其特征是：包括下列步骤：
[0014]
步骤1，启动培训系统，检查各模块运行情况；步骤2，由学员 对配网结构进行分析，确定配变智能终端的最优布点方案；步骤3， 培训系统根据学员确定的布点方案生成相应的配变智能终端量测数 据，并利用这些量测数据进行配网运行状态辨识；步骤4，培训系统 对辨识准确性进行分析，进而从成本、成效等角度对学员确定的布点 方案进行评价。
[0015]
在步骤1中，对培训系统的4个模块分别进行检查，即分别确定 输入每个模块的数据，检查该模块是否能得到相应的输出；
[0016]
在步骤2中，由学员根据所学知识与自己的经验，分析判断配电 网的结构，找出需要安装配变智能终端的关键位置，将所找到的关键 位置输入培训系统，在系统中形成配变智能终端布点方案；
[0017]
在步骤3中，培训系统对配电网的运行进行仿真，在学员所确定 的配变智能终端安装位置处采集数据，并对其进行处理以体现数据量 测过程中的误差；之后，系统使用预先设置的辨识算法，利用这些数 据进行运行状态辨识，得出辨识结果；
[0018]
在步骤4中，从辨识准确率、配变智能终端配置成本、终端与主 站之间的通信网络搭建难易程度等方面对学员确定的布点方案进行 评价。
[0019]
本发明的有益效果：与基于静态教材的技能培训方式相比，本发 明提出的技能培训方法可以使学员在与培训系统的互动中提升智能 配变终端优化布点技能，并能够使学员实时掌握自己所提出的布点方 案在配网态势感知方面的成效，从而调动学员的学习积极性，提升配 网规划设计人员在能源互联网背景下的智能化规划技术水平。
附图说明
[0020]
图1为配变智能终端优化布点技能培训系统的结构图。
[0021]
图2为配变智能终端优化布点技能培训方法的流程图。
具体实施方式
[0022]
如图1所示，本发明所述配变智能终端优化布点技能培训系统包 括4个模块，它们顺次相连，前一个模块的输出为下一个模块的输入。 第1个模块是基于配网模型的配变智能终端模拟布点模块，其根据案 例库生成体现各台配变的类型、位置、运行状态的配电网模型，由学 员根据此模型确定配变智能终端布点方案。该模块的输出为学员提出 的布点方案。
[0023]
第2个模块为基于配变智能终端布点结果的实时量测数据生成 模块，其根据第1个模块输出的布点方案，根据配电网模型进行仿真 计算，得出安装有配变智能终端的各台配变的运行数据，再加入量测 误差和通信时延，得到各台配变智能终端的实时量测值，作为该模块 的输出。
[0024]
第3个模块为基于量测数据的配电网运行状态辨识模块，其根据 第2个模块输出的量测数据，通过最小二乘法等方式辨识配电网的运 行状态，具体方法为求解如下优化方程：
[0025][0026]
式中，x为自变量，表示配电网的运行状态，z
i
为第i个量测数据， f
i
(x)为与第i个量测数据对应的配电网状态估计模型，min表示需要求 该目标函数的最小值。
[0027]
所得辨识结果作为该模块的输出。
[0028]
第4个模块为辨识准确性分析与布点方案评价模块，其根据第3 个模块输出的辨识结果定量计算辨识准确率，计算公式为
[0029][0030]
式中，n
total
为需要进行辨识的运行状态变量总数，n
correct
为辨识正 确的运行状态变量总数。
[0031]
接着，根据布点方案分析设备采购与安装成本，进而从多角度对 学员提出的配变智能终端布点方案进行综合分析评价。
[0032]
一种采用所述的配变智能终端优化布点技能培训系统的培训方 法，包括下列步骤：
[0033]
步骤1，启动培训系统，检查各模块运行情况；步骤2，由学员 对配网结构进行分析，确定配变智能终端的最优布点方案；步骤3， 培训系统根据学员确定的布点方案生成相应的配变智能终端量测数 据，并利用这些量测数据进行配网运行状态辨识；步骤4，培训系统 对辨识准确性进行分析，进而从成本、成效等角度对学员确定的布点 方案进行评价。
[0034]
在步骤1中，对培训系统的4个模块分别进行检查，即分别确定 输入每个模块的数据，检查该模块是否能得到相应的输出；
[0035]
在步骤2中，由学员根据所学知识与自己的经验，分析判断配电 网的结构，找出需要安装配变智能终端的关键位置，将所找到的关键 位置输入培训系统，在系统中形成配变智能终端布点方案；
[0036]
在步骤3中，培训系统对配电网的运行进行仿真，在学员所确定 的配变智能终端安装位置处采集数据，并对其进行处理以体现数据量 测过程中的误差；之后，系统使用预先设置的辨识算法，利用这些数 据进行运行状态辨识，得出辨识结果；
[0037]
在步骤4中，从辨识准确率、配变智能终端配置成本、终端与主 站之间的通信网络搭建难易程度等方面对学员确定的布点方案进行 评价。
[0038]
具体如图2所示，本发明所述培训方法以培训系统为中心，教员 和学员分别在系统中进行相应操作。在培训开始前，教员启动培训系 统，依次检查配变智能终端模拟布点模块、实时量测数据生成模块、 配电网运行状态辨识模块、辨识准确性分析与布点方案评
价模块是否 正常工作，具体方法为将为各个模块预先准备好的测试数据输入各模 块，检查各模块是否能输出所期望的结果。在以此方式确认培训系统 中所有模块都能正常工作后，正式开始技能培训工作。
[0039]
首先，培训系统将结合案例库中的素材，生成一个贴近实际的配 电网模型。之后，学员对培训系统给出的配网模型进行分析，运用相 关技能确定在其中的配变智能终端最优布点方案，将方案输入培训系 统。接着，培训系统利用电力系统仿真技术模拟所生成的配电网模型 在一段时间内的运行情况，并按照学员所确定的配变智能终端布点方 案，产生相应的量测数据，并通过加入服从高斯分布或拉普拉斯分布 的误差项、改变数据的时标等方式模拟量测装置误差、通信干扰等因 素对量测数据的影响。然后，根据这些量测数据对配电网的运行状态 进行辨识，具体方法为使用最小二乘法将模型拟合至量测数据，从而 得出反映配电网运行状态的各个变量的取值。最后，比较配网实际运 行状态与根据量测数据得出的辨识结果，计算辨识准确率。该指标可 以反映配变智能终端布点方案的成效，再结合布点方案所对应的设备 购买成本、安装成本等方面，对学员提出的布点方案进行综合评价。 综合评价结果先交由教员审核，通过后则反馈给学员，用于学员对其 配变智能终端优化布点技能的查漏补缺与总结提高。