CN103178517B - 一种电力系统多级拓扑分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力系统多级拓扑分析方法，对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑的方式，包括：步骤S1，根据网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对电力系统进行多级拓扑分析的级别数N，N为大于1的正整数；步骤S2，对电力系统的N个级别分别进行拓扑分析，依次判断电力系统从第一级到第N级的拓扑图是否发生变化；步骤S3，根据电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断电力系统的稳定情况。本发明提供的一种电力系统多级拓扑分析方法，实现不同抽象层次的拓扑分析，不同抽象层次形成的拓扑图可以代表不同电力系统变化大小影响的参考刻度，满足不同网络分析和应用的需求。

Description

一种电力系统多级拓扑分析方法

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域，具体涉及一种电力系统多级拓扑分析方法。

背景技术

拓扑分析是电力系统各类分析计算中的基本功能。电力系统分析可以归结为简单的两个步骤：列方程和解方程。拓扑分析属于网络分析中的第一阶段，其主要目的是将物理抽象模型向数学模型过渡，因此其性能和灵活性关系到所有网络分析计算的整体性能。

目前电力系统的拓扑分析技术非常成熟，主要研究重点在于提高拓扑分析的速度。提高拓扑分析速度有两种：一种是采用局部拓扑的方法，利用已有的拓扑分析结果，修改局部的拓扑分析数据，达到加快拓扑分析的速度；另一种是采用分层的方法，将拓扑分析分为厂站层、网络层，每次根据情况修改某些厂站的拓扑。

在网络分析类软件的实际应用中，遇到其它各种各样的需求，例如，有些需要计算联络线、有些需要某一变压器支路潮流或母线电压，有些需要了解拓扑变化对整个电网的影响大小，有些需要了解电网变化具体区域等等。如何满足这些需求，这些都是可以拓扑分析需要进一步提高的地方。随着电网智能化的发展，拓扑分析作为各类电力系统分析的基础和必要环节，理应充分发挥出其应有的潜力。

发明内容

本发明涉及一种电力系统多级拓扑分析方法，所述方法对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑的方式，包括：

步骤S1，根据网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对所述电力系统进行多级拓扑分析的级别数N，N为大于1的正整数；

步骤S2，对所述电力系统的所述N个级别分别进行拓扑分析，依次判断所述电力系统从第一级到第N级的拓扑图是否发生变化；

步骤S3，根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况。

本发明提供的第一优选实施例中：所述步骤S1中根据所述网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对所述电力系统进行多级拓扑分析的级别数N的方法包括：

步骤S101，输入电网拓扑模型；

步骤S102，将多端元件进行分解，形成双端元件，由所述元件端点作为节点，由双端元件确定边，形成第一级拓扑图；

步骤S103，将闭合开关、零阻抗支路相连的节点合并成新的节点，形成第二级拓扑图；

步骤S104，将升压变、降压变对应的支路阻抗设为零，相应节点合并，形成第三级拓扑图。

本发明提供的第二优选实施例中：存在电厂站群时，所述步骤S104之后包括：

步骤S105，将电站内支路阻抗设为零，连接电站线路阻抗设为零，相关节点合并，形成第四级拓扑图。

本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤S105之后还包括：步骤S106，根据用户的需求对相关拓扑图进行抽象处理，形成更大级别的拓扑图。

本发明提供的第四优选实施例中：所述用户的需求包括需要计算联络线、需要某一变压器支路潮流或母线电压、需要了解拓扑变化对整个电网的影响大小和需要了解电网变化具体区域。

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤S2中依据规则集合F的成员对电力系统的N个级别分别进行k级拓扑分析，并对拓扑分析结果W_k进行保留；

所述规则集合F={F_I，…F_i…，F_k|函数F_i：W_i→W_i+I，i＜k}，所述拓扑分析结果其中V表示电网拓扑模型图的有限个顶点构成的非空集合。

本发明提供的第六优选实施例中：所述规则集合F由拓扑分析的级别数确定，规则集合F的成员数由进行多级拓扑分析的级别数N确定。

本发明提供的第七优选实施例中：所述步骤S2中判断所述电力系统第一级到第N级中任意一级别的拓扑图是否发生变化的方法为：比较实时得到的所述级别的拓扑分析结果W_k'与保留的所述级别原有的拓扑分析结果W_k进行比较，判断所述级别的拓扑图是否发生变化，包括：

步骤S201，分析对所述级别进行k级拓扑分析后，判断W_k'和W_k的成员个数是否相等，是，执行步骤S202，否，执行步骤S203；

步骤S202，针对所述级别1-k级每一级的拓扑分析，每次均取U_i中最大值U_imax和最小值U_imin，1≤i≤k，设定常数nlarge，形成对应值m_i=U_imax×nlarge+U_imin，将W_i'和U_k分别对应转换为一系列整数集合M'={m₁',m₂'…m_i'…m_k'}和M={m₁,m₂…m_i…m_k}，判断M'和M是否相同，不相同，执行步骤S203，相同，执行步骤S204；

步骤S203，判断所述级别拓扑图发生变化；

步骤S204，判断所述级别拓扑图没有发生变化。

本发明提供的第八优选实施例中：所述步骤S3根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况，形成所述电力系统在线故障诊断和预警系统，包括：

所述第一级拓扑图发生变化，第二级拓扑图没有变化时，表示电网带阻抗支路潮流不变，此时传统的潮流计算模块不用重新形成进行拓扑分析；

所述第二级拓扑图发生变化，第三级拓扑图没有变化时，表示详细的潮流计算程序拓扑发生变化，电网中各线路的潮流基本不发生变化，此时所述传统的潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析，用简化计算节点形成的潮流计算模块不重新进行拓扑分析；

所述第三级拓扑图发生变化，第四级拓扑图没有变化时，表示发生个别元件切除，所述电网中主干线路的潮流基本不发生变化，此时潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析。

本发明提供的第九优选实施例中：所述步骤S3根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况，形成所述电力系统在线故障诊断和预警系统，还包括：所述第四级拓扑图发生变化时，表示电网发生剧烈变化，发生厂站停电，此时所有计算模块需要重新进行拓扑分析。

本发明提供的一种电力系统多级拓扑分析方法的有益效果包括：

1、本发明提供的一种电力系统多级拓扑分析方法，在计算条件不变的情况下，可以根据计算需要，实现不同抽象层次的拓扑分析，不同抽象层次形成的拓扑图可以代表不同电力系统变化大小影响的参考刻度，满足不同网络分析和应用的需求。

2、能够对电网信息进行快速的分析处理，随着网络状况的变化，对多级拓扑图进行实时的存储和修改，保证存储的拓扑图与实际系统拓扑图一致，并且通过判断拓扑分析结果成员数是否相等以及将拓扑分析结果转化为对应整数集合的方式，方便快捷的判断每个级别的拓扑图是否发生变化。

3、对不同级别的拓扑图的变化转换成电力系统故障的量化指标进行量化分析，通过判断不同时刻拓扑的变化情况，进行快速故障区域判断和对故障强度大小判断，并且不同抽象层次的拓扑分析可以分析带电网络和不带电区域，因此能够实现电力系统的在线故障诊断和预警。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种电力系统多级拓扑分析方法的流程图；

如图2所示为本发明提供的一种判断任意一级别的拓扑图是否发生变化的方法的实施例的流程图；

如图3所示为本发明提供的拓扑图抽象级别的实施例的示意图；

如图4所示为发明提供的一种判断电力系统的稳定情况的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种电力系统多级拓扑分析方法，其方法流程图如图1所示，对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑的方式，包括：

步骤S1，根据网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对电力系统进行多级拓扑分析的级别数N，N为大于1的正整数。

步骤S2，对电力系统的N个级别分别进行拓扑分析，依次判断该电力系统从第一级到第N级的拓扑图是否发生变化。

步骤S3，根据该电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断该电力系统的稳定情况。

多级拓扑技术是对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑，根据每一级的抽象要求，考虑各个节点的连接支路特点，对部分节点和支路进行必要的合并，由此形成多个不同抽象层次的拓扑图，最后结合多层次的拓扑序列，对网络模型的不同精确程度表达，并依靠拓扑比较技术达到对拓扑变化量化的方法。

电力系统多级拓扑分析首先需要根据电网运行状态和网络数据来构建一个完整的电网拓扑模型，对同一电网形成不同抽象层次的多级拓扑图，每一级的拓扑图可以代表不同参考刻度，需要存储的不是一个图的问题、而是存储由同一电力系统网络形成的多个图的问题。多个拓扑图是由同一拓扑图依据不同规则通过拓扑节点的合并形成新的拓扑图。本发明提供一种步骤S1中根据网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对电力系统进行多级拓扑分析的级别数N的方法包括：

步骤S101，输入电网拓扑模型。

步骤S102，将多端元件进行分解，形成双端元件，由元件端点作为节点，由双端元件确定边，形成第一级拓扑图。

电力系统最详细的模型是物理节点及其连接支路形成第一级拓扑图。

步骤S103，将闭合开关、零阻抗支路相连的节点合并成新的节点，形成第二级拓扑图。

当将支路阻抗为零的物理节点合并，则形成计算节点及其连接支路形成第二级拓扑图。

步骤S104，将升压变、降压变对应的支路阻抗设为零，相应节点合并，形成第三级拓扑图。

当将同一厂站内，接入同一母线的机组或负荷合并，则形成简化计算节点及其连接支路形成第三级拓扑图。

进一步的，当存在电厂站群现象时，可以将这些电厂站进行合并，则形成合并电厂站的节点及其连接支路形成第四级拓扑图。步骤S105，将电站内支路阻抗设为零，连接电站线路阻抗设为零，相关节点合并，形成第四级拓扑图。

优选的，确定级别数N的方法还可以包括：步骤S106，根据用户的需求可以进一步对相关拓扑图进行抽象处理，形成更大级别的拓扑图。

在网络分析类软件的实际应用中，遇到其它各种各样的需求，例如，有些需要计算联络线、有些需要某一变压器支路潮流或母线电压，有些需要了解拓扑变化对整个电网的影响大小，有些需要了解电网变化具体区域等等。

步骤S2中依据规则集合F的成员对电力系统的N个级别分别进行k级拓扑分析，并对拓扑分析结果W_k进行保留，其中F={F_I，…F_i…，F_k|函数F_i：W_i→W_i+1，i＜k}，V表示电网拓扑模型图的有限个顶点构成的非空集合，规则集合F由拓扑分析的级别数确定，规则集合F的成员数由进行多级拓扑分析的级别数N确定。

步骤S2中判断电力系统第一级到第N级中任意一级别的拓扑图是否发生变化的方法为：比较实时得到的该级别的拓扑分析结果W_k'与保留的该级别原有的拓扑分析结果W_k进行比较，判断该级别的拓扑图是否发生变化，其流程图如图2所示，包括：

步骤S201，分析对该级别进行k级拓扑分析后，判断W_k′和W_k的成员个数是否相等，是，执行步骤S202，否，执行步骤S203。

步骤S202，针对该级别1-k级每一级的拓扑分析，每次均取U_i中最大值U_imax和最小值U_imin，1≤i≤k，设定一个大数nlarge作为常数，形成对应值m_i=U_imax×nlarge+U_imin，将W_k'和W_k对应转换为一系列整数集合M'={m₁',m₂'…m_i'…m_k}和M=[m₁,m₂…m_i…m_k}，判断M'和M是否相同，不相同，执行步骤S203，相同，执行步骤S204。

步骤S203，判断该级别拓扑图发生变化。

步骤S204，判断该级别拓扑图没有发生变化。

对同一电网拓扑模型形成了不同抽象级别的拓扑图后可以作为代表不同参考刻度的拓扑图，本实施例提供的四个级别的拓扑图抽象级别示意图如图3所示，依次判断从第一级到第N级的拓扑图是否发生变化，根据不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断电力系统的稳定情况，形成该电力系统在线故障诊断和预警系统。当电网连接关系发生变化，例如，发生开关变位时，通过局部拓扑修改，和不同抽象级别的图进行比较，查看电网变化区域。步骤S3中根据不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断电力系统的稳定情况，形成该电力系统在线故障诊断和预警系统的方法的流程图如图4所示，其中：

变化1为第一级拓扑图发生变化，第二级拓扑图没有变化，表示电网带阻抗支路潮流不变，此时传统的潮流计算模块可以不用重新形成进行拓扑分析。

变化2为第二级拓扑图发生变化，第三级拓扑图没有变化，表示详细的潮流计算程序拓扑发生变化，电网中各线路的潮流基本不发生变化，此时传统的潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析，用简化计算节点形成的潮流计算模块可以不重新进行拓扑分析。

变化3为第三级拓扑图发生变化，第四级拓扑图没有变化，表示发生个别元件切除，电网中主干线路的潮流基本不发生变化，此时潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析。

变化4为第四级拓扑图发生变化，表示电网发生剧烈变化，发生厂站停电，基本可以断定为大停电事故，此时所有计算模块需要重新进行拓扑分析。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电力系统多级拓扑分析方法，其特征在于，所述方法对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑的方式，包括：

步骤S1，根据网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对所述电力系统进行多级拓扑分析的级别数N，N为大于1的正整数；

步骤S2，对所述电力系统的所述N个级别分别进行拓扑分析，依次判断所述电力系统从第一级到第N级的拓扑图是否发生变化；

步骤S3，根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况；

所述步骤S1中根据所述网络分析计算和电力系统故障量化分析的要求，确定对所述电力系统进行多级拓扑分析的级别数N的方法包括：

步骤S101，输入电网拓扑模型；

步骤S102，将多端元件进行分解，形成双端元件，由所述元件端点作为节点，由双端元件确定边，形成第一级拓扑图；

步骤S103，将闭合开关、零阻抗支路相连的节点合并成新的节点，形成第二级拓扑图；

步骤S104，将升压变、降压变对应的支路阻抗设为零，相应节点合并，形成第三级拓扑图。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，存在电厂站群时，所述步骤S104之后包括：

步骤S105，将电站内支路阻抗设为零，连接电站线路阻抗设为零，相关节点合并，形成第四级拓扑图。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S105之后还包括：步骤S106，根据用户的需求对相关拓扑图进行抽象处理，形成更大级别的拓扑图。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述用户的需求包括需要计算联络线、需要某一变压器支路潮流或母线电压、需要了解拓扑变化对整个电网的影响大小和需要了解电网变化具体区域。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中依据规则集合F的成员对电力系统的N个级别分别进行k级拓扑分析，并对拓扑分析结果W_k进行保留；

所述规则集合F＝{F₁，…F_i…，F_k|函数F_i：W_i→W_i+1，i＜k}，所述拓扑分析结果其中V表示电网拓扑模型图的有限个顶点构成的非空集合。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述规则集合F由拓扑分析的级别数确定，规则集合F的成员数由进行多级拓扑分析的级别数N确定。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中判断所述电力系统第一级到第N级中任意一级别的拓扑图是否发生变化的方法为：

比较实时得到的所述级别的拓扑分析结果W_k′与保留的所述级别原有的拓扑分析结果W_k进行比较，判断所述级别的拓扑图是否发生变化，包括：

步骤S201，分析对所述级别进行k级拓扑分析后，判断W_k′和W_k的成员个数是否相等，是，执行步骤S202，否，执行步骤S203；

步骤S202，针对所述级别1-k级每一级的拓扑分析，每次均取U_i中最大值U_i max和最小值U_i min，1≤i≤k，设定常数nlarge，形成对应值m_i＝U_i max×nlarge+U_i min，将W_k'和W_k分别对应转换为一系列整数集合M'＝{m₁',m₂'…m_i'…m_k'}和M＝{m₁,m₂…m_i…m_k}，判断M'和M是否相同，不相同，执行步骤S203，相同，执行步骤S204；

步骤S203，判断所述级别拓扑图发生变化；

步骤S204，判断所述级别拓扑图没有发生变化。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况，形成所述电力系统在线故障诊断和预警系统，包括：

所述第一级拓扑图发生变化，第二级拓扑图没有变化时，表示电网带阻抗支路潮流不变，此时传统的潮流计算模块不用重新形成进行拓扑分析；

所述第二级拓扑图发生变化，第三级拓扑图没有变化时，表示详细的潮流计算程序拓扑发生变化，电网中各线路的潮流基本不发生变化，此时所述传统的潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析，用简化计算节点形成的潮流计算模块不重新进行拓扑分析；

所述第三级拓扑图发生变化，第四级拓扑图没有变化时，表示发生个别元件切除，所述电网中主干线路的潮流基本不发生变化，此时潮流计算模块需要重新形成进行拓扑分析。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3根据所述电力系统不同级别的拓扑图是否发生变化的情况判断所述电力系统的稳定情况，形成所述电力系统在线故障诊断和预警系统，还包括：所述第四级拓扑图发生变化时，表示电网发生剧烈变化，发生厂站停电，此时所有计算模块需要重新进行拓扑分析。