基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法及系统与流程

本发明涉及配电网快速重构分析，特别涉及基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法及系统。

背景技术：

1、传统的配电系统由于缺乏监测手段，当馈线发生故障时，往往需要人工巡检、定位和修复。这种方式费时费力，而且可能存在安全隐患和经济成本高的问题。随着现代工业和商业的快速发展，对配电系统的要求越来越高，需要更加快速、准确和可靠的故障处理手段，如何发现配电网馈线故障，并快速对故障馈线进行故障校对作业成为一个挑战。

2、如授权公告号为cn205015412u的专利公开了一种配电网的故障研判系统。其中，该故障研判系统包括：多个采集装置，分别设置在配电网中，用于采集配电网的状态信息；处理器，分别与多个采集装置电连接，用于由状态信息确定配电网中的故障信息；显示器，与处理器相连接，用于显示故障信息。该实用新型解决了现有技术中无法及时发现配电网中存在的故障的技术问题。但是该实用新型并没有利用配电网络的拓扑结构检测故障馈线。

3、如申请公开号为cn107219418a的专利公开了一种配电网运行状态监测终端，包括服务器和连接服务器的电压检测单元、电流检测单元、相角检测单元、以及显示终端，电压检测单元连接电网，用于检测电网的三相电压，并且向服务器发送相应的电压检测信号；电流检测单元连接电网，用于检测电网的中性点电流，并且向服务器发送相应的电流检测信号；相角检测单元连接电网，用于检测电网的三相电压相角，并且向服务器发送相应的相角检测信号；服务器用于接收电压检测信号、电流检测信号、以及相角检测信号，并且根据预设的监测方程预测电网的三相电压信息、中性点电流信息、以及三相电压相角信息。但是该发明没有利用配电网的拓扑结构检测故障，也没有基于配电网拓扑结构分配作业平台进行故障检修作业。

4、以上专利均存在本背景技术提出的问题：现阶段的配电网快速重构分析方法及系统没有充分利用到配电网的拓扑结构，并且也没有结合配电网的拓扑结构分配移动作业平台进行故障校对作业。为了解决这些问题，本技术设计了一种基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法及系统。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法及系统，通过测量装置采集配电网各个节点处的电流相位、电压相位数据；基于各个节点处的电流相位、电压相位数据构建有向属性图；通过故障检测模型检测有向属性图的边是否存在异常；基于配电网拓扑结构构建无向图；基于无向图分配距离故障馈线最近的移动作业平台移动到故障馈线处进行故障校对。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、基于移动作业平台的配电网快速重构分析系统，所述系统包括设备层、数据库层和控制层；所述设备层包括输入设备和输出设备，所述输入设备包括测量装置，所述测量装置用于采集配电网各个节点的数据，所述输出设备包括显示装置和故障预警装置，所述显示装置用于显示所述系统的分析结果，所述故障预警装置用于在配电网出现故障时进行预警；所述数据库层用于存储所述系统工作过程中采集的数据；所述控制层包括cpu、配电网拓扑结构构建模块、故障检测模块、移动作业平台分配模块和通讯模块。

3、本发明的进一步改进在于，所述cpu用于对所述系统的运行进行管理控制；所述配电网拓扑结构构建模块用于将配电网建模为有向属性图，该有向属性图包含配电网络的拓扑结构特征；所述故障检测模块基于有向属性图，使用图神经网络检测配电网馈线故障，所述移动作业平台分配模块用于快速分配移动作业平台，进行故障校对；所述通讯模块用于在所述系统内部构建通讯网络。

4、本发明的进一步改进在于，所述测量装置被安装在配电网各个节点上，用于采集节点处电流相位、电压相位数据，设在一段周期内测量装置采集的电流相位数据为m＝[m1,m2,,mt]，采集的电压相位数据为n＝[n1,n2,,nt]，其中t表示一段周期内包含的时间步总数。

5、本发明的进一步改进在于，所述配电网拓扑结构构建模块将配电网建模为有向属性图，所述有向属性图g由节点集合v、边集合e、节点属性矩阵x、邻接矩阵a和边属性矩阵y组成，所述节点集合v、边集合e、节点属性矩阵x、邻接矩阵a和边属性矩阵y由以下步骤确定：

6、s1：节点集合v＝{v1,vq}，其中q表示配电网中包含的节点总数，节点集合v中的第i个节点vi表示配电网中对应的第i个节点；

7、s2：节点属性矩阵x∈rq×2t，其中rq×2t表示维度为q×2t的实数空间，设节点属性矩阵x的第i行为第i个节点vi的属性向量xi，xi∈r1×2t，其中r1×2t表示维度为1×d的实数空间，其中xi的取值由以下方法确定：

8、xi＝[mi,ni]；

9、其中mi表示在一段周期内测量装置采集的配电网中第i个节点的电流相位数据，ni表示在一段周期内测量装置采集的配电网中第i个节点的电压相位数据；

10、s3：邻接矩阵a∈rq×q，其中rq×q表示维度为q×q的实数空间，设邻接矩阵a的第i行第j列的元素为ai,j，ai,j的值取值为1或-1，若配电网中电流从第i个节点vi流向第j个节点vj，则ai,j＝1，反之若配电网中电流从第j个节点vj流向第i个节点vi，则ai,j＝-1；

11、s4：边集合e＝{e1,ep}，其中p表示配电网中包含的馈线总数，边集合e中的第p个元素ep表示配电网对应的第p条馈线，其中ep为有向边，用向量表示，设ep表示节点集合v中第i个节点vi和第j个节点vj之间的边，则ep的值按如下规则确定：

12、

13、其中

14、s5：边属性矩阵y∈rp×2t，其中rp×2t表示维度为p×2t的实数空间，设边属性矩阵y的第i行为第p条ep，ep∈r1×2t，其中r1×2t表示维度为1×d的实数空间。

15、本发明的进一步改进在于，所述故障检测模块构建故障检测模型用于检测配电网馈线故障，即检测有向属性图中的边是否异常，所述故障检测模型包括三层图卷积神经网络层和一层全连接神经网络层，所述图卷积神经网络层用如下公式表示：

16、houtput＝f(hinput,a|w)；

17、其中houtput表示该图卷积神经网络层的输出数据，hinput表示该图卷积神经网络层的输入数据，每层图卷积神经网络层的输出数据houtput也是下一层图卷积神经网络层的输入数据，w表示所述图卷积神经网络层的可训练权重矩阵，第一层图卷积神经网络层的输入数据为所述边属性矩阵y，f表示所述图卷积神经网络层的图卷积操作，所述全连接神经网络层以第三层图卷积神经网络层的输出结果为输入，设第三层图卷积神经网络层的输出结果为h3，则所述全连接神经网络层用如下公式表示：

18、l＝sigmoid(linear(h3))；

19、其中sigmoid()表示全连接神经网络层的sigmoid激活函数，l表示全连接神经网络层的输出结果，l为一个向量，l∈r1×p，其中r1×p表示维度为1×p的实数空间，l＝[l1,lp]，其中l的第p个元素lp表示有向图的边集合e中的第p条边ep有异常的概率，所述故障检测模块设置故障检测阈值k，若lp＞k，则判定第p条边ep有异常，使用如下公式训练故障检测模型：

20、

21、其中l′表示指示边集合e中每条边是否有异常的真实标签，|| ||2表示l2范数。

22、本发明的进一步改进在于，所述移动作业平台分配模块基于配电网拓扑结构构建一个无向图g′，g′由无向图节点集合v′、无向图边集合e′和无向图邻接矩阵a′组成，无向图节点集合v′、无向图边集合e′和无向图邻接矩阵a′由以下步骤确定：

23、a1：无向图节点集合v′＝{v′1,v′q}，其中q表示配电网中包含的节点总数，节点集合v′中的第i个节点v′i表示配电网中对应的第i个节点；

24、a2：无向图边集合e′＝{e′1,e′p}，其中p表示配电网中包含的馈线总数，边集合e′中的第p个元素e′p表示配电网对应的第p条馈线，其中e′p为无向边，设e′p表示节点集合v′中第i个节点vi′和第j个节点v′j之间的边，若配电网中第i个节点和第j个节点之间存在馈线，计算v′i到v′j之间的距离，记该距离为s，则e′p＝s，否则若配电网中第i个节点和第j个节点之间不存在馈线，记e′p＝0；

25、a3：无向图邻接矩阵a′∈rp×p，设邻接矩阵a′的第i行第j列的元素为a′i,j，设节点集合v′中第i个节点v′i和第j个节点v′j之间的边为e′p，则a′i,j＝e′p。

26、本发明的进一步改进在于，所述移动作业平台分配模块在所述故障检测模块检测出馈线故障时，分配距离故障馈线最近的移动作业平台移动到故障馈线处进行故障校对，设发生故障的馈线对应为无向图边集合e′中的第p条边e′p，且e′p两端连接的节点为第i个节点v′i和第j个节点v′j，则计算每个移动作业平台到节点v′i和节点v′j的最短路径长度，构成集合dist＝{d1,d2p}，设集合dist中最小的元素对应的是第k个移动作业平台到第i个节点v′i的最短路径，则分配第k个移动作业平台按照最短路径前往第i个节点v′i。

27、基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法，所述方法包括以下具体步骤：

28、1：通过测量装置采集配电网各个节点处的电流相位、电压相位数据；

29、2：基于a1中的各个节点处的电流相位、电压相位数据构建有向属性图；

30、3：通过故障检测模型检测a2中的有向属性图的边是否存在异常；

31、4：基于配电网拓扑结构构建无向图；

32、5：基于4中的无向图分配距离故障馈线最近的移动作业平台移动到故障馈线处进行故障校对。

33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现所述的基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法。

34、一种设备，包括：

35、存储器，用于存储指令；

36、处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现所述的基于移动作业平台的配电网快速重构分析方法的操作。

37、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

38、1、本发明通过测量装置所采集的配电网各个节点处的电流、电压相位数据，以及配电网各个节点之间的相邻关系，构建了有向属性图与无向图，能够有效表示配电网拓扑结构；

39、2、本发明基于构建的有向属性图，将检测配电网馈线故障问题转化为检测有向属性图的边异常问题，并基于图卷积神经网络构建了故障检测模型，可以有效检测故障馈线；

40、3、本发明基于构建的无向图，使用最短路径算法分配距离故障馈线两端节点最近的移动作业平台，前往故障馈线进行故障校对作业，节约了故障校对作业的时间，提高了故障校对效率。