一种基于大数据的配电网数据监测预警系统及方法与流程

本发明涉及智能电网，具体为一种基于大数据的配电网数据监测预警系统及方法。

背景技术：

1、恒压配电网是一种将电力从发电厂输送到终端用户的电力供应系统，其特点是在配电网络中维持一个恒定的电压水平，当用户负载变化时，系统会自动调整电流以保持恒定的电压水平，广泛应用于住宅、商业、工业等领域。恒压配电网通常由多个电路节点和节点间的线路构成，电能经过节点引出的支路供给用户使用，而节点处容易出现漏电和绝缘破损的问题，导致节点电流数据异常，因此需要对节点进行定期监测巡检。

2、现有的自动化节点监测系统通过测量电路中每个节点的电压和电流值，通过分析这些数据，以识别电路中节点的运行情况，但一些配电网中节点众多，由于自动化节点监测系统需要复杂的算法和技术来处理数据，对每一个节点都设置电流检测装置并不现实，也会带来额外的监测成本。

3、此外，对异常节点的定位也是电网监测领域的一大难点，现有技术通过隔离与排除法来逐一排查电网的不同部分来进行，效率较为低下，难以帮助电网工作人员在维护、故障排除和设计电路时快速准确地确定异常节点位置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于大数据的配电网数据监测预警系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的配电网数据监测预警系统，包括：节点价值模块、支路测试模块、电流标记模块、状态验证模块和排障定位模块；

3、所述节点价值模块用于根据电网节点的支路连接特征和历史配电记录，计算各节点的检测价值，根据电网中节点的数量、支路的数量以及节点的检测价值计算最低节点检测数量；

4、所述支路测试模块用于根据所述最低节点检测数量，按价值从高到低选择测试节点，在所述测试节点内添加电流检测装置，利用所述电流检测装置检测流经测试节点的各支路电流，并判断各支路电流是否满足节点的状态方程；

5、所述电流标记模块用于在电网运行时，获取各测试节点之间的全部支路以及支路所连接的节点数量，判断支路电流的流动方向，在电流起始节点对支路进行一次标记，且电流每流过一个节点，就再次为支路添加一次标记；

6、所述状态验证模块用于根据支路流过节点时的标记数量，利用起始测试节点测出的已知电流，列出每一个节点的状态方程，获取两个测试节点之间所有节点的状态方程，构成多元方程组，解所述多元方程组，计算终端测试节点的电流值，与实测值比较，判断节点间是否存在异常；

7、所述排障定位模块用于根据异常支路的标记，获取异常支路流过的所有节点，选取其中固定比例节点作为排障节点，在两个测试节点中施加脉冲电流，根据排障节点的检测结果，确定异常节点的位置。

8、进一步的，所述节点价值模块包括：网络拓扑单元、配电记录单元和价值管理单元；

9、所述网络拓扑单元用于获取配电网中的电路连接图，利用所述电路连接图生成节点连接模型；

10、所述配电记录单元用于获取所述节点连接模型中各节点的支路连接特征和历史配电记录，所述支路连接特征包括：节点连接支路的数量和节点与供电母线的距离，历史配电记录包括：节点总电流和节点异常记录；

11、所述价值管理单元用于根据节点的支路连接特征和历史配电记录，计算各节点的检测价值和最低节点检测数量。

12、进一步的，所述支路测试模块包括：节点选择单元和电流检测单元；

13、所述节点选择单元用于根据个节点的价值和最低节点出数量选取测试节点；

14、所述电流检测单元用于在测试节点处设置电流检测装置，检测流过节点各支路的电流。

15、进一步的，所述电流标记模块包括：流向预测单元和支路标记单元；

16、所述流向预测单元用于判断测试节点间的电流流动方向，在起始节点标记支路；

17、所述支路标记单元用于在支路中的电流每流过一个节点时，为电流流出的支路添加一次标记。

18、进一步的，所述状态验证模块包括：电流状态单元、节点融合单元和异常判断单元；

19、所述电流状态单元用于利用支路流过测试节点时的标记数量，列出节点的状态方程；

20、所述节点融合单元用于获取所有节点的状态方程，构成多元方程组；

21、所述异常判断单元用于判断方程组的结果与实测结果是否一致，判断电网的异常。

22、进一步的，所述排障定位模块包括：排障节点单元和脉冲电流单元；

23、所述排障节点单元用于根据异常支路的标记，选取支路流经的固定比例节点作为排障节点；

24、所述脉冲电流单元用于根据排障节点的检测数据，判断故障节点的位置。

25、一种基于大数据的配电网数据监测预警方法，包括以下步骤：

26、步骤s1.建立配电网连接模型，获取配电网各连接节点的支路特征和历史配电记录，并根据所述支路特征和历史配电记录评估各节点的检测价值；

27、步骤s2.根据电网中节点的数量、支路的数量以及各节点的检测价值计算最低节点检测数量，根据所述最低节点检测数量，按节点检测价值从高到低的顺序选择测试节点；

28、步骤s3.在所述测试节点内添加电流检测装置，检测流经测试节点各支路的电流大小和电流方向，将所有电流流出的支路记作特征支路，与特征支路直接相连的测试节点记作特征支路的第一节点，所述特征支路中的电流每流经一个非测试节点，则向特征支路添加一次标记，直到电流流经另一个测试节点，转到步骤s4；

29、步骤s4.当步骤s3中特征支路中的电流流入另一个测试节点时，将流入的测试节点记作第二节点，获取与第二节点连接的所有其他支路的电流值，列出特征支路流经各节点的状态方程组，所述状态方程组中未知数的数量与特征支路的标记数量相同；

30、步骤s5.将所述状态方程组的解集与第二节点的实测值比较，判断电网是否存在异常，存在异常时，根据出现异常的特征支路标记，排查特征支路电流流过的节点，找到产生异常的节点。

31、进一步的，步骤s1包括：

32、步骤s11.根据配电网的电路连接图，建立配电网连接模型，在模型中标注出所有的电路连接节点并进行编号，所述电路连接节点指配电网中两条或两条以上线路的连接点，编号结果记作集合{r1,r2,…，rt，…，rn}，其中n代表配电网中节点的数量，rt代表编号为t的节点；

33、步骤s12.根据各节点的支路特征和历史配电记录计算节点的检测价值，所述支路特征包括：节点所连接支路的数量和节点与供电母线间的距离，所述历史配电记录包括：上一个用电周期内的电网总功率、节点的故障次数和故障时的平均电流损耗值；

34、所述计算节点的检测价值的方法如下：

35、

36、其中，ct代表节点rt的检测价值，p代表上一个用电周期内的电网总功率，u代表电网的工作电压，at表示节点rt所连接支路的数量，ai表示编号为i的节点所连接支路的数量，ut代表预设用电周期的长度，ft代表节点rt上一个周期内的故障次数，et代表节点rt上一个周期内故障时的平均电流损耗值，lt代表节点rt与供电母线间的距离。

37、进一步的，步骤s2包括：

38、步骤s21.将所有节点按照步骤s1中计算出的检测价值从大到小的顺序排列，构成节点选择序列r，序列中排在第g位的节点记作r[g]，节点r[g]所连接的支路数量记作a[g]；

39、步骤s22.结合电网中节点的数量和支路的数量，将所有支路的数量记作m，节点数量为n，计算节点的最低检测数量：

40、

41、其中，a[g]代表节点r[g]所连接的支路数量，所述x代表节点的检测数量，使不等式满足的x的最小值x0即为节点的最低检测数量；

42、步骤s23.根据步骤s22得到的最低检测数量x0，从所述节点选择序列r中选择前n个节点作为测试节点，转到步骤s3。

43、进一步的，步骤s3包括：

44、步骤s31.在步骤s2中确定的每一个测试节点内部置入电流检测装置，获取所述测试节点所连接各支路内的电流大小与检测时刻的电流方向，并将所有电流流出节点的支路记作特征支路，与所述特征支路直接相连的测试节点记作特征支路的第一节点；

45、步骤s32.电流检测完毕后，对于每一个特征支路，根据配电网的电路连接图，沿所述特征支路的电流方向，特征支路中的电流每流过一个非测试节点，则为特征支路添加一次标记，直到所述特征支路的电流流入另一个测试节点为止，所述流入的另一个测试节点记作特征支路的第二节点。

46、进一步的，步骤s4包括：

47、步骤s41.特征支路到达第二节点后，利用所述特征支路上的标记，记录所有特征支路流过的非测试节点，记作集合{w1,w2,…,wj,…,wh}，其中h代表特征支路的标记数量，wj代表第j个特征支路流过的非测试节点；

48、步骤s42.对每一个特征支路流过的节点建立状态方程，得到的h元方程组如下：

49、

50、其中，i0代表特征支路在第一节点中的初始电流，ij代表特征支路流过第j个非测试节点后电路中的电流，kj分别代表第j个非测试节点连接的支路数量，a(j,kj)代表第j个非测试节点连接的第kj个支路中的电流；

51、步骤s43.利用步骤s1中得到的配电网连接模型，获取各支路间的连接关系，根据所述连接关系和所有测试节点中检测出的电流值，利用电流瞬态分析模型，得到所有a(j,kj)间的数量关系；

52、由于所有a(j,kj)均建立了数量关系，i0为已知数，解所述h元方程组，则可得到ih的值，将计算结果记为i理论。

53、进一步的，步骤s5包括：

54、步骤s51.利用第二节点内的电流检测装置，检测步骤s41中所述特征支路的电流，将检测结果记作i实际；

55、若i理论＝i实际，则判断电路没有发生异常，若i理论≠i实际，则判断电路存在异常，转到步骤s52；

56、步骤s52.电路存在异常时，获取出现异常的特征支路内的标记，利用所述标记获取特征支路电流流过的节点，逐一检测特征支路流过节点后的实际电流值与步骤s3中计算出的值是否相等，将不相等的节点记为异常节点。

57、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

58、1.本发明能够根据电网节点的支路连接和距离，计算各节点的检测价值，在最有价值的测试节点内添加电流检测装置，减少了在低价值节点安装电力传感器的成本，更有效的对配电网节点进行监管，可以及时发现潜在的漏电风险和电阻异常等问题，以便适当的措施来优化电网的运行，更经济、更高效地进行线路检修。

59、2.本发明能够利用测试节点的已知电流对未知节点的电流进行预测，通过各节点的状态方程推断支路的电压与电流，与实测值进行比较，从而判断出配电网中是否存在异常电力数据，可以及时发现节点的故障和异常情况，及时采取措施修复，从而提高供电可靠性，防止事故和故障的发生。

60、3.本发明能够根据异常支路的标记，找到异常支路流过所有节点，选取其中固定比例节点作为排障节点，根据排障节点的检测结果，确定异常节点的位置，能够更方便的对故障节点进行定位，提高电网维修速度，为用户提供更可靠、高效和安全的电力供应。