一种基于知识图谱的低压配电网处置预案生成方法与流程

1.本发明涉及一种用于配网智能运维领域的基于知识图谱的低压配电 网处置预案生成方法。


背景技术：

2.配电网断面越限处置是电力系统辅助决策的重要部分。伴随电力系统 结构复杂程度提升，断面越限处置需要考虑电力系统的断面限额等众多条 件，同时需要考虑电力系统运行稳定性以及相关管理条款等众多因素。配 电网包含节点众多，断面越限处置需要具有极高的计算效率，满足电力管 理系统在线辅助的决策需求。
3.目前电力系统普遍依靠调度人员针对电力系统故障状况进行决策。配 电网调度人员依据配电网故障状态以及配电网参数变化，明确故障原因， 依据故障原因制定相应处置策略。采用人工方式处置配电网故障，故障处 置效率较低，处置不及时影响电力系统的运行稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于知识图谱的 低压配电网处置预案生成方法，能够实现配电网断面越限智能处置。
5.实现上述目的的一种技术方案是：一种基于知识图谱的低压配电网处 置预案生成方法，包括如下步骤：
6.步骤1，识别断面越限状态；
7.步骤2，构建知识谱图，其具体方法为：
8.步骤2.1，构建知识图谱的数据层；
9.步骤2.2，构建知识图谱的模式层；
10.步骤2.3，将所述数据层的处理结果映射至所述模式层中的相关概念 节点中；
11.步骤3，知识谱图的所述模式层的概念节点依据识别出的断面越限状 态输出所述低压配电网断面越限处置预案。
12.进一步的，所述步骤2.2，构建知识图谱的数据层的具体方法为：
13.步骤2.2.1，获取低压配电网断面越限处置预案文本；
14.步骤2.2.2，抽取所述低压配电网断面越限处置预案文本中的实体；
15.步骤2.2.3，保存抽取出的所述低压配电网断面越限处置预案文本中 的实体。
16.再进一步的，其特征在于，步骤2.2.2，抽取所述低压配电网断面越 限处置预案文本中的实体的具体方法为：通过双向长短期记忆网络方法与 条件随机场方法结合，作为知识图谱构建的实体抽取方法，从所述低压配 电网断面越限处置预案文本中抽取建立所述知识图谱中的实体、关系以及 属性三项知识要素。
17.再进一步的，双向长短期记忆网络包含输入门、遗忘门和输出门；条 件随机场方法为线性链条件随机场。
18.进一步的，知识图谱采用反向等量配对调整法针对识别出的断面越限 状态输出所述低压配电网断面越限处置预案。
19.再进一步的，知识图谱通过所述反向等量配对调整法输出所述低压配 电网断面越限处置预案的具体方法为：
20.依据低压配电网中发电机组对断面的综合灵敏度，将低压配电网的发 电机组划分为三个集合g
+
、g-和g0，集合g
+
与集合g-分别表示正灵敏度 发电机组集合以及负灵敏度发电机组集合，集合g0表示对断面的综合灵敏 度近似为0的发电机组集合；依据发电机组对断面的综合灵敏度的绝对值 的大小从大至小对集合g
+
与集合g-进行排序；从完成排序的集合g
+
以及 集合g-内选取合适的发电机组进行配对建立控制节点组；计算所述控制节 点组的调整量；根据计算出的所述调节量对所述控制节点组进行调节。
21.再进一步的，当发电机组对断面的综合灵敏度大小相同时，根据发电 机组对低压配电网断面越限的消除水平进行从大至小的排列。
22.再进一步的，计算所述控制节点组的调整量的具体方法为：
23.低压配电网越限断面m待调整功率量计算公式如下：
[0024][0025]
消除低压配电网断面越限的功率调整量表达式如下：
[0026]
δps＝max{δpm|m∈s
ol
}
[0027]
其中，s
ol
表示低压配电网存在越限的断面集合，m与pm分别表示越限 断面集合中的一个断面以及该断面的功率，p
mmax
表示该低压配电网越限断 面的热稳定极限，表示调节系数，η表示低压配电网断面越限处置的可 靠系数；
[0028]
利用发电机组i与发电机组j组成的控制节点组ij的控制调整量表达 式如下：
[0029][0030][0031]
其中，f
s-ij
表示所选取的成功配对的发电机组对低压配电网越限断面 传输功率的综合灵敏度；
[0032]
当发电机组j为平衡机时，由于平衡机不仅需要发电，同时需要进行 低压配电网的调频，需要预留控制调整量，发电机组j为平衡机时的可调 量计算公式如下：
[0033][0034]
其中，p
js
与py分别表示发电机组j为平衡机时的当前出力以及预留裕 度；
[0035]
由发电机组i与发电机组j组成的控制节点组ij，调节低压配电网断面 越限的实际调节量表达式如下：
[0036][0037]
其中，表示发电机组i调节量的最大值，表示发电机组j调节量的最大 值。
[0038]
进一步的，在获取低压配电网断面越限处置预案文本之后，构建知识 谱图的具体方法还包含：对所述低压配电网断面越限处置预案文本进行预 处理。
[0039]
再进一步的，对低压配电网断面越限处置预案文本进行预处理的具体 方法为：通过正则表达式对所述低压配电网断面越限处置预案文本中的选 定特殊符号、选定特殊数
字进行过滤清洗。
[0040]
本发明的有益之处在于，所提供的基于知识图谱的低压配电网处置预 案生成方法，将知识图谱技术应用于配电网断面越限处置预案自动生成技 术中，在配电网断面存在越限情况时，自动生成处置决策方案，提升配电 网运行可靠性，实现越限处置预案的自动生成，应用价值较高，可以实现 配电网越限的快速处置，提升断面越限处置的运算速度，保证配电网可以 快速处置断面越限情况，维持稳定运行状态，缓解低压配电网断面越限对 配电网运行造成的影响程度。
附图说明
[0041]
图1是本发明的低压配电网障断面越限处置知识图谱构建的示意图；
[0042]
图2是低压配电网中的节点的功率流向图；
[0043]
图3是发电机组正灵敏度计算结果的示意图；
[0044]
图4是发电机组负灵敏度计算结果的示意图；
[0045]
图5是断面的节点电压变化情况统计图。
具体实施方式
[0046]
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例 进行详细地说明：
[0047]
本发明的一种基于知识图谱的低压配电网处置预案生成方法，包含以 下步骤：
[0048]
步骤1，识别断面越限状态；
[0049]
步骤2，构建知识谱图；
[0050]
步骤3，通过构建好的知识图谱针对识别出的断面越限状态输出低压 配电网断面越限处置预案。
[0051]
低压配电网断面越限处置预案文本的核心组成要素极为稳定，由非结 构化信息构成，构成低压配电网断面越限处置预案的非结构化信息类型较 多，选取混合方式构建低压配电网断面越限处置的知识图谱。如图1所示， 构建知识谱图的具体方法为：
[0052]
步骤2.1，构建知识图谱的数据层；
[0053]
步骤2.2，构建知识图谱的模式层；
[0054]
步骤2.3，将所述数据层的处理结果映射至所述模式层中的相关概念 节点中。
[0055]
这样，模式层的概念节点依据识别出的断面越限状态输出低压配电网 断面越限处置预案。
[0056]
具体而言，构建知识图谱的数据层的具体方法为：
[0057]
获取低压配电网断面越限处置预案文本。抽取低压配电网断面越限处 置预案文本中的实体。保存抽取出的低压配电网断面越限处置预案文本中 的实体。选取底层存储方式，将数据层处理结果映射至模式层中的相关概 念节点中，模式层的概念节点依据断面越限情况，输出低压配电网断面越 限处置预案，实现基于知识图谱的低压配电网断面越限处置预案自动生成。
[0058]
优选的是，在获取低压配电网断面越限处置预案文本之后，构建知识 谱图的具体方法还包含：
[0059]
对低压配电网断面越限处置预案文本进行预处理。具体地，对低压配 电网断面越限处置预案文本进行预处理的具体方法为：通过正则表达式对 低压配电网断面越限处置预案文本中的选定特殊符号、选定特殊数字进行 过滤清洗。具体地，对于每个低压配电网断面越限处置预案文本，过滤掉 的符号包括制表符、回车符、换行符、换页符，以及过滤掉每句话开始部 分的序号，例如“1.”，“2，”，结尾部分的标点符号。
[0060]
知识图谱中的命名实体识别模型训练需要通过大量标注数据实现，标 注工作具有较高复杂性，选取划词标注的python程序与命名实体识别技 术提升低压配电网断面越限处置规程实体抽取的标注速度，降低实体抽取 的复杂度。
[0061]
在本技术中，抽取低压配电网断面越限处置预案文本中的实体的具体 方法为：
[0062]
通过双向长短期记忆网络方法与条件随机场方法结合，作为知识图谱 构建的实体抽取方法，从低压配电网断面越限处置预案文本中抽取建立知 识图谱中的实体、关系以及属性三项知识要素。建立高质量的低压配电网 断面越限处置预案的事实表达。
[0063]
其中，长短期记忆网络是神经网络中的重要方法，该方法将改进的细 胞结构应用于循环神经网络中，利用神经网络中神经元的作用实现预测目 的。
[0064]
双向长短期记忆网络包含输入门、遗忘门和输出门。长短期记忆网络 中输入门的表达式如下：
[0065]it
＝wiδ[h
t-1
,x
t
]+bi[0066]
其中，i
t
与σ分别表示输入门以及激活函数了，h
t-1
与x
t
分别表示隐藏 层状态以及模型输入，bi与wi分别表示输入层的偏置以及权重参数矩阵。
[0067]
长短期记忆网络的遗忘门表达式如下：
[0068]ft
＝wfδ[h
t-1
,x
t
]+bf[0069]
其中，wf与bf分别表示遗忘层的权重参数矩阵以及偏置。
[0070]
时间为t时，长短期记忆网络的输出门的表达式如下：
[0071]ot
＝woδ[h
t-1
,x
t
]+bo[0072]
其中，wo与bo分别表示输出层的权重参数矩阵以及偏置。
[0073]
长短期记忆网络的细胞状态表达式如下：
[0074]ct
＝f
tct-1
+[δwc[h
t-1
,x
t
]i
t
+bc]
[0075]
其中，bc与wc分别表示细胞状态的偏置以及权重参数矩阵。
[0076]
通过以上过程，结合输入门、遗忘门以及输出门共同合作，控制人工 神经网络的细胞运动。长短期记忆网络利用遗忘门改善人工神经网络存在 的梯度消失情况，改善实体抽取过程中的梯度爆炸情况。长短期记忆网络 充分考虑低压配电网断面越限处置规程中字符序列信息，利用前向长短期 记忆网络与反向长短期记忆网络获取字符序列为顺向以及反向的长期语 义，拼接前两个长短期记忆网络的隐藏状态，所获取长短期记忆网络具备 记忆前文以及记忆后文的功能。
[0077]
具体而言，利用条件随机场中的线性链条件随机场实现低压配电网断 面越限处置的标注。利用线性链表示的随机变量序列应用于低压配电网断 面越限处置预案的调规类数据实体抽取输入与输出。输入序列为条件x时， 获取输出序列结果y的条件概率分布，通过以上过程实现低压配电网断面 越限处置规程的实体抽取。
[0078]
作为一种优选的实施方式，知识图谱采用反向等量配对调整法针对识 别出的断
面越限状态输出低压配电网断面越限处置预案。
[0079]
具体而言，知识图谱通过反向等量配对调整法输出低压配电网断面越 限处置预案的具体方法为：
[0080]
(1)划分发电机组的控制节点
[0081]
依据低压配电网中发电机组对断面的综合灵敏度，将低压配电网的发 电机组划分为三个集合g
+
、g-和g0，集合g
+
与集合g-分别表示正灵敏度 发电机组集合以及负灵敏度发电机组集合，集合g0表示对断面的综合灵敏 度近似为0的发电机组集合。
[0082]
(2)排序控制节点
[0083]
依据发电机组对断面的综合灵敏度的绝对值的大小从大至小对集合 g
+
与集合g-进行排序。
[0084]
作为一种优选的实施方式，当发电机组对断面的综合灵敏度大小相同 时，根据发电机组对低压配电网断面越限的消除水平进行从大至小的排列。 发电机组消除越限计算公式如下：
[0085][0086]
其中，p
imax
与p
imin
分别表示低压配电网中发电机组的有功出力上限以 及有功出力下限，si表示低压配电网中发电机组对断面越限的消除水平， f
si
表示综合灵敏度。
[0087]
(3)配对控制节点
[0088]
从完成排序的集合g
+
以及集合g-内选取合适的发电机组进行配对建 立控制节点组。
[0089]
由发电机组组成的控制节点组的灵敏度计算公式如下：
[0090][0091]
其中，f
s-ij
表示所选取的成功配对的发电机组对低压配电网越限断面 传输功率的综合灵敏度。
[0092]
计算低压配电网发电机组对越限断面传输功率的综合灵敏度时，包括 以下几种情况：
[0093]
一台发电机组可以与多台发电机组建立成功配对的发电机组组合。采 用一台发电机组与另一台发电机组配对调整低压配电网断面越限时，低压 配电网仍然存在断面越限情况时，表示所设置的控制节点组合其中的一台 发电机组已经无法再调整限制。设发电机组的控制节点i仍然存在调整余 地，控制节点j达到调节限制，无法再调整，从发电机组j所在组合内，选 取另一个发电机组，作为与发电机组i配对的新的控制节点，重复以上过 程，直至低压配电网断面越限消除为止。
[0094]
当集合g
+
与集合g-内的发电机组无法实现减出力以及加出力时，选 取集合g0中的发电机组作为低压配电网断面越限处置的减出力以及加出 力。
[0095]
当集合g-与集合g0内的发电机组无法实现出力时，选取切负荷方式作 为低压配电网断面越限处置方式。
[0096]
(4)计算控制节点组的调整量。
[0097]
作为一种优选的实施方式，计算控制节点组的调整量的具体方法为：
[0098]
低压配电网越限断面m待调整功率量计算公式如下：
[0099][0100]
消除低压配电网断面越限的功率调整量表达式如下：
[0101]
δps＝max{δpm|m∈s
ol
}
[0102]
其中，s
ol
表示低压配电网存在越限的断面集合，m与pm分别表示越限 断面集合中的一个断面以及该断面的功率，p
mmax
表示该低压配电网越限断 面的热稳定极限，表示调节系数，η表示低压配电网断面越限处置的可 靠系数，
[0103]
利用发电机组i与发电机组j组成的控制节点组ij的控制调整量表达 式如下：
[0104][0105]
当发电机组j为平衡机时，由于平衡机不仅需要发电，同时需要进行 低压配电网的调频，需要预留控制调整量，发电机组j为平衡机时的可调 量计算公式如下：
[0106][0107]
其中，p
js
与py分别表示发电机组j为平衡机时的当前出力以及预留裕 度，
[0108]
由发电机组i与发电机组j组成的控制节点组ij，调节低压配电网断面 越限的实际调节量表达式如下：
[0109][0110]
其中，参数为机组最小出力和为机组最大出力。
[0111]
表示发电机组i调节量的最大值，表示发电机组j调节量的最大值。
[0112]
(5)根据计算出的调节量对控制节点组进行调节。
[0113]
低压配电网利用配对调整一次后，需要重新计算低压配电网的重载支 路以及越限断面的潮流，依据计算结果更新发电机组的可调裕度、断面越 限结果以及发电机组调整断面越限的调整量。反向等量配对调整法无需调 整优化模型即可实现低压配电网断面越限的处置，消除低压配电网断面越 限情况，同时无需进行低压配电网的有功安全校核，具有较高的实用性以 及鲁棒性。
[0114]
为了验证本技术的基于知识图谱的低压配电网处置预案生成方法对 于低压配电网断面越限处置有效性，选取某电力企业的10kv配电网作为 研究对象，所选取配电网包括节点数量共54个。
[0115]
低压配电网中的节点的功率流向图如图2所示。
[0116]
设置低压配电网的电压源母线输出功率和无功功率分别为2035kw以 及258kw，设置功率基准1900kw。通过图2可以直观看出配电网节点的功 率大小变化。通过图2实验结果可以看出，采用本技术的方法可以获取配 电网中节点的功率流向情况，通过节点功率流向明确低压配电网运行状况。 图2实验结果同时验证本技术技术可以实现低压配电网的有效模拟，为验 证本技术的基于知识图谱的低压配电网处置预案生成方法的有效性提供 依据。
[0117]
统计低压配电网于2020年11月11日0时-24时，运行24小时的越 限断面信息，统计结果如表1所示。
[0118]
表1越限断面信息
[0119][0120]
通过表1实验结果可以看出，该低压配电网存在明显的断面越限情况， 若不及时处置低压配电网的断面越限，对配电网运行将造成严重影响。
[0121]
采用本技术技术获取低压配电网中随机五个对断面灵敏度为正向的 发电机组以及对断面灵敏度为负向的发电机组，综合灵敏度统计结果如图 3所示。通过图3实验结果可以看出，采用本技术的技术可以有效获取低 压配电网中发电机组对越限断面的综合灵敏度。利用发电机组对低压配电 网越限断面的综合灵敏度计算结果，采用知识图谱算法自动生成低压配电 网断面越限处置预案，提升低压配电网运行可靠性。
[0122]
采用本技术技术针对该配电网断面越限处置预案自动生成的知识图 谱中包含关系数量为3856个，标签数量和节点数量分别为584个以及4025 个。本技术的技术将存在越限的断面序号传送至知识图谱后，知识图谱针 对断面越限情况，快速生成断面越限处置预案。本技术技术利用知识图谱 方法，针对低压配电网中的越限断面，自动生成的低压配电网断面越限处 置预案如表2所示。
[0123]
表2断面越限处置预案
[0124][0125]
通过表2实验结果可以看出，采用本技术技术可以充分利用知识图谱 自动生成低压配电网断面越限处置预案，快速处置低压配电网断面越限情 况。
[0126]
统计表2中，本技术技术采用知识图谱方法生成的断面越限处置预案 中，消除断面越限处置策略的具体调整量如表3所示。
[0127]
表3断面越限处置调整量
[0128][0129][0130]
通过表3实验结果可以看出，本技术技术采用知识图谱技术可以实现 低压配电网
断面越限的有效调整，本技术的方法可以自动生成低压配电网 断面越限的处置预案，有效提升低压配电网断面越限情况，快速消除低压 配电网的断面越限。
[0131]
统计采用本技术技术对配电网断面越限进行处置，本技术技术处置断 面越限前以及处置断面越限后，断面的节点电压变化情况，统计结果如图 4所示。
[0132]
通过图4实验结果可以看出，采用本技术技术自动生成低压配电网断 面越限处置预案，有效保障配电网的电压稳定运行。本技术技术可以自动 生成低压配电网断面越限处置预案，快速消除低压配电网的断面越限情况， 令低压配电网保持稳定的运行状态，提升低压配电网的运行可靠性。可见， 本技术的基于知识图谱的低压配电网处置预案生成方法，将知识图谱技术 应用于配电网断面越限处置预案自动生成技术中，在配电网断面存在越限 情况时，自动生成处置决策方案，提升配电网运行可靠性，实现越限处置 预案的自动生成，应用价值较高，可以实现配电网越限的快速处置，提升 断面越限处置的运算速度，保证配电网可以快速处置断面越限情况，维持 稳定运行状态，缓解低压配电网断面越限对配电网运行造成的影响程度。
[0133]
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。