一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统及方法与流程

1.本发明涉及电网运行仿真技术领域，尤其是指一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统及方法。


背景技术：

2.为了更好的对电网正常运行以及用电异常进行分析，需要针对电网的运行过程进行仿真，从而提高对于电网运行情况的分析准确性。现有的对于电网计量及营销相关的计量仿真基本都是基于物理设备或者是由单一模拟器组成的试验平台，此类仿真模拟平台能仿真的场景单一，在模拟现场实际用电时，所得到的情况会出现与相关应用效果差异较大的问题，无法满足复现现场复杂的用电环境、验证新型反窃电算法模型等需求，从而严重影响到用电异常分析技术的研发和电网正常运行的数据分析。此外，随着科技的发展，新型的窃电技术层出不穷，用电现场的环境也越来越复杂，在进行仿真模拟时，对单一设备、单一场景的仿真手段已无法满足日益增长的多样化趋势。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统及方法。
4.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
5.一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统，包括场景管理模块、设备管理模块、数据分析模块和若干个仿真设备，所述场景管理模块与设备管理模块连接，所述场景管理模块用于根据仿真需求进行场景参数的组合获取模拟场景信息，每个所述仿真设备均与设备管理模块连接，所述设备管理模块根据模拟场景信息制定仿真设备的设备模拟控制命令，仿真设备根据设备模拟控制命令运行，生成仿真需求对应的量测数据和仿真数据，每个所述仿真设备还均与所述数据分析模块连接，所述数据分析模块用于对量测数据和仿真数据进行分析，获取仿真模拟结果。
6.进一步的，所述数据分析模块和仿真设备之间还连接有数据接入模块，所述数据接入模块用于对仿真设备上传的量测数据以及仿真数据进行规约解析，所述数据接入模块还用于将仿真设备上传的量测数据以及仿真数据进行入库处理。
7.进一步的，场景管理模块内还包括数据库，所述数据库同时与数据分析模块以及数据接入模块连接，所述数据库内储存有所有仿真设备的档案信息，以及数据接入模块上传的量测数据、仿真数据和数据分析模块获取的对应的仿真模拟结果。
8.一种多场景混合的计量监测仿真模拟方法，包括以下步骤：
9.步骤一，场景管理模块生成每个场景对应的场景参数，获取仿真需求，根据仿真需求确定仿真模拟场景，并根据仿真模拟场景选择对应的场景参数，对选择的场景参数进行组合，获取仿真模拟场景对应的模拟场景数据；
10.步骤二，下发模拟场景信息至设备管理模块，设备管理模块根据模拟场景数据生
成设备模拟控制命令，并将设备模拟控制命令下发至对应的仿真设备；
11.步骤三，仿真设备根据设备模拟控制命令运行，生成量测数据以及仿真场景对应的仿真数据，并将生成的量测数据以及仿真数据上传至数据分析模块，数据分析模块对量测数据和仿真数据进行分析处理，获取仿真模拟结果。
12.进一步的，所述仿真模拟场景为正常运行场景、用户窃电场景和用户采集失败场景中的一种或多种场景的组合。
13.进一步的，步骤三中数据分析模块通过损失率分析模型、潮流分析模型和等值电阻模型对量测数据和仿真数据进行分析计算，获取仿真模拟结果。
14.进一步的，步骤一中在根据仿真需求确定仿真模拟场景时，还通过仿真需求确定仿真数据的统计指标，在数据分析模块通过损失率分析模型、潮流分析模型和等值电阻模型对量测数据和仿真数据进行分析计算，获取仿真模拟结果后，根据统计指标对仿真模拟结果进行统计，并将统计结果在场景管理模块进行展示。
15.进一步的，在数据分析模块获取仿真模拟结果后，还分别提取仿真模拟场景中各场景对应的量测数据和仿真数据，并通过损失率分析模型、潮流分析模型以及等值电阻模型对提取的各场景对应的量测数据和仿真数据进行分别计算，并对各场景对应的计算结果按照统计指标进行统计，比较各场景对应的统计结果，根据比较结果对损失率分析模型、潮流分析模型以及等值电阻模型进行特征识别能力验证。
16.本发明的有益效果是：
17.设置有多种用电场景的场景参数，能够复现更多更复杂的用电场景，能够满足各类反窃电、用电异常、多表联合分析等业务的可靠性、安全性及稳定性需求，实现对各种现场用电异常的场景的真实还原，有效支撑各类用电异常分析新技术的探索研究及推广实施。且能够对于数据分析中所采用的数据模型进行特征识别能力验证，从而保障仿真结果的准确性和可靠性。
附图说明
18.图1是本发明的一种结构示意图；
19.图2是本发明的一种流程示意图；
20.图3是本发明实施例的一种潮流分析模型计算所得潮流线损与仿真模拟结果中统计线损的比较结果示意图；
21.图4是本发明实施例的一种低压电网线路结构层次图。
22.其中：1、场景管理模块，2、设备管理模块，3、数据分析模块，4、仿真设备。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
24.实施例：
25.一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统，如图1所示，包括场景管理模块1、设备管理模块2、数据分析模块3和若干个仿真设备4，所述场景管理模块1与设备管理模块2连接，所述场景管理模块1用于根据仿真需求进行场景参数的组合获取模拟场景信息，每个所述仿真设备4均与设备管理模块2连接，所述设备管理模块2根据模拟场景信息制定仿真设
备4的设备模拟控制命令，仿真设备4根据设备模拟控制命令运行，生成仿真需求对应的量测数据和仿真数据，每个所述仿真设备4还均与所述数据分析模块3连接，所述数据分析模块3用于对量测数据和仿真数据进行分析，获取仿真模拟结果。
26.其中数据分析模块3还与场景管理模块1连接，在数据分析模块3获取仿真模拟结果后，还将仿真模拟结果传输至场景管理模块1，通过场景管理模块1进行可视化展示。
27.所述数据分析模块3和仿真设备4之间还连接有数据接入模块，所述数据接入模块用于对仿真设备4上传的量测数据以及仿真数据进行规约解析，所述数据接入模块还用于将将仿真设备4上传的量测数据以及仿真数据进行入库处理。
28.场景管理模块1内还包括数据库，所述数据库同时与数据分析模块3以及数据接入模块连接，所述数据库内储存有所有仿真设备4的档案信息，以及数据接入模块上传的量测数据、仿真数据和数据分析模块3获取的对应的仿真模拟结果。
29.一种多场景混合的计量监测仿真模拟系统主要分为应用层、数据中心、接入层、通信层、设备控制层和设备层，场景管理模块1设置在应用层，应用层内储存有仿真设备4的档案信息，并具备将仿真相关的仿真设备4档案信息、上传的量测数据以及仿真模拟结果进行展示的能力。数据分析模块3则设置在数据中心，数据接入模块设置在接入层，接入层为应用层与设备层对接的中间纽带，主要为上传的量测数据和仿真数据提供规约解析和入库处理。而设备控制层则能够根据场景管理模块1确定的仿真模拟场景生成模拟场景，并生成设备模拟控制命令，主要包括了异常模拟控制、负荷控制和反窃电模拟控制。设备层则包括了所有的仿真设备4，如采集终端、电能表、水表、燃气表、热能表、分布式能源、充电桩和反窃电设备等。设备层和接入层以及设备控制层连接，从而实现数据上传和下发，具体的数据通信通过通信层实现，能够通过无线通信，如gprs、4g、5g、以太网等方式进行通信。
30.一种多场景混合的计量监测仿真模拟方法，如图2所示，包括以下步骤：
31.步骤一，场景管理模块1生成每个场景对应的场景参数，获取仿真需求，根据仿真需求确定仿真模拟场景，并根据仿真模拟场景选择对应的场景参数，对选择的场景参数进行组合，获取仿真模拟场景对应的模拟场景数据；
32.步骤二，下发模拟场景信息至设备管理模块2，设备管理模块2根据模拟场景数据生成设备模拟控制命令，并将设备模拟控制命令下发至对应的仿真设备4；
33.步骤三，仿真设备4根据设备模拟控制命令运行，生成量测数据以及仿真场景对应的仿真数据，并将生成的量测数据以及仿真数据上传至数据分析模块3，数据分析模块3对量测数据和仿真数据进行分析处理，获取仿真模拟结果。
34.所述仿真模拟场景为正常运行场景、用户窃电场景和用户采集失败场景中的一种或多种场景的组合。
35.步骤三中数据分析模块3通过损失率分析模型、潮流分析模型和等值电阻模型对量测数据和仿真数据进行分析计算，获取仿真模拟结果。
36.步骤一中在根据仿真需求确定仿真模拟场景时，还通过仿真需求确定仿真数据的统计指标，在数据分析模块3通过损失率分析模型、潮流分析模型和等值电阻模型对量测数据和仿真数据进行分析计算，获取仿真模拟结果后，根据统计指标对仿真模拟结果进行统计，并将统计结果在场景管理模块1进行展示。
37.在数据分析模块3获取仿真模拟结果后，还分别提取仿真模拟场景中各场景对应
的量测数据和仿真数据，并通过损失率分析模型、潮流分析模型以及等值电阻模型对提取的各场景对应的量测数据和仿真数据进行分别计算，并对各场景对应的计算结果按照统计指标进行统计，比较各场景对应的统计结果，根据比较结果对损失率分析模型、潮流分析模型以及等值电阻模型进行特征识别能力验证。
38.以某公变台区拓扑为仿真环境为例，进行台区仿真，具体仿真设备4参数为变压器容量为630kva，台区内用户数为89户，三相表负载参数为：a、b、c三相各为8小时恒定10a。单相表负载为：8小时恒定40a。设置仿真场景为正常运行、有用户窃电以及用户采集失败的三种场景，三种场景下的供电半径、表计情况、数据采集频率及负荷情况如表1所示：
39.表1三种场景下的供电半径、表计情况、数据采集频率及负荷情况表
[0040][0041][0042]
并以表1中所述情况模拟正常运行8天，窃电运行2天，采集失败2天的样本台区数据，并计算模拟台区的统计线损率，具体情况如表2所示：
[0043]
表2模拟台区的模拟情况和仿真数据情况表
[0044][0045]
在获取表2所示的仿真模拟结果后，还将供电半径变化、窃电、采集失败作为特征，对损失率分析模型、潮流分析模型和等值电阻模型的特征识别能力进行验证。
[0046]
以潮流分析模型的验证为例：
[0047]
在窃电场景下，所采集的仿真数据和量测数据具体如表2中9日和10日所示，而在采集失败的窃电场景下，所采集的仿真数据和量测数据如表2中11日和12日所示。将采集的仿真数据和量测数据通过潮流分析模型进行计算，并将计算结果与仿真模拟结果中的统计线损进行比较，比较结果如图3所示，图中曲线a为统计线损，b为潮流线损，从9日开始，仿真模拟结果中的统计线损发生明显突变，但潮流分析模型的计算结果与正常运行时的计算统计线损一致，由此能够得出潮流分析模型的计算结果不随异常发生改变的结论。
[0048]
上述潮流分析模型的计算过程具体为：
[0049]
由线路终端电量逐级前推至变压器低压出口处，得到各支路传输的初始电量；根据台区出口处的电量和电压，求出首端线路的压降和电量损耗，并修正下一级线路的首端电压，进而依次求出下属所有支线的压降和损耗；根据已求得的电量损耗，修所有线路的传输电量；根据修正后的传输电量再一次的计算所有线路的压降和电量损耗，并修正，这样多次迭代直到满足指定的精度。
[0050]
首先，根据低压电网的接线分析，定义m为台区电网的分层数，台区出口侧线路为一级干线(i＝1)，下一级为二级干线(i＝2)，逐级下推，终端下户线为末级干线(i＝m)；干线上的电压为ui(i＝1,2,...,m)，干线上的流过的电量为ai(i＝1,2,...,m)。此处所采用到的低压电网线路结构层次图如图4所示。
[0051]
在已知台区出口处端电压和线路末端的用户电量，求各线路的电压和损耗，分以下四步进行：
[0052]
(1)前推。由线路末端用户电量，在各节点电压等于线路首端的假设下，计算隔断线路的功率，进而求得台区出口各支路传输的初始电量。
[0053]
(2)回代。根据台区出口侧的电量和电压，求出首端线路的压降和损耗，从而求得下级干线的首端电压，推导公式如下：
[0054][0055][0056]
u2＝u
1-δu1；
[0057]
其中：a1为台区一级干线，即台区出口处线路的电量，f1为一级干线的分流系数，n1为设置参数(常设置为3)，u1为一级干线的首端电压，r1为一级干线的线路阻抗，u2为下一级干线，即二级干线的首端电压，t为运行时间，δu1为一级干线的压降。
[0058]
分流系数f就是将本段线路的电量a平均分到每条相在线，此时电压为相电压，例如：
[0059]
三相四线制的线路，每相上的电量为a/3，有三条相线，所以分流系数f＝3；
[0060]
三相三线制的线路，每相上的电量为a/3，有三条相线，所以分流系数f＝3；
[0061]
单相两线制的线路，每相上的电量为a/1，有一条相线，所以分流系数f＝1。
[0062]
由以上公式，即可根据一级干线的首端电压和电量，求出一级干线的电量损耗和二级干线的首端电压。再结合二级干线的电量，求出二级干线的电量损耗和三级干线的首端电压，依次类推，便可以求出所有线路的压降和损耗。
[0063]
具体的，第i条线路损耗和压降的递推公式列出如下：
[0064][0065][0066]ui 1
＝u
i-δui；
[0067]
其中：ui为第i条线路的首端电压，ai为第i条线路的电量，fi为第i条线路的分流系数，ri为第i条线路的线路阻抗，δui为第i条线路的压降，u
i 1
为第i 1条线路的首端电压。
[0068]
(3)判断精度。如果台区共有n条线路，那么将所有线路的损耗累加起来，就是台区的理论线损，如果两次理论线损之差小于0.001(精度可以任意设置)，则计算结束，如果不满足，则进行下一步。
[0069]
台区的理论线损计算公式为：
[0070][0071]
将理论损耗的初始值设为0，即δa0＝0，那么只要满足|δa
1-δa0|《0.001，那么计算就结束，δa1就是台区的理论线损，若不满足，则在进行损耗的修正处理后，返回进行下一级线路的损耗计算，直到满足|δa
i-δa
i-1
|《0.001。
[0072]
(4)前推修正。用本线路下属的所有损耗来损耗修正本线路的传输电量。
[0073]
台区有m级干线，其中第m-2级干线内的第x条线路下属了l条m-1干线，而其中第m-1级的第i条线路下属了k条m干线，这些m级干线为终端用户的下户线，对于m级线路来说，由于它们是终端用户的下户线，直接和电表相连，在采集了电表信息后，可以根据以下公式来求得m级干线(终端下户线)的损耗修正量：
[0074][0075][0076]
其中：为m级干线的修正量，为修正前的m级干线的损耗，为修正后m级干线的损耗，n为终端用户数量。
[0077]
具体的，线路的修正电量等于该线路的初始电量与该线路下属所有损耗的和。但由于用户电表信息的采集难度，在进行前代回推时，对电表损耗进行忽略。
[0078]
在对m级线路的线损损耗确定后，对与其连接的上级干线的损耗修正量，并依次向上求出所有线路的损耗修正量。
[0079]
(5)回代修正。以修正后的传输电量取代线路的初始电量，返回第二步，重新计算所有线路的压降和损耗。
[0080]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。