基于知识图谱技术的配网拓扑结构的判断与研究

王晓光 林冠强

[摘    要]基于知识图谱技术（Knowledge Graph Technology KGT），对配网拓扑结构进行判断，能够有效判断配网拓扑结构中存在的错误数据，判断过程中，选择的数据量较少，没有使用通信信道，极大降低了信息判断成本，提高了技术的应用性，然而该技术需要很高的数据质与量。采用知识图谱技术的配网进行拓扑结构判断时，需要满足如下条件：①用户所在台区，设置的地址关联度高，这样可以提高知识图谱的推理能力;②针对高楼层用户，由于使用的变压器数量较多，因此，该技术能够容易判断出不正确的用户数据，并且能够补充完善。③该技术能够较好地规范用户地址，有助于提高拓扑结构的判断效果。

[关键词]配网管理;知识图谱技术;数据处理;拓扑结构;判断流程

[中图分类号]TP18 [文献标志码]A [文章编号]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

在保證电力系统稳定安全的情况下，为了实现配电网精细化管理，需要准确得到该电力系统中配网相应拓扑结构的数据系统，而其关键的内容为户变关系。由于前期配网里的相关数据均是通过人工方式导入的，数据量非常大，而人工导入难免出现一定的差错。同时，配网规模的发展越来越大，形成的结构越来越繁杂，配网中的其他方面的数据也越来越多，例如营销和计量，这些方面所建立的数据系统，相互独立，使得拓扑数据的判断无法实现，因此，需要采用一种新的配网拓扑结构判断技术[1-2]。

配网拓扑结构判断技术主要含有两类：离线拓扑结构判断技术与在线拓扑结构判断技术。前者需要通过硬件装置开展现场检测判断，投入的资金和人力成本比较多。后者含有的技术有电压皮尔逊判断技术、工频过零判断技术以及停电事件判断技术。在线判断技术的基本原理是，通过统计配网相关数据，实现拓扑结构的判断，能够实时获得配网的拓扑结构，投入的资金和人力成本比较少，然而，该技术中的数据统计过程，需要使用系统信道传输数据，并且，对于所获得的数据质与量两个方面都有很高的限制条件。由于现场的配网结构非常繁杂，仅仅依靠以上一种方法，难以全面正确地得到配网拓扑结构，于是，结合几种技术进行判断分析[3-4]。

随着数据处理技术的不断提高，知识图谱技术（Knowledge Graph Technology KGT）得到快速的发展，该技术通过图形反映知识结构的内在联系，包含通用KGT和行业KGT两种，前者主要采用自下而上的模式进行图谱构建，涉及的知识多、关系复杂;后者采用自下而上与自上而下相结合的模式进行图谱构建，涉及的知识面窄而深、针对性强。图谱构建过程含有四个方面，分别是抽取、推理、融合和存储，采用的技术有人工构建、机器主动学习构建、互联网链接构建等。尽管KGT在互联网中大量应用，然而，电力系统中使用KGT技术比较少，属于行业KGT。配网存在很多的电气装置，包括FTU、DTU、线路和变压器等，通常采用数据库的形式对电气装置及其属性进行描述[5-6]。

1 配网知识图谱拓扑结构构建方法

针对配网特点，构建拓扑结构，首先设置电气装置相互关系，然后分析这些电气装置的属性，选择自上而下的模式，配网的知识图谱中对电气装置建模，模型为这种装置的抽象概念，同时，包括这种装置的属性，而且设置各种电气装置模型相互关系，要求最小化建立整个配网知识图谱的模型库。目前，配网数据系统使用结构化數据库，容易进行知识抽取，还需要进行字段的提取。由于不同的配网数据系统中，同一电气装置及其属性描述方式存在一定的差异，要求知识抽取过程中实现数据融合。

对于构建的数据库，抽取融合后的知识和电气装置本体进行对应，从而成为一个实体，同时，该实体和属性的相互关系进行了关联，本体结构要素如图1所示。这种实体、属性和关系三者定义为三元组，共同组建配网的知识图谱。该知识图谱采用可视化的方式显示配网拓扑结构，并且能够判断拓扑结构是否合理，图2为配网知识图谱拓扑结构构建方法。

配网知识图谱构建的拓扑结构涉及的电气装置包含四类本体，分别是台区、用户、变压器和馈线。从数据库中抽取这些本体数据，得到的数据字段和本体对应，如果数据字段不含本体属性，需要重新设置，从而形成知识图谱数据库中的本体，则有：

（1）

式（1）中，，其中，O1代表台区，O2代表用户，O3代表变压器，O4代表馈线;Pi代表相应的属性集合;Ri代表相应的关系集合。本体之间的关系见表1，其构建情况如图3所示。通过结构化数据库抽取知识，并且把知识和本体相关联，从而得到配网拓扑结构的实体。

2 配网拓扑结构判断方法

对于配网建立的拓扑结构，关键是判断用户和变压器形成的关系是否正确，也就是户变关系，如果不正确，需要进行现场核实。一般，造成这种错误的原因为信息录入错误或者信息漏录。知识图谱可以准确判断配网拓扑结构中的错误信息，并且完善户变关系，判断流程如图4所示。

一般，用户信息的原始数据通过人工录入的方式输入系统，存在一定的弊端，配网知识图谱把用户地址设置成十级，由Level 1到Level 10，各级规范见表2，如果某级没有，不用设置。

对于配网拓扑结构中处于同一台区的用户，如果某些用户缺失一些信息，采用知识图谱技术，通过推理，能够自动完善这些信息。如果用户的Level 1～Level 6属性一样，那么可以认为这些用户在同一小区，通过分析Level 7～Level 10，就可以知道这些用户的具体信息。如果用户的Level 1～Level 7一样，通过知识图谱能够得到，本楼栋使用的变压器数量为 ，则：

（2）

为了保证该楼栋用电安全，依照相关标准，该楼栋设计的变压器数量为NBD，有：

（3）

如果，那么，可以判断户变关系不正确，通常，同一栋楼，由于底层用户较少，共用一台变压器，并且同层用户共用1台变压器，而高层用户较多，使用2～4台，根据设计要求，抽出信息不正确的用户，修改相应变压器属性信息。

3 案例分析

某配网系统中，用户地址信息存在不规范的地方，并且存在无效地址数，仅仅可以通过该楼栋其他用户信息完善，这种无效地址，难以保证采用知识图谱技术得到全部规范，见表3。

采用知识图谱对拓扑结构进行判断，判断结果见表4。从表4可知，对于有些台区，采用知识图谱技术，能够全部判断出不正确户数;而对于有些台区，采用该技术，正确率没有达到100%。这是由于这些台区的用户原始录入数据存在一定的不规范，采用知识图谱无法利用关联信息实现100%补充完善，判断出这些不正确的户数信息，特别是台区1，户数较少，增加了判断的难度。

因此，采用知识图谱技术，配网进行拓扑结构判断时，需要满足如下条件：①用户所在台区，设置的地址关联度高，这样可以提高知识图谱的推理能力。②针对高楼层用户，由于使用的变压器数量较多，因此，该技术能够容易判断出不正确的用户数据，并且能够补充完善。③该技术能够较好地规范用户地址，有助于提高拓扑结构的判断效果。

4 结论

基于知识图谱技术，对配网拓扑结构进行判断，能够有效判断配网拓扑结构中存在的错误数据。判断过程中，选择的数据量较少，没有使用通信信道，极大降低了信息判断成本，提高了技术的应用性，然而该技术需要很高的数据质与量。因此，判断过程中，为了保证正确率，需要结合其他技术相互印证。

参考文献

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