Joint Identification of Topology and Line Parameters for Low-voltage Distribution Network Based on Smart Meter Data

MA Shang; WEI Zhinong; HUANG Manyun; ZHENG Yuping; SUN Guoqiang

doi:10.7500/AEPS20230720002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Joint Identification of Topology and Line Parameters for Low-voltage Distribution Network Based on Smart Meter Data

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Joint Identification of Topology and Line Parameters for Low-voltage Distribution Network Based on Smart Meter Data
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 2, Pages: 60-70(2024)
- 作者机构：
  
  1.河海大学能源与电气学院,江苏省南京市 211100
  2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-75-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20230720002
  CLC：
- Received：20 July 2023，
  
  Revised：2023-09-01，
  
  Published Online：03 January 2024，
  
  Published：25 January 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
马尚,卫志农,黄蔓云等.基于智能电表数据的低压配电网拓扑与线路参数联合辨识[J].电力系统自动化,2024,48(2):60-70.

MA Shang,WEI Zhinong,HUANG Manyun,et al.Joint Identification of Topology and Line Parameters for Low-voltage Distribution Network Based on Smart Meter Data[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):60-70.
马尚,卫志农,黄蔓云等.基于智能电表数据的低压配电网拓扑与线路参数联合辨识[J].电力系统自动化,2024,48(2):60-70. DOI： 10.7500/AEPS20230720002.

MA Shang,WEI Zhinong,HUANG Manyun,et al.Joint Identification of Topology and Line Parameters for Low-voltage Distribution Network Based on Smart Meter Data[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):60-70. DOI： 10.7500/AEPS20230720002.

摘要

在低压配电网中，用户频繁地扩建和改接导致台账存在信息更新滞后、数据缺失等问题，难以获取当前运行状态下的拓扑及线路参数。针对无相角量测信息且含未知数量零注入功率“隐节点”的低压配电网，提出一种基于智能电表数据的低压配电网拓扑与线路参数联合辨识方法。基于低压配电网的电气特性以及辐射状网络的结构特点，推导出一种功率-电压比形式的线性逆潮流模型。通过线性回归求解得到阻抗距离矩阵，再利用无判定阈值形式的改进分组递归算法实现拓扑与线路参数的联合辨识。最后，在IEEE欧洲低压测试馈线和中国南京市某地区的实际低压配电网中对所提算法进行数值仿真，验证了所提算法的有效性。

Abstract

In the low-voltage distribution network

frequent extensions and modifications by users lead to the issues such as delayed information updates and missing data in the account

making it difficult to obtain the topology and line parameters under the current operating conditions. For low-voltage distribution networks that lack phase angle measurement information and include an indeterminate number of “hidden nodes” with zero injection power

this paper presents a method for joint identification of the network topology and line parameters utilizing data from smart meters. Based on the electrical and structural characteristics of radial low-voltage distribution network

a linear inverse power flow model in the form of power-to-voltage ratio is derived. The impedance distance matrix is obtained by linear regression solution

and then the topology and line parameters are jointly identified using an improved recursive grouping algorithm without threshold setting. Finally

the effectiveness of the proposed algorithm is verified by arithmetic simulation in the IEEE European low-voltage test feeder and an actual low-voltage distribution network in Nanjing

China.

关键词

Keywords

references

薛世伟，贾清泉，张珂欣，等 . 用电数据驱动的低压配电网负荷随机建模及不平衡评估［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 143 - 153 .

XUE Shiwei ， JIA Qingquan ， ZHANG Kexin ， et al . Electricity-consumption-data-driven stochastic modeling and unbalance assessment of load in low voltage distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 143 - 153 .

左逢源，张玉琼，赵强，等 . 计及源荷不确定性的综合能源生产单元运行调度与容量配置两阶段随机优化［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 22 ）： 8205 - 8215 .

ZUO Fengyuan ， ZHANG Yuqiong ， ZHAO Qiang ， et al . Two-stage stochastic optimization for operation scheduling and capacity allocation of integrated energy production unit considering supply and demand uncertainty ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 22 ）： 8205 - 8215 .

刘羽霄，张宁，康重庆 . 数据驱动的电力网络分析与优化研究综述［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 6 ）： 157 - 167 .

LIU Yuxiao ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing . A review on data-driven analysis and optimization of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 157 - 167 .

蒋玮，汤海波，祁晖，等 . 基于集成深度神经网络的配电网联络关系辨识技术［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 101 - 108 .

JIANG Wei ， TANG Haibo ， QI Hui ， et al . Distribution network connectivity recognition based on ensemble deep neural network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 101 - 108 .

PARK S ， DEKA D ， CHCRTKOV M . Exact topology and parameter estimation in distribution grids with minimal observability ［C］// 2018 Power Systems Computation Conference （PSCC）， June 11-15 ， 2018 ， Dublin， Ireland .

李坤，周来，张勇军，等 . 基于量测数据质量的低压台区拓扑识别结果可信度评价［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 99 - 107 .

LI Kun ， ZHOU Lai ， ZHANG Yongjun ， et al . Credibility evaluation of topology identification results in low-voltage distribution network based on quality of measured data ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 99 - 107 .

章坚民，夏燕，倪琳娜，等 . 面向不对称察觉的低压配电网分相接线图自动成图［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 143 - 149 .

ZHANG Jianmin ， XIA Yan ， NI Linna ， et al . Auto-generation of phase-separated connection diagram for asymmetry perceptible low-voltage distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 143 - 149 .

李富盛，陈伟松，钱斌，等 . 面向低压配电网智能电表误差监测的LightGBM-EM-EC多变量缺失数据高效重建［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （增刊1 ）： 95 - 105 .

LI Fusheng ， CHEN Weisong ， QIAN Bin ， et al . Efficient reconstruction of multivariate missing data for smart meter error monitoring in low voltage distribution network based on LightGBM-EM-EC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ Supplement 1 ）： 95 - 105 .

刘艳茹，刘洪，谷毅，等 . 考虑多种终端配置的中低压配电网供电可靠性协同评估［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 2 ）： 54 - 62 .

LIU Yanru ， LIU Hong ， GU Yi ， et al . Cooperative evaluation of power supply reliability of medium and low voltage distribution network considering multiple terminal configurations ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 2 ）： 54 - 62 .

LUAN W P ， PENG J ， MARAS M ， et al . Smart meter data analytics for distribution network connectivity verification ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 4 ）： 1964 - 1971 .

陈招安，黄纯，张志丹，等 . 基于T型灰色关联度和KNN算法的低压配电网台区拓扑识别方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 1 ）： 163 - 169 .

CHEN Zhaoan ， HUANG Chun ， ZHANG Zhidan ， et al . Topology identification method of a low voltage distribution network based on T-type grey correlation degree and KNN algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 1 ）： 163 - 169 .

张巍，徐进，刘家鹏 . 基于分支有功功率的低压有源配电网拓扑辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 15 ）： 85 - 95 .

ZHANG Wei ， XU Jin ， LIU Jiapeng . Topology identification method for low-voltage active distribution network based on branch active power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 15 ）： 85 - 95 .

PAPPU S J ， BHATT N ， PASUMARTHY R ， et al . Identifying topology of low voltage distribution networks based on smart meter data ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 5113 - 5122 .

ZHAO J A ， LI L A ， XU Z ， et al . Full-scale distribution system topology identification using Markov random field ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 6 ）： 4714 - 4726 .

熊尉辰，宋国兵，李洋，等 . 利用智能电表量测数据的三相四线制配电线路参数辨识［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 20 ）： 155 - 166 .

XIONG Weichen ， SONG Guobing ， LI Yang ， et al . Parameter identification of three-phase four-wire distribution line using smart meter measurement data ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 20 ）： 155 - 166 .

刘安迪，李妍，谢伟，等 . 基于多源数据多时间断面的配电网线路参数估计方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 46 - 54 .

LIU Andi ， LI Yan ， XIE Wei ， et al . Estimation method of line parameters in distribution network based on multi-source data and multi-time sections ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 46 - 54 .

宁家鑫，刘羽霄，章家维，等 . 数据驱动的三相配电网络拓扑与线路参数辨识［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 8 ）： 2615 - 2628 .

NING Jiaxin ， LIU Yuxiao ， ZHANG Jiawei ， et al . Data-driven topology and line parameter identification of three-phase distribution grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 8 ）： 2615 - 2628 .

杨冬锋，付强，刘晓军，等 . 配电网动态拓扑与线路参数联合在线辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 101 - 108 .

YANG Dongfeng ， FU Qiang ， LIU Xiaojun ， et al . Joint online identification method for dynamic topology and line parameters of distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 101 - 108 .

LAVE M ， RENO M J ， PEPPANEN J . Distribution system parameter and topology estimation applied to resolve low-voltage circuits on three real distribution feeders ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1585 - 1592 .

梁栋，张煜堃，王守相，等 . 基于非线性回归的含隐节点低压配电网参数和拓扑联合辨识［J］. 电力系统及其自动化学报， 2021 ， 33 （ 11 ）： 28 - 36 .

LIANG Dong ， ZHANG Yukun ， WANG Shouxiang ， et al . Nonlinear regression-based combined parameter and topology identification for low-voltage distribution network with latent nodes ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2021 ， 33 （ 11 ）： 28 - 36 .

YUAN Y ， LOW S H ， ARDAKANIAN O ， et al . Inverse power flow problem ［J］. IEEE Transactions on Control of Network Systems ， 2023 ， 10 （ 1 ）： 261 - 273 .

PARK S ， DEKA D ， BACKHAUS S ， et al . Learning with end-users in distribution grids： topology and parameter estimation ［J］. IEEE Transactions on Control of Network Systems ， 2020 ， 7 （ 3 ）： 1428 - 1440 .

PENGWAH A B ， FANG L X ， RAZZAGHI R ， et al . Topology identification of radial distribution networks using smart meter data ［J］. IEEE Systems Journal ， 2022 ， 16 （ 4 ）： 5708 - 5719 .

MOFFAT K ， BARIYA M ， VON MEIER A . Unsupervised impedance and topology estimation of distribution networks—limitations and tools ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 846 - 856 .

向明旭，杨知方，余娟，等 . 配电网线性潮流模型通式及误差分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2053 - 2064 .

XIANG Mingxu ， YANG Zhifang ， YU Juan ， et al . Linear power flow model in distribution network： unified expression and error analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2053 - 2064 .

YANG T S ， GUO Y ， DENG L R ， et al . A linear branch flow model for radial distribution networks and its application to reactive power optimization and network reconfiguration ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 3 ）： 2027 - 2036 .

CHOI M J ， TAN V Y F ， ANANDKUMAR A ， et al . Learning latent tree graphical models ［J］. The Journal of Machine Learning Research ， 2011 ， 12 ： 1771 - 1812 .

VANIN M ， GETH F ， D’HULST R ， et al . Combined unbalanced distribution system state and line impedance matrix estimation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2023 ， 151 ： 109155 .

Desert Knowledge Australia Centre . Alice springs ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. http：//dkasolarcentre.com.au/download http://dkasolarcentre.com.au/download .

ALIMARDANI A ， THERRIEN F ， ATANACKOVIC D ， et al . Distribution system state estimation based on nonsynchronized smart meters ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 6 ）： 2919 - 2928 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Parameter Identification of Three-phase Four-wire Distribution Line Using Smart Meter Measurement Data

Related Author

XIONG Weichen

SONG Guobing

LI Yang

SONG Xiaolin

HUANG Luhan

ZHANG Wei

YANG Dongfeng

Weichen XIONG

Related Institution

School of Electrical Engineering, Xi'an Jiaotong University

Marketing Service Center of State Grid Shaanxi Electric Power Company

Zhuhai Xuji Electric Co., Ltd.

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

⁰