一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法及系统

1.本技术涉及电力可靠性技术领域，尤其是涉及的是一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法及系统。


背景技术：

2.高供电可靠性既是电力用户的需要，也是供电企业自身高质量发展的目标。电网规模日益庞大，结构日趋复杂，对于可靠性专业而言，每天将产生海量的网架拓扑、设备台账、运行状态、故障修复和历史气象等数据。如何实现高效准确的供电可靠性计算和分析，是一个亟待解决的问题。
3.目前国内外工作者对电网供电可靠性分析进行了深入的研究。供电可靠性评估的方法可以分为蒙特卡罗模拟法和解析法两大类。蒙特卡罗模拟法的主要思想是对系统的概率模型进行随机抽样实验。解析法中常用的有故障模式后果分析法、络等值法、状态空间法和最小路算法等。然而上述方法的缺陷在于只适用于简单线路供电可靠性的计算，不能实现线路复杂的大型电网供电可靠性计算。其原因在于以往的研究并没有给出计算最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合和需要修复线路集合的方法。本技术提出了一种基于知识图谱供电可靠性计算方法，解决了难以计算复杂的大型电网供电可靠性的问题。


技术实现要素：

4.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过说明书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
5.本技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法及系统，本技术通过基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法可以计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
6.第一方面，本技术提供了一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法，包括以下步骤：
7.电网网架结构数字化模型的建立：获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型；
8.三元组矩阵的建立：分析电网网架结构数字化模型以提取电网网架结构知识数据，并建立三元组矩阵；
9.电网网架结构知识图谱的建立：分析三元组矩阵，建立电网网架结构知识图谱；
10.负荷点线路集合的建立：根据深度优先搜索算法对电网网架结构知识图谱进行分析，建立负荷点线路集合；
11.供电可靠性指标的计算与评估，采用双向搜索算法对负荷点线路集合进行分析，
并计算出供电可靠性指标，得到评估结果。
12.本技术通过获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型，构建电网网架结构领域知识图谱，可以将电网网架结构以一种清晰明确的形式可视化，是一种显示知识结构关系可视化技术，充分发掘电网结构中接线方式的信息，图数据库与电网网架结构具有天然的相似性，用图数据库来表示设备的连接关系更为直观且更易扩展。
13.本技术采用知识图谱易于并行化访问，可提高频繁检索的处理效率，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
14.在一些实施方式中，电网网架结构知识数据包括电网网架结构的连接节点、电网网架结构连接节点之间的连接关系、电网网架结构连接节点之间的连接关系的属性。本技术通过基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法可以计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
15.在一些实施方式中，三元组矩阵为g＝(v,e,s),，
16.式中，v表示实体的集合，共包含|v|种不同的实体，每个实体有一个唯一确定的标签，e表示关系集合，共包含|e|种关系；s表示属性集合。
17.在一些实施方式中，负荷点线路集合包括负荷点最小路集合l
min-n
、负荷点可靠性有影响的线路集合l
s-n
、负荷点需要修复线路集合l
x-n
。
18.在一些实施方式中，负荷点可靠性有影响的线路集合l
s-n
为负荷点最小路集合l
min-n
上的线路往其他线路延伸至熔断器和断路器为止，负荷点需要修复线路集合l
x-n
为负荷点最小路集合l
min-n
上的线路往其他线路延伸至隔离装置为止。
19.在一些实施方式中，供电可靠性指标包括负荷点的等效故障率、负荷点的年平均停电时间和负荷点的等效故障修复时间。
20.在一些实施方式中，负荷点的等效故障率的计算公式为
[0021][0022]
式中，式中，g(li)为各集合中线路段li的长度，为线路段li的故障率，g(ln)为分支线ln的长度，为分支线ln的故障率，为分支线ln上变压器等串联设备的等效故障率，l
p-n
为负荷点，λn为等效故障率；
[0023]
负荷点的年平均停电时间的计算公式为
[0024][0025]
式中，r
fix
(li)为线路段li的等效故障修复时间；r
cut
(li)为线路段li发生故障后的隔离时间；r
spa
为备用电源合闸时间，为分支线ln上变压器等线路串联设备的等效故障修复时间，l
p-n
为负荷点，un为年平均停电时间；
[0026]
负荷点的等效故障修复时间的计算公式为rn＝un/λn,，
[0027]
式中，rn为等效故障修复时间，λn为等效故障率，un为年平均停电时间。
[0028]
在一些实施方式中，本技术基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法还包括：根据评估结果分析供电可靠性的薄弱环节，并作出相应调整决策。
[0029]
第二方面，本技术提供了一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统，包括：
[0030]
数据获取模块，其用于获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型；
[0031]
图谱构建模块，其用于分析电网网架结构数字化模型以提取电网网架结构知识数据以建立三元组矩阵，并分析三元组矩阵，建立电网网架结构知识图谱；
[0032]
计算评估模块，其用于根据深度优先搜索算法对电网网架结构知识图谱进行分析，建立负荷点线路集合，并采用双向搜索算法对负荷点线路集合进行分析，计算出供电可靠性指标，得到评估结果。
[0033]
本技术通过设置了数据获取模块、图谱构建模块以及计算评估模块，能够更快地获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型，更便于分析与提取电网网架结构知识数据以建立电网网架结构知识图谱，能够快速计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
[0034]
在一些实施方式中，本技术基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统还包括推理决策模块，其用于根据评估结果分析供电可靠性的薄弱环节，并作出相应调整决策。
[0035]
通过采用上述的技术方案，本技术的有益效果是：
[0036]
本技术通过获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型，构建电网网架结构领域知识图谱，可以将电网网架结构以一种清晰明确的形式可视化，是一种显示知识结构关系可视化技术，充分发掘电网结构中接线方式的信息，图数据库与电网网架结构具有天然的相似性，用图数据库来表示设备的连接关系更为直观且更易扩展。
[0037]
本技术通过设置了数据获取模块、图谱构建模块以及计算评估模块，能够更快地获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型，更便于分析与提取电网网架结构知识数据以建立电网网架结构知识图谱，能够快速计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
[0038]
本技术具有较强的实用性和可行性，可为电网调度、规划以及运行管理人员的决策工作提供重要的依据，具有很高的推广应用价值。
[0039]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0040]
无疑的，本技术的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。
[0041]
为让本技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个
较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
[0042]
附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施方式共同用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。
[0043]
为了更清楚地说明本技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一个或数个实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。
[0044]
图1为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法的流程图；
[0045]
图2为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法中电网网架结构的知识图谱图；
[0046]
图3为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。
[0048]
同时，在以下说明中，处于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0049]
参照图1，图1为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法的流程图。
[0050]
根据本技术的一些实施方式，本技术提供了一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法，包括以下步骤：
[0051]
s1.电网网架结构数字化模型的建立：获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型；
[0052]
s2.三元组矩阵的建立：分析电网网架结构数字化模型以提取电网网架结构知识数据，并建立三元组矩阵；
[0053]
s3.电网网架结构知识图谱的建立：分析三元组矩阵，建立电网网架结构知识图谱；
[0054]
s4.负荷点线路集合的建立：根据深度优先搜索算法对电网网架结构知识图谱进行分析，建立负荷点线路集合；
[0055]
s5.供电可靠性指标的计算与评估，采用双向搜索算法对负荷点线路集合进行分析，并计算出供电可靠性指标，得到评估结果。
[0056]
本技术通过获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模
型，构建电网网架结构领域知识图谱，可以将电网网架结构以一种清晰明确的形式可视化，是一种显示知识结构关系可视化技术，充分发掘电网结构中接线方式的信息，图数据库与电网网架结构具有天然的相似性，用图数据库来表示设备的连接关系更为直观且更易扩展。
[0057]
本技术采用知识图谱易于并行化访问，可提高频繁检索的处理效率，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
[0058]
根据本技术的一些实施方式，可选地，电网网架结构知识数据包括电网网架结构的连接节点、电网网架结构连接节点之间的连接关系、电网网架结构连接节点之间的连接关系的属性。本技术通过基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法可以计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
[0059]
根据本技术的一些实施方式，可选地，三元组矩阵为g＝(v,e,s),，
[0060]
式中，v表示实体的集合，共包含|v|种不同的实体，每个实体有一个唯一确定的标签，e表示关系集合，共包含|e|种关系；s表示属性集合。
[0061]
根据本技术的一些实施方式，可选地，负荷点线路集合包括负荷点最小路集合l
min-n
、负荷点可靠性有影响的线路集合l
s-n
、负荷点需要修复线路集合l
x-n
。
[0062]
根据本技术的一些实施方式，可选地，负荷点可靠性有影响的线路集合l
s-n
为负荷点最小路集合l
min-n
上的线路往其他线路延伸至熔断器和断路器为止，负荷点需要修复线路集合l
x-n
为负荷点最小路集合l
min-n
上的线路往其他线路延伸至隔离装置为止。
[0063]
进一步地，隔离装置为断路器、熔断器、隔离开关或分段开关。
[0064]
根据本技术的一些实施方式，可选地，供电可靠性指标包括负荷点的等效故障率、负荷点的年平均停电时间和负荷点的等效故障修复时间。
[0065]
根据本技术的一些实施方式，可选地，负荷点的等效故障率的计算公式为
[0066][0067]
式中，式中，g(li)为各集合中线路段li的长度，为线路段li的故障率，g(ln)为分支线ln的长度，为分支线ln的故障率，为分支线ln上变压器等串联设备的等效故障率，l
p-n
为负荷点，λn为等效故障率；
[0068]
负荷点的年平均停电时间的计算公式为
[0069][0070]
式中，r
fix
(li)为线路段li的等效故障修复时间；r
cut
(li)为线路段li发生故障后的隔离时间；r
spa
为备用电源合闸时间，为分支线ln上变压器等线路串联设备的等效故障修复时间，l
p-n
为负荷点，un为年平均停电时间；
[0071]
负荷点的等效故障修复时间的计算公式为rn＝un/λn,，
[0072]
式中，rn为等效故障修复时间，λn为等效故障率，un为年平均停电时间。
[0073]
根据本技术的一些实施方式，可选地，本技术基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法还包括：根据评估结果分析供电可靠性的薄弱环节，并作出相应调整决策。
[0074]
参照图3，图3为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统的结构示意图。
[0075]
根据本技术的一些实施方式，本技术提供了一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统，包括数据获取模块、图谱构建模块以及计算评估模块。其中，数据获取模块用于获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型；图谱构建模块用于分析电网网架结构数字化模型以提取电网网架结构知识数据以建立三元组矩阵，并分析三元组矩阵，建立电网网架结构知识图谱；计算评估模块用于根据深度优先搜索算法对电网网架结构知识图谱进行分析，建立负荷点线路集合，并采用双向搜索算法对负荷点线路集合进行分析，计算出供电可靠性指标，得到评估结果。
[0076]
本技术通过设置了数据获取模块、图谱构建模块以及计算评估模块，能够更快地获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型，更便于分析与提取电网网架结构知识数据以建立电网网架结构知识图谱，能够快速计算出负荷点最小路集合、负荷点可靠性有影响的线路集合以及需要修复线路集合，大大简化了供电可靠性指标的计算程序，大大降低了供电可靠性指标的计算难度，进而提高了供电可靠性的评估效率与准确性。
[0077]
根据本技术的一些实施方式，可选地，本技术基于知识图谱供电可靠性的计算评估系统还包括推理决策模块，其用于根据评估结果分析供电可靠性的薄弱环节，并作出相应调整决策。
[0078]
请再次参照图1，图1为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法的流程图。
[0079]
根据本技术的一些实施方式，本技术提供了一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法，包括以下步骤：
[0080]
s1.电网网架结构数字化模型的建立：获取与导入待评估的电网网架结构数据，建立电网网架结构数字化模型；
[0081]
s2.三元组矩阵的建立：分析电网网架结构数字化模型以提取电网网架结构知识数据，并建立三元组矩阵；
[0082]
s3.电网网架结构知识图谱的建立：分析三元组矩阵，建立电网网架结构知识图谱；
[0083]
s4.负荷点线路集合的建立：根据深度优先搜索算法对电网网架结构知识图谱进行分析，建立负荷点线路集合；
[0084]
s5.供电可靠性指标的计算与评估，采用双向搜索算法对负荷点线路集合进行分析，并计算出供电可靠性指标，得到评估结果。
[0085]
步骤s1中选2019年上海崇明地区一条馈线(建1新亚开关)的配电网网架结构数据作为供电可靠性计算的样本数据。
[0086]
步骤s2中构造知识图谱中的三元组矩阵，其具体内容为：
[0087]
g＝(v,e,s),
[0088]
式中，v表示实体的集合，共包含|v|种不同的实体，每个实体有一个唯一确定的标签；e表示关系集合，共包含|e|种关系；s表示属性集合。
[0089]
在配电网网架结构中，v是网架结构的连接节点，e是节点之间的连接关系，例如两个节点之间的连接关系是线路、断路器、开关或者变压器等元件，s是关系的属性，例如线路的长度、型号、开关的隔离时间、变压器的容量等。
[0090]
为了便于电网网架结构知识图谱的构建，将矩阵g设置成“实体1—关系—实体2”三元组的形式。实体1和实体2分别表示网架结构的连接起点和终点。
[0091]
以建1新亚开关馈线为例，电网网架结构数据构建的部分三元组矩阵如表1所示。
[0092]
表1建1新亚开关的部分三元组矩阵数据
[0093][0094]
其中，建1新亚开关表示电源起点名称，建设社区中心表示变压器名称，表格中的数字表示节点的序号。
[0095]
步骤s3中利用三元组矩阵建立电网网架结构知识图谱的具体内容为：
[0096]
s31.初始化创建节点集合n为空集；
[0097]
s32.在三元组矩阵中读取起始节点n
start
和终止节点n
end
；
[0098]
s33.分别判断起始节点n
start
和终止节点n
end
是否是创建节点集合n的子集。若是，则在neo4j中查找该节点，并将该节点加入到集合n中；否则直接在neo4j中创建该节点；
[0099]
s34.根据三元组矩阵创建起始节点n
start
到终止节点n
end
的关系；
[0100]
s35.标注节点和关系的属性；
[0101]
s36.判断所有节点的关系是否都创建。如果否，跳到2)中；否则循环结束；
[0102]
s37.导出电网网架结构的知识图谱。
[0103]
参照图2，图2为本技术一些实施方式的一种基于知识图谱供电可靠性的计算评估方法中电网网架结构的知识图谱图。
[0104]
步骤s4根据深度优先搜索算法得到负荷点的最小路集合l
min-n
、可靠性有影响的线路集合l
s-n
和需要修复线路集合l
x-n
，具体内容为：
[0105]
首先采用深度优先搜索算法从电源点开始对电网网架结构知识图谱进行正向遍历，获得电源点至各负荷点线路中所经过的所有熔断器、断路器、隔离开关和分段开关的编号、以及依次经过所有支路编号的信息。其中，电源点至各负荷点所经过的支路就构成电源点至相应负荷点的最小路集合l
min-n
。
[0106]
认为熔断器及断路器之后的线路若有故障则被立刻切除，而不影响其他负荷点的
供电可靠性。因此，负荷点可靠性有影响的线路集合l
s-n
可以表示为负荷点最小路集合上的线路往其他线路延伸至熔断器和断路器为止。
[0107]
采用逆向遍历从负荷点开始向上搜索，每向上搜索一层节点则检查该节点与其父节点之间的线路是否有隔离装置(断路器、熔断器、隔离开关、分段开关等)，若无隔离装置，则将该线路加入负荷点需要修复线路集合。因此，负荷点需要修复线路集合l
x-n
可以表示为负荷点最小路集合上的线路往其他线路延伸至隔离装置为止。
[0108]
步骤s5利用双向搜索算法计算供电可靠性指标的具体内容为：
[0109]
负荷点l
p-n
的等效故障率λn的具体计算公式为：
[0110][0111]
式中，g(li)为各集合中线路段li的长度，为线路段li的故障率，g(ln)为分支线ln的长度，为分支线ln的故障率，为分支线ln上变压器等串联设备的等效故障率。
[0112]
负荷点l
p-n
的年平均停电时间un的具体计算为：
[0113][0114]
式中，r
fix
(li)为线路段li的等效故障修复时间；r
cut
(li)为线路段li发生故障后的隔离时间；r
spa
为备用电源合闸时间，为分支线ln上变压器等线路串联设备的等效故障修复时间。线路段集合l
cut-n
和l
spa-n
的具体计算过程为：
[0115]
l
exp-n
＝l
min-n
∪l
x-n
,
[0116]
l
cut-n
＝l
s-n-(l
s-n
∩l
exp-n
),
[0117]
l
spa-n
＝l
min-n-(l
min-n
∩l
x-n
),
[0118]
根据等效故障率、年平均停电时间和等效故障修复时间之间的关系得到等效故障修复时间rn的具体计算为：
[0119]rn
＝un/λn,
[0120]
根据以上内容可以计算各个负荷点的等效故障率、年平均停电时间和等效故障修复时间，进而得到系统平均停电频率、系统平均停运持续时间、用户平均停电持续时间、供电可靠率等供电可靠性指标。
[0121]
应该理解的是，本技术所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0122]
说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0123]
此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本技术的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本技术无需上述一个或多个具体的细节便可
实现或者也可采用其他方法、组件、材料等实现。