基于工业数据处理的配变台区优化系统及方法与流程

本发明涉及配变台区优化控制，尤其涉及基于工业数据处理的配变台区优化系统及方法。

背景技术：

1、配变台区作为低压配电网中直接面向终端用户的关键供电单元，其运行状态的稳定性与电能质量水平直接影响着工业生产效率、商业运营秩序以及居民生活品质。随着分布式光伏发电、电动汽车充电桩及新型储能设备的大规模接入，配变台区正从传统的单向无源供电网络演变为多源双向的有源配电网，负荷特性日趋复杂，功率流动随机性显著增强。与此同时，台区间的联络开关与分段开关为供电恢复和负荷均衡提供了灵活的操作手段，但开关动作引发的合环冲击电流、暂态过电压以及功率重新分配等过程，可能对设备绝缘、保护定值配合及供电连续性构成严重威胁。

2、然而，现有技术在对配变台区进行优化控制时，没有将联络开关组合动作方案与动作后在数字孪生体中推演的未来运行状态进行关联分析，例如当某台区因负荷高峰需要闭合联络开关以转移负载时，若不考虑合环后未来一段时间的潮流分布、电压变化和谐波传播等动态效应，很难准确判断该动作方案是否会引发相邻台区连锁过载或电能质量恶化，从而导致对方案可行性的误判。同时，现有技术也缺乏对合环冲击电流、开关寿命损耗与未来负荷波动等多维度风险的综合考量，导致评估结果难以精准反映跨台区全域协同风险，无法为运维人员提供全面可靠的控制方案依据。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供基于工业数据处理的配变台区优化系统及方法，通过物联网传感器同步采集电气、环境与拓扑数据，利用孤立森林、多任务lstm、gbdt及mlp模型分别检测电能质量与负荷异常、预测未来潮流并评估合环冲击风险，结合数字孪生预演多开关组合过载风险，采用nsga-ii生成帕累托最优方案集并执行差异化协同控制，实现跨台区全域风险最小化。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供基于工业数据处理的配变台区优化方法，包括下述步骤：

4、步骤s100、通过部署于跨台区互联网络中的物联网传感器，同步采集配变台区的电气运行数据、环境状态数据和拓扑开关状态数据；

5、步骤s200、结合配变台区的电气运行数据和环境状态数据，基于跨台区数字孪生模型，对配变台区的复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况进行分析；并根据复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况分析结果，对配变台区不同联络开关组合动作后的跨台区协同过载风险进行预演分析；

6、步骤s300、结合配变台区的拓扑开关状态数据和环境状态数据，对配变台区中联络开关的合环冲击操作异常风险进行分析；

7、步骤s400、基于配变台区的跨台区协同过载风险分析结果和联络开关的合环冲击操作异常风险分析结果，对跨台区全域协同风险进行评估，并生成帕累托最优的联络开关控制方案集；

8、步骤s500、基于帕累托最优的联络开关控制方案集，执行差异化联络开关协同控制方案。

9、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第一种实施方式，步骤s200中结合配变台区的电气运行数据和环境状态数据，基于跨台区数字孪生模型，对配变台区的复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况进行分析；具体包括以下内容：

10、步骤s201、从所述电气运行数据中提取各个台区各相别的实时电压、实时电流和各次谐波电流有效值，从所述环境状态数据中提取环境温度和环境湿度，形成电能质量分析数据集；

11、步骤s202、基于所述电能质量分析数据集，分别对配变台区的电压偏差程度、三相不平衡度和谐波畸变指数进行计算；

12、步骤s203、将配变台区的电压偏差指数、三相不平衡度指数、谐波畸变指数与配变台区的环境温度、环境湿度进行组合，构成配变台区的多维特征向量；将配变台区的多维特征向量输入预先训练的孤立森林异常检测模型，模型输出得到配变台区的复合电能质量异常情况。

13、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第二种实施方式，结合配变台区的电气运行数据和环境状态数据，基于跨台区数字孪生模型，对配变台区的复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况进行分析；具体还包括以下步骤：

14、步骤s204、从所述电气运行数据中获取多个历史时间窗口下各个台区各相别的历史有功功率序列，并从所述环境状态数据中获取对应历史时间窗口的温度和湿度，构建负荷预测数据集；将所述负荷预测数据集划分为负荷预测训练集和负荷预测验证集；

15、步骤s205、构建多任务长短期记忆网络预测模型，基于所述负荷预测训练集，将每个历史时间窗口的历史有功功率序列、温度、湿度作为所述多任务长短期记忆网络预测模型的输入特征，将所述负荷预测训练集中对应历史时间窗口之后未来预设时长内各个时刻的各个台区各相别有功功率值作为所述多任务长短期记忆网络预测模型的输出目标，对所述多任务长短期记忆网络预测模型进行训练，得到初始负荷预测模型；通过所述负荷预测验证集对所述初始负荷预测模型进行验证，输出大于等于预设第二模型准确度的初始负荷预测模型作为负荷预测模型；

16、步骤s206、将当前时间窗口的各个台区各相别的有功功率序列、温度、湿度输入所述负荷预测模型，输出得到当前时间窗口之后未来预设时长内各时刻的各个台区各相别有功功率预测值；

17、步骤s207、根据所述有功功率预测值计算预测变异系数和空间负荷失衡度；

18、步骤s208、将所述预测变异系数、空间负荷失衡度与当前各台区负载率标准差组合，输入预先训练的梯度提升决策树回归模型，输出得到配变台区的动态负荷分布异常情况。

19、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第三种实施方式，并根据复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况分析结果，对配变台区不同联络开关组合动作后的跨台区协同过载风险进行预演分析；具体包括：

20、步骤s209、构建跨台区数字孪生模型，所述跨台区数字孪生模型包含所有参与协同台区的变压器参数、线路阻抗参数、拓扑连接关系和各负荷节点的相别归属信息；

21、步骤s210、枚举所有联络开关与分段开关组合动作方案，其中，每个联络开关与分段开关组合动作方案用于对合上的联络开关和断开的分段开关进行指定；

22、步骤s211、对每个联络开关与分段开关组合动作方案，在所述跨台区数字孪生模型中执行相应的拓扑重构操作，将步骤s206预测得到的未来预设时长内各时刻的各个台区各相别有功功率预测值，按相别注入重构后网络的对应负荷节点，逐时刻进行准稳态潮流计算，记录每一时刻每台变压器和每条线路的负载率；

23、步骤s212、对每个联络开关与分段开关组合动作方案，根据准稳态潮流计算结果，并结合复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况计算对应组合动作方案下配变台区的跨台区协同过载风险。

24、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第四种实施方式，步骤s300中结合配变台区的拓扑开关状态数据和环境状态数据，对配变台区中联络开关的合环冲击操作异常风险进行分析；包括以下具体步骤：

25、步骤s301、从所述拓扑开关状态数据中获取待分析联络开关两侧的实时电压幅值、电压相角差、环路等值电阻、环路等值电抗、剩余操作寿命和触头接触电阻，从所述环境状态数据中获取对应联络开关安装处的环境温度和环境湿度；

26、步骤s302、根据所述实时电压幅值、电压相角差、环路等值阻抗和动态暂态峰值系数，计算待分析联络开关合闸瞬间的预计合环冲击电流峰值；

27、步骤s303、根据所述预计合环冲击电流峰值、联络开关的额定短时耐受电流和由环境温度确定的载流能力降额函数，计算热效应冲击风险值；

28、步骤s304、根据所述剩余操作寿命和额定寿命，计算操作寿命衰减风险值；

29、步骤s305、将待分析联络开关的热效应冲击风险值、操作寿命衰减风险值、对应联络开关安装处的环境温度、环境湿度以及联络开关上次动作后经过的时间作为输入特征，输入预先训练的多层感知机神经网络模型，输出配变台区中待分析联络开关的合环冲击操作异常风险。

30、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第五种实施方式，步骤s400中基于配变台区的跨台区协同过载风险分析结果和联络开关的合环冲击操作异常风险分析结果，对跨台区全域协同风险进行评估，并生成帕累托最优的联络开关控制方案集；包括以下具体步骤：

31、步骤s401、对每个联络开关与分段开关组合动作方案，获取对应组合动作方案计算得到的跨台区协同过载风险，记为对应组合动作方案的第一风险值；获取对应组合动作方案中所有动作联络开关计算得到的合环冲击操作异常风险中的最大值，记为对应组合动作方案的第二风险值；并根据对应组合动作方案中发生动作的各开关的剩余操作寿命，计算对应组合动作方案的开关动作衰减指数；

32、步骤s402、以每个联络开关与分段开关组合动作方案的第一风险值、第二风险值和开关动作衰减指数作为三个优化目标，利用快速非支配排序遗传算法在所有组合动作方案中进行多目标优化搜索，获得帕累托前沿解集，构成帕累托最优联络开关控制方案集；所述帕累托最优联络开关控制方案集中的每个组合动作方案均包含具体的开关操作序列、对应的第一风险值、第二风险值、开关动作衰减指数；

33、步骤s403、将帕累托最优联络开关控制方案集中的对应组合动作方案的第一风险值、第二风险值和开关动作衰减指数进行加权求和，得到帕累托最优联络开关控制方案集中对应组合动作方案的跨台区全域协同风险。

34、结合第一方面，本发明实施例还提供第一方面的第六种实施方式，步骤s500中基于帕累托最优的联络开关控制方案集，执行差异化联络开关协同控制方案；包括以下具体步骤：

35、步骤s501、提取帕累托最优联络开关控制方案集中所有组合动作方案的跨台区全域协同风险；

36、步骤s502、将跨台区全域协同风险最小值对应的组合动作方案作为联络开关协同控制方案进行执行。

37、第二方面，本发明实施例还提供基于工业数据处理的配变台区优化系统，包括：

38、数据采集模块，用于通过部署于跨台区互联网络中的物联网传感器，同步采集配变台区的电气运行数据、环境状态数据和拓扑开关状态数据；

39、开关操作预演模块，用于结合配变台区的电气运行数据和环境状态数据，基于跨台区数字孪生模型，对配变台区的复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况进行分析；并根据复合电能质量异常情况与动态负荷分布异常情况分析结果，对配变台区不同联络开关组合动作后的跨台区协同过载风险进行预演分析；

40、操作风险分析模块，用于结合配变台区的拓扑开关状态数据和环境状态数据，对配变台区中联络开关的合环冲击操作异常风险进行分析；

41、候选方案输出模块，用于基于配变台区的跨台区协同过载风险分析结果和联络开关的合环冲击操作异常风险分析结果，对跨台区全域协同风险进行评估，并生成帕累托最优的联络开关控制方案集；

42、执行模块，用于基于帕累托最优的联络开关控制方案集，执行差异化联络开关协同控制方案。

43、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

44、1、本发明通过对复合电能质量异常和动态负荷分布异常风险进行检测，显著提升了电能质量恶化识别的灵敏度和准确性，实现了对负荷波动不确定性的前瞻性评估，有效降低了因负荷突变导致过载跳闸的概率；

45、2、本发明基于准稳态潮流逐时刻推演，并根据实时电能质量恶化和负荷预测偏差动态修正安全负载率阈值，使跨台区协同过载风险预演更加贴近未来实际运行边界，避免了固定阈值带来的乐观或保守偏差，提升了风险预判的可信度；

46、3、本发明采用快速非支配排序遗传算法生成帕累托最优联络开关控制方案集，使最终执行的差异化协同方案在过载安全、操作冲击与设备寿命三者间达到最优平衡，显著提升了配变台区全域运行的长期可靠性与经济性。

47、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

48、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。