基于知識圖譜技術的配網拓撲結構的判斷與研究

王曉光 林冠強

[摘? ? 要]基于知識圖譜技術（Knowledge Graph Technology KGT），對配網拓撲結構進行判斷，能夠有效判斷配網拓撲結構中存在的錯誤數據，判斷過程中，選擇的數據量較少，沒有使用通信信道，極大降低了信息判斷成本，提高了技術的應用性，然而該技術需要很高的數據質與量。采用知識圖譜技術的配網進行拓撲結構判斷時，需要滿足如下條件：①用戶所在臺區，設置的地址關聯度高，這樣可以提高知識圖譜的推理能力;②針對高樓層用戶，由于使用的變壓器數量較多，因此，該技術能夠容易判斷出不正確的用戶數據，并且能夠補充完善。③該技術能夠較好地規范用戶地址，有助于提高拓撲結構的判斷效果。

[關鍵詞]配網管理;知識圖譜技術;數據處理;拓撲結構;判斷流程

[中圖分類號]TP18 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–03

Judgment and Research of Distribution Network Topology Based

on Knowledge Graph Technology

Wang Xiao-guang，Lin Guan-qiang

[Abstract]Based on the knowledge graph technology （KGT—Knowledge Graph Technology）， the judgment of the distribution network topology can effectively judge the wrong data in the distribution network topology. During the judgment process， the amount of data selected is less and no communication is used. The channel greatly reduces the cost of information judgment and improves the applicability of the technology. However， this technology requires high data quality and quantity. When using knowledge graph technology， the distribution network needs to meet the following conditions when determining the topology structure：①The user's station area has a high degree of relevance to the address set， which can improve the reasoning ability of the knowledge graph;②For high-floor users， due to the use of There are a large number of transformers， so this technology can easily determine incorrect user data and can be supplemented and perfected.③This technology can better regulate user addresses and help improve the judgment effect of the topology.

[Keywords]distribution network management; knowledge graph technology; data processing; topological structure; judgment process

在保證電力系統穩定安全的情況下，為了實現配電網精細化管理，需要準確得到該電力系統中配網相應拓撲結構的數據系統，而其關鍵的內容為戶變關系。由于前期配網里的相關數據均是通過人工方式導入的，數據量非常大，而人工導入難免出現一定的差錯。同時，配網規模的發展越來越大，形成的結構越來越繁雜，配網中的其他方面的數據也越來越多，例如營銷和計量，這些方面所建立的數據系統，相互獨立，使得拓撲數據的判斷無法實現，因此，需要采用一種新的配網拓撲結構判斷技術[1-2]。

配網拓撲結構判斷技術主要含有兩類：離線拓撲結構判斷技術與在線拓撲結構判斷技術。前者需要通過硬件裝置開展現場檢測判斷，投入的資金和人力成本比較多。后者含有的技術有電壓皮爾遜判斷技術、工頻過零判斷技術以及停電事件判斷技術。在線判斷技術的基本原理是，通過統計配網相關數據，實現拓撲結構的判斷，能夠實時獲得配網的拓撲結構，投入的資金和人力成本比較少，然而，該技術中的數據統計過程，需要使用系統信道傳輸數據，并且，對于所獲得的數據質與量兩個方面都有很高的限制條件。由于現場的配網結構非常繁雜，僅僅依靠以上一種方法，難以全面正確地得到配網拓撲結構，于是，結合幾種技術進行判斷分析[3-4]。

隨著數據處理技術的不斷提高，知識圖譜技術（Knowledge Graph Technology KGT）得到快速的發展，該技術通過圖形反映知識結構的內在聯系，包含通用KGT和行業KGT兩種，前者主要采用自下而上的模式進行圖譜構建，涉及的知識多、關系復雜;后者采用自下而上與自上而下相結合的模式進行圖譜構建，涉及的知識面窄而深、針對性強。圖譜構建過程含有四個方面，分別是抽取、推理、融合和存儲，采用的技術有人工構建、機器主動學習構建、互聯網鏈接構建等。盡管KGT在互聯網中大量應用，然而，電力系統中使用KGT技術比較少，屬于行業KGT。配網存在很多的電氣裝置，包括FTU、DTU、線路和變壓器等，通常采用數據庫的形式對電氣裝置及其屬性進行描述[5-6]。

1 配網知識圖譜拓撲結構構建方法

針對配網特點，構建拓撲結構，首先設置電氣裝置相互關系，然后分析這些電氣裝置的屬性，選擇自上而下的模式，配網的知識圖譜中對電氣裝置建模，模型為這種裝置的抽象概念，同時，包括這種裝置的屬性，而且設置各種電氣裝置模型相互關系，要求最小化建立整個配網知識圖譜的模型庫。目前，配網數據系統使用結構化數據庫，容易進行知識抽取，還需要進行字段的提取。由于不同的配網數據系統中，同一電氣裝置及其屬性描述方式存在一定的差異，要求知識抽取過程中實現數據融合。

對于構建的數據庫，抽取融合后的知識和電氣裝置本體進行對應，從而成為一個實體，同時，該實體和屬性的相互關系進行了關聯，本體結構要素如圖1所示。這種實體、屬性和關系三者定義為三元組，共同組建配網的知識圖譜。該知識圖譜采用可視化的方式顯示配網拓撲結構，并且能夠判斷拓撲結構是否合理，圖2為配網知識圖譜拓撲結構構建方法。

配網知識圖譜構建的拓撲結構涉及的電氣裝置包含四類本體，分別是臺區、用戶、變壓器和饋線。從數據庫中抽取這些本體數據，得到的數據字段和本體對應，如果數據字段不含本體屬性，需要重新設置，從而形成知識圖譜數據庫中的本體，則有：

（1）

式（1）中，，其中，O1代表臺區，O2代表用戶，O3代表變壓器，O4代表饋線;Pi代表相應的屬性集合;Ri代表相應的關系集合。本體之間的關系見表1，其構建情況如圖3所示。通過結構化數據庫抽取知識，并且把知識和本體相關聯，從而得到配網拓撲結構的實體。

2 配網拓撲結構判斷方法

對于配網建立的拓撲結構，關鍵是判斷用戶和變壓器形成的關系是否正確，也就是戶變關系，如果不正確，需要進行現場核實。一般，造成這種錯誤的原因為信息錄入錯誤或者信息漏錄。知識圖譜可以準確判斷配網拓撲結構中的錯誤信息，并且完善戶變關系，判斷流程如圖4所示。

一般，用戶信息的原始數據通過人工錄入的方式輸入系統，存在一定的弊端，配網知識圖譜把用戶地址設置成十級，由Level 1到Level 10，各級規范見表2，如果某級沒有，不用設置。

對于配網拓撲結構中處于同一臺區的用戶，如果某些用戶缺失一些信息，采用知識圖譜技術，通過推理，能夠自動完善這些信息。如果用戶的Level 1～Level 6屬性一樣，那么可以認為這些用戶在同一小區，通過分析Level 7～Level 10，就可以知道這些用戶的具體信息。如果用戶的Level 1～Level 7一樣，通過知識圖譜能夠得到，本樓棟使用的變壓器數量為 ，則：

（2）

為了保證該樓棟用電安全，依照相關標準，該樓棟設計的變壓器數量為NBD，有：

（3）

如果，那么，可以判斷戶變關系不正確，通常，同一棟樓，由于底層用戶較少，共用一臺變壓器，并且同層用戶共用1臺變壓器，而高層用戶較多，使用2～4臺，根據設計要求，抽出信息不正確的用戶，修改相應變壓器屬性信息。

3 案例分析

某配網系統中，用戶地址信息存在不規范的地方，并且存在無效地址數，僅僅可以通過該樓棟其他用戶信息完善，這種無效地址，難以保證采用知識圖譜技術得到全部規范，見表3。

采用知識圖譜對拓撲結構進行判斷，判斷結果見表4。從表4可知，對于有些臺區，采用知識圖譜技術，能夠全部判斷出不正確戶數;而對于有些臺區，采用該技術，正確率沒有達到100%。這是由于這些臺區的用戶原始錄入數據存在一定的不規范，采用知識圖譜無法利用關聯信息實現100%補充完善，判斷出這些不正確的戶數信息，特別是臺區1，戶數較少，增加了判斷的難度。

因此，采用知識圖譜技術，配網進行拓撲結構判斷時，需要滿足如下條件：①用戶所在臺區，設置的地址關聯度高，這樣可以提高知識圖譜的推理能力。②針對高樓層用戶，由于使用的變壓器數量較多，因此，該技術能夠容易判斷出不正確的用戶數據，并且能夠補充完善。③該技術能夠較好地規范用戶地址，有助于提高拓撲結構的判斷效果。

4 結論

基于知識圖譜技術，對配網拓撲結構進行判斷，能夠有效判斷配網拓撲結構中存在的錯誤數據。判斷過程中，選擇的數據量較少，沒有使用通信信道，極大降低了信息判斷成本，提高了技術的應用性，然而該技術需要很高的數據質與量。因此，判斷過程中，為了保證正確率，需要結合其他技術相互印證。

參考文獻

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