一种基于电力地理信息系统的配电网缺陷设备可视化辅助分析方法
【专利说明】一种基于电力地理信息系统的配电网缺陷设备可视化辅助 分析方法
[0001]
技术领域本发明涉及一种电力供应系统配电网缺陷设备可视化分析方法。 技术背景
[0002] 配电网系统是一个庞大、复杂的电力供应系统，任一环节出现问题都有可能直接 影响到整个电网的安全运行电能的质量。随着电力建设的快速发展，对电网稳定运行的要 求越来越高，特别是对保护运行、事故分析、缺陷处理等管理水平提出了越来越高的要求。 电力设备缺陷管理系统的开发正是在这样的背景下发生的，其有利于提高电力系统的信息 化、自动化水平，实现科学高效的管理。缺陷管理一直是电力企业管理人员、生产维修人员 高度关注的工作，而在现实工作中，缺陷管理存在不规范的现象，特别是缺陷描述、处理等 的不标准、不直观，现场状况不明，缺乏故障分析手段、故障排查工作效率低下，影响了缺陷 管理的水平。
[0003] 配电网缺陷设备可视化分析方法即基于电力地理信息系统对缺陷设备进行可视 化分析、处理，把缺陷设备数据的特征通过图像表示出来，可从缺陷设备空间分布、缺陷类 型、发生时间分布等多维度可视化分析。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电力地理 信息系统，根据缺陷设备的特征数据，结合技术手段，在电力设备地理沿布图中把缺陷设备 图形重新进行特效渲染，使用户可以比较直观、快速地发现缺陷设备，并可通过渲染后图形 颜色样式直观分辨出缺陷类型，进行个体分析的方法；
[0005] 本发明方法是通过如下技术方案来实现的。
[0006] 本发明配电网缺陷设备可视化分析方法步骤如下：
[0007] 步骤1 :配电网设备模型生成。因为该方法的实现是基于电力地理信息系统，而系 统已提供设备模型生成的方法，这里不作详述。
[0008] 步骤2:重绘缺陷设备。根据缺陷设备的特征数据，利用图形引擎并使用各种各样 的管理策略更好、更快地将缺陷设备的图形提交给显卡（即图形处理器）重新绘制，目的在 于对缺陷设备的图形按要求重新进行特效渲染（缺陷设备图形：①以闪烁方式显示，技术 实现为定时刷新缺陷图形；②、不同缺陷类型对应不同颜色）。
[0009] 步骤3 :缺陷设备空间分布计算。采用空间聚类算法，根据缺陷设备空间坐标值和 用户指定条件（如分析半径、缺陷设备聚合数量、缺陷类型、缺陷发生时间等），对缺陷设备 的空间发布进行计算，得到满足条件的设备簇群。
[0010] 步骤4 :圈出缺陷设备聚合区域。将满足条件的缺陷设备簇群所在区域分别用红 色线圈标记出来，实现方法为：①、计算出首个设备簇群的中心点，以中心点到簇群内最远 设备距离为半径，绘制一个线圈；②、用上述方法循环绘制其后簇群的线圈。
[0011] 步骤5:可视化分析。与地理信息系统结合起来，反映出某个时间范围内，某一类 故障在哪个地理区块发生的次数多，以便于开展故障的空间分析。
[0012] 其次本发明方法提供特有空间聚类算法通过对缺陷设备在电力沿布图中的空间 分布密度进行计算，根据用户指定分析的半径，自动圈出缺陷设备数超过指定数量的区域。 计算方法如下：
[0013] 以k为参数，把n个对象分成k个簇，使簇内具有较高的相似度，而簇间的相似度 较低。算法的处理过程如下：首先，随机地选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的 平均值或中心；对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；然后重 新计算每个簇的平均值。这个过程不断重复，直到准则函数收敛。通常，采用平方误差准则， 其定义如下：
[0014]
[0015] 这里E是数据库中所有对象的平方误差的总和，p是空间中的点，mi是簇Ci的平 均值[9]。该目标函数使生成的簇尽可能紧凑独立，使用的距离度量是欧几里得距离，当然 也可以用其他距离度量。算法流程如下：
[0016] 输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k;
[0017] 输出：k个簇，使平方误差准则最小。
[0018] 步骤：
[0019] (1)任意选择k个对象作为初始的簇中心；
[0020](2)repeat；
[0021] (3)根据簇中对象的平均值，将每个对象（重新）赋予最类似的簇；
[0022] (4)更新簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值；
[0023] (5)until不再发生变化。
[0024] 本发明的优点或有益之处：
[0025] 基于电力地理信息系统的配电网缺陷设备可视化分析方法的优点是可将缺陷设 备直观展现在地理沿布图上，有针对性地进行与空间地理有关系的特定故障、缺陷的分析， 从而对这类故障、缺陷的多发区进行有针对性地线路设备特巡或升级改造，提高防御能力。 同时，通过系统的应用降低了对运行检修人员经验的依赖程度，提高生产力。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明配电网运行评估步骤框图：
【具体实施方式】
[0027] 见图1，一种配电网缺陷设备可视化分析方法，本发明步骤如下：
[0028] 步骤1 :配电网设备模型生成。因为该方法的实现是基于电力地理信息系统，而系 统已提供设备模型生成的方法，这里不作详述。
[0029] 步骤2 :重绘缺陷设备。根据缺陷设备的特征数据，利用图形引擎并使用各种各样 的管理策略更好、更快地将缺陷设备的图形提交给显卡（即图形处理器）重新绘制，目的在 于对缺陷设备的图形按要求重新进行特效渲染（缺陷设备图形：①以闪烁方式显示，技术 实现为定时刷新缺陷图形；②、不同缺陷类型对应不同颜色）。
[0030] 步骤3 :缺陷设备空间分布计算。采用空间聚类算法，根据缺陷设备空间坐标值和 用户指定条件（如分析半径、缺陷设备聚合数量、缺陷类型、缺陷发生时间等），对缺陷设备 的空间发布进行计算，得到满足条件的设备簇群。
[0031] 步骤4:圈出缺陷设备聚合区域。将满足条件的缺陷设备簇群所在区域分别用红 色线圈标记出来，实现方法为：①、计算出首个设备簇群的中心点，以中心点到簇群内最远 设备距离为半径，绘制一个线圈；②、用上述方法循环绘制其后簇群的线圈。
[0032] 步骤5 :可视化分析。与地理信息系统结合起来，反映出某个时间范围内，某一类 故障在哪个地理区块发生的次数多，以便于开展故障的空间分析。其次本发明方法提供特 有空间聚类算法通过对缺陷设备在电力沿布图中的空间分布密度进行计算，根据用户指定 分析的半径，自动圈出缺陷设备数超过指定数量的区域。计算方法如下：
[0033] 以k为参数，把n个对象分成k个簇，使簇内具有较高的相似度，而簇间的相似度 较低。算法的处理过程如下：首先，随机地选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的 平均值或中心；对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；然后重 新计算每个簇的平均值。这个过程不断重复，直到准则函数收敛。通常，采用平方误差准则， 其定义如下：
[0034]
[0035] 这里E是数据库中所有对象的平方误差的总和，p是空间中的点，mi是簇Ci的平 均值[9]。该目标函数使生成的簇尽可能紧凑独立，使用的距离度量是欧几里得距离，当然 也可以用其他距离度量。算法流程如下：
[0036] 输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k;
[0037] 输出：k个簇，使平方误差准则最小。
[0038]步骤：
[0039] (1)任意选择k个对象作为初始的簇中心；
[0040] (2)repeat；
[0041] (3)根据簇中对象的平均值，将每个对象（重新）赋予最类似的簇；
[0042] (4)更新簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值；
[0043] (5)until不再发生变化。
【主权项】
1. 一种配电网缺陷设备可视化分析方法，其特征是，步骤如下： 步骤1:配电网设备模型生成因为该方法的实现是基于电力地理信息系统，而系统已 提供设备模型生成的方法； 步骤2 :重绘缺陷设备根据缺陷设备的特征数据，利用图形引擎并使用各种各样的管 理策略更好、更快地将缺陷设备的图形提交给显卡即图形处理器重新绘制，使其能够对缺 陷设备的图形按要求重新进行特效渲染； 步骤3 :缺陷设备空间分布计算采用空间聚类算法，根据缺陷设备空间坐标值和用户 指定条件，对缺陷设备的空间发布进行计算，得到满足条件的设备簇群； 步骤4:圈出缺陷设备聚合区域将满足条件的缺陷设备簇群所在区域分别用红色线圈 标记出来，实现方法为：①、计算出首个设备簇群的中心点，以中心点到簇群内最远设备距 离为半径，绘制一个线圈；②、用上述方法循环绘制其后簇群的线圈； 步骤5 :可视化分析与地理信息系统结合起来，反映出某个时间范围内，某一类故障在 哪个地理区块发生的次数多，以便于开展故障的空间分析。2. 根据权利要求1所述的一种配电网缺陷设备可视化分析方法，其特征是，缺陷设备 空间分布计算采用空间聚类算法通过对缺陷设备在电力沿布图中的空间分布密度进行计 算，根据用户指定分析的半径，自动圈出缺陷设备数超过指定数量的区域；其计算方法如 下： 以k为参数，把n个对象分成k个簇，使簇内具有较高的相似度，而簇间的相似度较低。 算法的处理过程如下：首先，随机地选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的平均 值或中心；对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；然后重新计 算每个簇的平均值；这个过程不断重复，直到准则函数收敛；采用平方误差准则，其定义如 下：这里E是数据库中所有对象的平方误差的总和，p是空间中的点，mi是簇Ci的平均值 [9];该目标函数使生成的簇尽可能紧凑独立，使用的距离度量是欧几里得距离，当然也可 以用其他距离度量；算法流程如下： 输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k; 输出：k个簇，使平方误差准则最小。 步骤： (1) 任意选择k个对象作为初始的簇中心； (2)repeat； (3) 根据簇中对象的平均值，将每个对象（重新）赋予最类似的簇； (4) 更新簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值； (5)until不再发生变化。
【专利摘要】一种配电网缺陷设备可视化分析方法，其特征是：步骤1：配电网设备模型生成；步骤2：重绘缺陷设备；步骤3：缺陷设备空间分布计算；步骤4：圈出缺陷设备聚合区域步骤5：可视化分析。本发明的优点或有益之处：基于电力地理信息系统的配电网缺陷设备可视化分析方法的优点是可将缺陷设备直观展现在地理沿布图上，有针对性地进行与空间地理有关系的特定故障、缺陷的分析，从而对这类故障、缺陷的多发区进行有针对性地线路设备特巡或升级改造，提高防御能力。同时，通过系统的应用降低了对运行检修人员经验的依赖程度，提高生产力。
【IPC分类】G06Q50/06
【公开号】CN104992380
【申请号】CN201510405033
【发明人】孙亚洲, 宣磊, 莫海峰, 胡军, 赵涓, 张 浩, 张学华
【申请人】云南电网有限责任公司, 昆明能讯科技有限责任公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月10日