本發(fā)明涉及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法領(lǐng)域，具體涉及一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

電網(wǎng)公司通常使用電網(wǎng)GIS平臺(tái)維護(hù)配電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，主要包括電力用戶與臺(tái)區(qū)變壓器的連接關(guān)系，臺(tái)區(qū)變壓器與饋線的連接關(guān)系。配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)95598客戶報(bào)修定位、配電網(wǎng)故障研判、停電計(jì)劃優(yōu)化管理等業(yè)務(wù)都有著重要作用。目前，電網(wǎng)GIS平臺(tái)的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存在著大量錯(cuò)誤或缺失，與配電網(wǎng)實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一致，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)公司日常業(yè)務(wù)正常開展。

為了校驗(yàn)和修改這些錯(cuò)誤，通常做法是：當(dāng)配電網(wǎng)實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，人工記錄這些變更并更新電網(wǎng)GIS平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)，或者組織人力進(jìn)行實(shí)地巡測(cè)修正這些錯(cuò)誤。這些方法既耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間，準(zhǔn)確性又不夠，同時(shí)對(duì)于采用地下電纜鋪設(shè)的臺(tái)區(qū)、偏遠(yuǎn)臺(tái)區(qū)等不具備良好的可操作性。

公開號(hào)CN 104218581的一種利用量測(cè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括(1)計(jì)算智能電表的分時(shí)電壓序列和分時(shí)電壓分布曲線；(2)分析電壓序列的相關(guān)系數(shù)；(3)評(píng)估每一對(duì)智能電表的相對(duì)電距離；(4)通過(guò)比較電壓序列的電壓值，判斷出一組智能電表在同一饋線上的相對(duì)上下游位置，驗(yàn)證GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正確性。該方法分析的數(shù)據(jù)來(lái)源是一定地理區(qū)域內(nèi)、同一臺(tái)變下的不同智能電表采集的每小時(shí)時(shí)序電壓，通過(guò)計(jì)算這些時(shí)序電壓之間的相關(guān)系數(shù)和其相對(duì)的電壓大小，并與同一區(qū)域內(nèi)其他臺(tái)變下得出的同類數(shù)據(jù)作對(duì)比分析，驗(yàn)證GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正確性。該方法的不足之處是：(1)無(wú)法快速大批量校驗(yàn)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(2)采用相關(guān)系數(shù)比較電壓曲線相似性對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高，同時(shí)又很難確定一個(gè)相關(guān)系數(shù)的閥值判斷兩個(gè)用戶是否屬于同一個(gè)臺(tái)區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法，用以解決現(xiàn)有校驗(yàn)方法人力成本高、準(zhǔn)確性不夠、可操作性差的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(1)獲取校驗(yàn)用戶所在臺(tái)區(qū)其它用戶和其鄰近臺(tái)區(qū)所有用戶，組成校驗(yàn)用戶訓(xùn)練樣本集合；

(2)提取校驗(yàn)用戶及其訓(xùn)練樣本集合所有用戶最近一段時(shí)間的電壓曲線數(shù)據(jù)；

(3)計(jì)算校驗(yàn)用戶與其訓(xùn)練樣本集合每個(gè)用戶之間電壓曲線的相似性；

(4)基于相似性大小選取校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰，計(jì)算校驗(yàn)用戶的正確臺(tái)區(qū)類別，進(jìn)而判斷校驗(yàn)用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否正確。

優(yōu)選的，所述鄰近臺(tái)區(qū)是基于校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器與該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器之間的距離搜索，若所述距離在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則判斷為鄰近臺(tái)區(qū)。

優(yōu)選的，所述距離是根據(jù)電網(wǎng)GIS平臺(tái)中校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器與該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算，包括：

設(shè)(jA，wA)為校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器經(jīng)緯度坐標(biāo)，(jB，wB)為該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器經(jīng)緯度坐標(biāo)，R為地球半徑，利用公式d_AB＝R×cos^-1[cos wA×cos wB×cos(jA-jB)+sin wA×sin wB]計(jì)算二者之間的物理距離。

優(yōu)選的，所述計(jì)算校驗(yàn)用戶與其訓(xùn)練樣本集合每個(gè)用戶之間電壓曲線的相似性，是計(jì)算兩條電壓曲線之間的離散Fréchet距離，包括：

首先，將從用電信息采集系統(tǒng)提取的用戶智能電表電壓序列數(shù)據(jù)表示成{(i，u_i)}_i＝1…n；其中，i是提取的電壓值序列號(hào)，u_i是提取的電壓值，n為提取的電壓值的數(shù)量；

其次，找出用戶電壓曲線的至高點(diǎn)；如果一個(gè)點(diǎn)的電壓值比前兩個(gè)點(diǎn)電壓值大同時(shí)還比后兩個(gè)點(diǎn)電壓值大，就稱它為一個(gè)至高點(diǎn)；并將它們表示成A＝＜(1，u₁)，…(m,u_m)＞，其中(1，u₁)，…(m,u_m)是用戶電壓曲線的m個(gè)至高點(diǎn)；

最后，根據(jù)離散Fréchet距離的定義計(jì)算校驗(yàn)用戶與訓(xùn)練樣本集合中每個(gè)用戶電壓曲線之間的離散Fréchet距離。

優(yōu)選的，對(duì)校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰賦予不同的權(quán)值以體現(xiàn)其貢獻(xiàn)程度的高低，每個(gè)最近鄰權(quán)值是其與校驗(yàn)用戶電壓曲線之間離散Fréchet距離的導(dǎo)數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟(4)，基于相似性大小選取校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰，計(jì)算校驗(yàn)用戶的正確臺(tái)區(qū)類別，進(jìn)而判斷校驗(yàn)用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否正確，包括：

步驟(41)，基于離散Fréchet距離大小選取校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰；

步驟(42)，假設(shè)m個(gè)最近鄰{a_i}_i＝1…m的臺(tái)區(qū)類別為A，它們與該用戶的離散Fréchet距離為{d_i}_i＝1…m；n個(gè)最近鄰{b_i}_i＝1…n的臺(tái)區(qū)類別為B，它們與該用戶的離散Fréchet距離為{d′_i}_i＝1…n；而且k＝m+n；

步驟(43)，若則判定校驗(yàn)用戶的臺(tái)區(qū)類別為A；如果校驗(yàn)用戶電網(wǎng)GIS平臺(tái)中臺(tái)區(qū)類別為A，則判定該用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正確；否則判定該用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，并在電網(wǎng)GIS平臺(tái)修正該用戶的所屬臺(tái)區(qū)為A。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明分析的數(shù)據(jù)來(lái)源是電網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)里的電壓序列數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算校驗(yàn)用戶與其附近區(qū)域內(nèi)每個(gè)用戶之間智能電表電壓曲線的離散Fréchet距離，獲取與校驗(yàn)用戶最相似的k個(gè)“最近鄰”，進(jìn)而判斷校驗(yàn)用戶的正確臺(tái)區(qū)類別，可有效驗(yàn)證電網(wǎng)GIS平臺(tái)中配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的正確性。本發(fā)明的校驗(yàn)方法所需的物資和人力成本低、準(zhǔn)確性高、可操作性好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明兩個(gè)供電半徑交叉的臺(tái)區(qū)變壓器示意圖。

圖3為本發(fā)明校驗(yàn)用戶m01及其訓(xùn)練樣本集合中智能電表電壓曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

電網(wǎng)GIS平臺(tái)維護(hù)的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存在問(wèn)題主要有2種：(1)未記錄用戶所屬的臺(tái)區(qū)或未記錄臺(tái)區(qū)變壓器所屬的饋線；(2)用戶所屬的臺(tái)區(qū)或臺(tái)區(qū)變壓器所屬的饋線記錄錯(cuò)誤，而且通常是錯(cuò)誤地把某個(gè)臺(tái)區(qū)用戶掛接到相鄰臺(tái)區(qū)，或者把某個(gè)饋線的臺(tái)區(qū)變壓器掛接到相鄰饋線。

在配電網(wǎng)中，由于各處負(fù)荷的不確定性，電壓經(jīng)常波動(dòng)。電氣距離比較近的負(fù)荷，其電壓波動(dòng)曲線比較相似；而電氣距離比較遠(yuǎn)的負(fù)荷，其電壓波動(dòng)曲線相似度比較低。針對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)第一種問(wèn)題，可以根據(jù)用戶與附近區(qū)域用戶之間智能電表電壓曲線的相似性對(duì)未記錄其臺(tái)區(qū)關(guān)系的用戶進(jìn)行正確分類，標(biāo)記該用戶所屬的臺(tái)區(qū)；或者是根據(jù)臺(tái)區(qū)變壓器與附近區(qū)域變壓器之間電壓曲線的相似性對(duì)未記錄其饋線關(guān)系的臺(tái)區(qū)變壓器進(jìn)行正確分類，標(biāo)記該變壓器所屬的饋線。針對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第二種問(wèn)題，可以根據(jù)用戶與附近區(qū)域用戶之間智能電表電壓曲線相似性識(shí)別、修正用戶所屬的臺(tái)區(qū)類別錯(cuò)誤，或者根據(jù)臺(tái)區(qū)變壓器與附近區(qū)域變壓器之間電壓曲線相似性識(shí)別、修正臺(tái)區(qū)變壓器所屬的饋線類別錯(cuò)誤。上述兩種問(wèn)題可以歸納為校驗(yàn)對(duì)象的分類問(wèn)題。數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域中的基于距離(相似性)度量的分類技術(shù)可以很好解決解決配電網(wǎng)用戶、臺(tái)區(qū)之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的校驗(yàn)問(wèn)題(臺(tái)區(qū)變壓器與饋線之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)相類似)。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(1)獲取校驗(yàn)用戶所在臺(tái)區(qū)其它用戶和其鄰近臺(tái)區(qū)所有用戶，組成校驗(yàn)用戶訓(xùn)練樣本集合；

(2)提取校驗(yàn)用戶及其訓(xùn)練樣本集合所有用戶最近一段時(shí)間的電壓曲線數(shù)據(jù)；

(3)計(jì)算校驗(yàn)用戶與其訓(xùn)練樣本集合每個(gè)用戶之間電壓曲線的相似性；

(4)基于相似性大小選取校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰，計(jì)算校驗(yàn)用戶的正確臺(tái)區(qū)類別，進(jìn)而判斷校驗(yàn)用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否正確。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種基于k最近鄰分類算法的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(1)獲取校驗(yàn)用戶所在臺(tái)區(qū)其它用戶和其鄰近臺(tái)區(qū)所有用戶，組成校驗(yàn)用戶訓(xùn)練樣本集合。其中，鄰近臺(tái)區(qū)是基于校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器與該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器之間的距離搜索。

國(guó)家電網(wǎng)公司企標(biāo)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》明確，220/380V線路應(yīng)該有明確的供電范圍，A類區(qū)域供電半徑不宜超過(guò)150米，B類不宜超過(guò)250米，C類不宜超過(guò)400米，D類不宜超過(guò)500米。參考圖2，兩個(gè)供電半徑交叉的臺(tái)區(qū)變壓器，兩臺(tái)配變與它所供電用戶之間距離應(yīng)小于500米，若臺(tái)區(qū)變壓器A與臺(tái)區(qū)變壓器B之間物理距離小于1000米，則認(rèn)為這兩臺(tái)變壓器是相鄰的，否則不相鄰。

從電網(wǎng)GIS平臺(tái)提取校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器以及該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器的經(jīng)緯度坐標(biāo)。設(shè)(jA，wA)為校驗(yàn)用戶臺(tái)區(qū)變壓器經(jīng)緯度坐標(biāo)，(jB，wB)為該地區(qū)其它臺(tái)區(qū)變壓器經(jīng)緯度坐標(biāo)，R為地球半徑，利用公式d_AB＝R×cos^-1[cos wA×cos wB×cos(jA-jB)+sin wA×sin wB]計(jì)算二者之間的物理距離，若距離小于1000米，則判定鄰近臺(tái)區(qū)。

(2)從用電信息采集系統(tǒng)提取校驗(yàn)用戶及其訓(xùn)練樣本集合所有用戶最近一段時(shí)間的電壓曲線數(shù)據(jù)，最近24小時(shí)部分用戶電壓曲線分布圖如圖3所示。本實(shí)施例中為更方便的表示電壓曲線分布，圖3中選取最近24小時(shí)。最近一段時(shí)間的選取根據(jù)需求來(lái)選取，選取的時(shí)間段越長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果越精確，同時(shí)計(jì)算量也越大，最近一段時(shí)間選取一周為最佳，可同時(shí)兼顧速度與準(zhǔn)確性。

(3)計(jì)算校驗(yàn)用戶與其訓(xùn)練樣本集合每個(gè)用戶之間電壓曲線的離散Fréchet距離。

離散Fréchet距離具體定義如下：

定義1：給定一個(gè)有n個(gè)至高點(diǎn)的多邊形鏈P＝〈p₁，p₂，p₃，…p_n〉，一個(gè)沿著P的k步(k-walk)，分割P的至高點(diǎn)成為k個(gè)不相交的非空子集{P_i}_i＝1…k，使得和0＝n₀＜n₁＜…＜n_k＝n。

定義2：給定兩個(gè)多邊形鏈A＝＜a₁，…a_m＞，B＝＜b₁，…b_n＞，一個(gè)沿著A和B的組合步(paired work)是一個(gè)沿著A的k步{A_i}_i＝1…k和一個(gè)沿著B的k步{B_i}_i＝1…k組成，使得對(duì)于1≤i≤k，要么|A_i|＝1,要么|B_i|＝1(就是說(shuō)A_i，B_i中有一個(gè)恰好包含一個(gè)至高點(diǎn))。

一個(gè)沿著鏈A和B的組合步W＝{(A_i，B_i)}的花費(fèi)(cost)就是則鏈A和B間的離散Fréchet距離為

首先，將用戶電壓曲線表示成{(i，u_i)}_i＝1…n,其中，i按提取電壓值的時(shí)間順序排列的序列號(hào)，u_i是采集的電壓值。智能電表采集間隔一般為15分鐘，若提取一周的電壓數(shù)據(jù)，則n＝672。

接著，找出用戶電壓曲線的至高點(diǎn)。如果一個(gè)點(diǎn)比前兩個(gè)點(diǎn)電壓值大同時(shí)還比后兩個(gè)點(diǎn)大，就稱它為一個(gè)至高點(diǎn)；并將它們表示成A＝＜(1，u₁)，…(m,u_m)＞，其中(1，u₁)，…(m,u_m)是用戶電壓曲線的m個(gè)至高點(diǎn)。

然后，根據(jù)上述離散Fréchet距離的定義計(jì)算校驗(yàn)用戶與訓(xùn)練樣本集合中每個(gè)用戶電壓曲線之間的離散Fréchet距離。

(4)基于離散Fréchet距離大小選取校驗(yàn)用戶的k個(gè)最近鄰，假設(shè)m個(gè)最近鄰{a_i}_i＝1…m的臺(tái)區(qū)類別為A，它們與該用戶的離散Fréchet距離為{d_i}_i＝1…m；n個(gè)最近鄰{b_i}_i＝1…n的臺(tái)區(qū)類別為B，它們與該用戶的離散Fréchet距離為

{d′_i}_i＝1…n；而且k＝m+n。如果則判定校驗(yàn)用戶的臺(tái)區(qū)類別為A。如果校驗(yàn)用戶電網(wǎng)GIS平臺(tái)中臺(tái)區(qū)類別為A，則判定該用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正確，否則判定該用戶的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，并在電網(wǎng)GIS平臺(tái)修正該用戶的所屬臺(tái)區(qū)為A。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。