CN103218478A - 一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法及搜索系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法及搜索系统。该方法包括下述步骤：循环遍历死断开关数组中的所有开关；判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；选取其中置信水平最低且一端在有源岛，另一端在孤岛的开关i，闭合开关i；沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；删掉死断开关数组中所有复活的开关；删掉死节点数组中所有复活的节点；将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；遍历边界死开关集合，删掉边界死开关集合所有复活的开关；I、遍历过程结束，使配电网消除孤岛且不产生环网。本发明所涉及的方法以启发式搜索自动检测嫌疑的开关遥信错误，并予以修正，从而消除孤岛而不产生环网。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法及搜索系统。
背景技术
目前，正常工况下，配电网拓扑不应出现孤岛或环网。但由于实时遥信数据的错误，配电网主站系统所获知的拓扑可出现孤岛，给后续的计算、仿真和控制带来障碍。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法，本发明的另一目的是提供一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索系统，所涉及的方法以启发式搜索自动检测嫌疑的开关遥信错误，并予以修正，从而消除孤岛而不产生环网。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法，其改进之处在于，所述方法对配电网中的节点、馈线段和开关进行遍历；所述方法包括下述步骤：
A、循环遍历死断开关数组中的所有开关；
B、判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；
C、选取其中置信水平最低且一端在有源岛，另一端在孤岛的开关i，闭合开关i；
D、沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
E、遍历死断开关数组，删掉死断开关数组中所有复活的开关；
F、遍历死节点数组，删掉死节点数组中所有复活的节点；
G、将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；
H、遍历边界死开关集合，删掉边界死开关集合所有复活的开关；
I、遍历过程结束，使配电网消除孤岛且不产生环网。
优选的，所述步骤A中，循环遍历死断开关数组中的所有开关，并将循环迭代器指向该数组中的首个开关；所述死断开关指的是配电网中至少有一端与电源节点无连通路径，且处于断开状态的开关。
优选的，所述步骤B中，若死断开关数组中的所有开关已遍历完，则进行步骤H；否则，进行步骤C。
优选的，所述步骤C中，所述置信水平指的是遥信正确的概率，在0-100%之间；其决定开关操作方案和搜索起点，依据置信水平的不同自动选择消除孤岛方案。
优选的，所述步骤D中，以深度优先搜索法对元件设置深度，元件的深度设置包括：
1）电源节点的深度为0；
2）馈线段两端节点的深度相差1；
3）处于闭合状态的开关两端节点的深度相同；
4）孤岛内的所有节点的深度为-1。
优选的，所述步骤E中，所有复活的开关指的是两端节点均有深度的开关，即开关两端均在有源岛的开关。
优选的，所述步骤F中，所述死节点指的是与电源没有连通路径的节点；所述复活的节点指的是有深度的节点。
优选的，所述步骤H中，所述边界死开关指的是配电网中开关一端在有源岛，另一端在孤岛的开关；所述有源岛指的是从变电站内电源点或变压器出发，所有与该电源点或变压器有连通路径的元件集合；所述孤岛指的是从变电站内电源点或变压器出发，所有与该电源点或变压器没有连通路径的元件集合。
优选的，在每次闭合死断开关之后的搜索过程中，动态更新配电网的死断开关信息。
本发明基于另一目的提供的一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索系统，其改进之处在于，所述系统包括：
配电网元件与数据结构变化模块：用于将配电网中的节点、开关和馈线段变换成数据结构形式；
死断开关数组遍历模块：用于循环遍历死断开关数组中的所有开关；
判断模块：用于判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；
深度设置模块：用于沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
死节点数组遍历模块：用于循环遍历死节点数组中的所有节点；
循环迭代器重置模块：用于将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；
边界死开关集合遍历模块：用于遍历边界死开关集合中的所有开关；
所述配电网元件与数据结构变化模块、死断开关数组遍历模块、判断模块、深度设置模块、死节点数组遍历模块、循环迭代器重置模块和边界死开关集合遍历模块依次进行通信。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的方法复杂度小于o(n2)，对于52条馈线4400余节点的配电网（相当于某大型省会城市核心区的规模）其运算速度为0.3s，完全满足实时运行的要求；且在数学意义上具有绝对准确性——经过本方法修正的网络拓扑数学上无孤岛无环网，完全满足配电网正常运行的约束；在工程意义上也具有很高的准确性。
2、本发明所提供得方法可有效应用于配电网规划软件、配电网运行仿真软件，为配电网的计算仿真提供高质量的拓扑数据。
3、本发明的方法充分挖掘数据结构的特性，以清晰的逻辑和较小的代码量完成复杂任务。
4、本发明的方法准确：本发明方法经过实践验证，拓扑修正结果的准确度超过90%。对于辐射网，经过本专利所提算法消除孤岛后，并不产生新环网，这一点可由反证法证明。
5、本发明的方法高效：对配电网效率很高，完全满足运行阶段对实时性的要求。
附图说明
图1是本发明提供的用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
针对辐射状配电网，本发明提供的用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法：闭合置信水平最低且一端在有源岛、另一段在孤岛的开关，向孤岛方向搜索，对搜索过程中所经历的节点设置深度，并根据节点深度判断是否有开关和节点复活。
一、下面对本申请出现的技术名词进行解释：
馈线段：为一段配电线路，在该段线路上电流大小和方向均不改变，而其两端为电流大小或方向改变的地方。
馈线：一段配电线路，始于变电站内变压器二次侧，至线路末端为止。
有源岛：从变电站内电源点（变压器）出发，所有与该电源点有连通路径的元件集合。
配变：负荷变压器，可指代负荷。
死元件：与电源节点无连通路径的元件。
死断开关：至少有一端与电源点无连通路径，且处于断开状态的开关。
边界死开关：一端在有源岛，另一端在孤岛的开关。边界死开关一定是死断开关，反之不成立。
复活的开关：原先为死开关，现在两端都在有源岛的开关。
活节点：与电源有连通路径的节点。
复活的节点：原先为死节点，现在为活节点的节点。
遥信：本地测到的开关状态信息，经过通信系统传入配电网运行控制主站，主站所看到的开关状态信息即为遥信。其中1代表开关处于闭合状态，0代表开关处于断开状态。
置信水平：遥信正确的概率，在0到100%之间。
孤岛：与电源没有连通路径的元件集合。
深度：为节点、计算母线的属性，以大于等于0的整数表征元件与电源的电气距离远近。电源节点及其对应计算母线的深度为0，深度越小则表示元件到电源的电气距离越近。
二、所涉及方法基于如下数据结构如下表1所示：
表1配电网元件涉及的数据结构表
三、配电网元件中的拓扑关系依如下规则表示：
若任一节点i是开关i1、i2......in的某个端点，则节点i指向前述开关，即节点i的ptr_cb成员变量（整形数组型）存储了前述开关；前述开关指向节点i，即前述开关im的首端节点n_id或末端节点n_zd等于i——如果开关im的首端节点为节点i，则开关im的n_id=i，否则开关im的末端节点n_zd=i。
同理，若任一节点i是馈线段i1、i2......in的某个端点，则节点i指向前述馈线段，即节点i的ptr_sec成员变量（整形数组型）存储了前述馈线段；前述馈线段指向节点i，即前述馈线段im的n_id或n_id等于i——如果馈线段im的首端节点为节点i，则馈线段im的n_id=i，否则馈线段im的n_zd=i。
在分析了节点/开关，节点/馈线段的关系后，把所有死断开关存入cb_open_dead数组，把所有死节点存入nd_dead数组，把所有边界死开关存入cb_border_dead数组。
关于置信水平的说明：置信水平决定开关操作方案和搜索起点，依据置信水平的不同而自动选择合适的消除孤岛方案。由于本地量测装置有可能自身发生故障或受到干扰、通信系统也有可能因干扰而发生传输错误，因此配电网主站获得的遥信数据有可能出现错误。例：遥信数据在95%的情况下都是正确的，则对应的置信水平为95%。通过长期的运行统计，可得到每一开关的遥信所对应的置信水平。
本发明提供的用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法的流程如图1所示，包括下述步骤：
A、循环遍历死断开关数组cb_open_dead中的所有开关；
B、判断死断开关数组cb_open_dead中的所有开关是否已遍历完；
C、选取其中置信水平最低且一端在有源岛，另一端在孤岛的开关i，闭合开关i；
D、以深度优先搜索法沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
元件的深度设置遵循如下规则：
1）电源节点的深度为0；
2）馈线段两端节点的深度相差1；
3）处于闭合状态的开关两端节点的深度相同；
4）孤岛内的所有节点的深度为-1。
E、遍历死断开关数组cb_open_dead，删掉死断开关数组中所有复活的开关；
F、遍历死节点数组nd_dead，删掉死节点数组nd_dead中所有复活的节点；
G、将循环迭代器重置为指向死断开关数组cb_open_dead的首个开关；
H、遍历边界死开关集合cb_border_dead，删掉边界死开关集合cb_border_dead所有复活的开关；
I、遍历过程结束，使配电网消除孤岛且不产生环网。
本发明还提供了一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索系统，所述系统包括：
配电网元件与数据结构变化模块：用于将配电网中的节点、开关和馈线段变换成数据结构形式；
死断开关数组遍历模块：用于循环遍历死断开关数组中的所有开关；
判断模块：用于判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；
深度设置模块：用于沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
死节点数组遍历模块：用于循环遍历死节点数组中的所有节点；
循环迭代器重置模块：用于将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；
边界死开关集合遍历模块：用于遍历边界死开关集合中的所有开关；
所述配电网元件与数据结构变化模块、死断开关数组遍历模块、判断模块、深度设置模块、死节点数组遍历模块、循环迭代器重置模块和边界死开关集合遍历模块依次进行通信。
本发明提供的方法以启发式搜索自动检测嫌疑的开关遥信错误，并予以修正，从而消除孤岛而不产生环网。算法复杂度小于o(n2)，对于52条馈线4400余节点的配电网（相当于某大型省会城市核心区的规模）其运算速度为0.3s，完全满足实时运行的要求；且在数学意义上具有绝对准确性：经过本方法修正的网络拓扑数学上无孤岛无环网，完全满足配电网正常运行的约束；在工程意义上也具有较高的准确性：经过本方法修正的网络拓扑与实际拓扑在90%的情况下完全一致。
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 (10)
1.一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索法，其特征在于，所述方法对配电网中的节点、馈线段和开关进行遍历；所述方法包括下述步骤：
A、循环遍历死断开关数组中的所有开关；
B、判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；
C、选取其中置信水平最低且一端在有源岛，另一端在孤岛的开关i，闭合开关i；
D、沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
E、遍历死断开关数组，删掉死断开关数组中所有复活的开关；
F、遍历死节点数组，删掉死节点数组中所有复活的节点；
G、将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；
H、遍历边界死开关集合，删掉边界死开关集合所有复活的开关；
I、遍历过程结束，使配电网消除孤岛且不产生环网。
2.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤A中，循环遍历死断开关数组中的所有开关，并将循环迭代器指向该数组中的首个开关；所述死断开关指的是配电网中至少有一端与电源节点无连通路径，且处于断开状态的开关。
3.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤B中，若死断开关数组中的所有开关已遍历完，则进行步骤H；否则，进行步骤C。
4.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤C中，所述置信水平指的是遥信正确的概率，在0-100%之间；其决定开关操作方案和搜索起点，依据置信水平的不同自动选择消除孤岛方案。
5.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤D中，以深度优先搜索法对元件设置深度，元件的深度设置包括：
1）电源节点的深度为0；
2）馈线段两端节点的深度相差1；
3）处于闭合状态的开关两端节点的深度相同；
4）孤岛内的所有节点的深度为-1。
6.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤E中，所有复活的开关指的是两端节点均有深度的开关，即开关两端均在有源岛的开关。
7.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤F中，所述死节点指的是与电源没有连通路径的节点；所述复活的节点指的是有深度的节点。
8.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，所述步骤H中，所述边界死开关指的是配电网中开关一端在有源岛，另一端在孤岛的开关；所述有源岛指的是从变电站内电源点或变压器出发，所有与该电源点或变压器有连通路径的元件集合；所述孤岛指的是从变电站内电源点或变压器出发，所有与该电源点或变压器没有连通路径的元件集合。
9.如权利要求1所述的启发式搜索法，其特征在于，在每次闭合死断开关之后的搜索过程中，动态更新配电网的死断开关信息。
10.一种用于配电网消除拓扑孤岛的启发式搜索系统，其特征在于，所述系统包括：
配电网元件与数据结构变化模块：用于将配电网中的节点、开关和馈线段变换成数据结构形式；
死断开关数组遍历模块：用于循环遍历死断开关数组中的所有开关；
判断模块：用于判断死断开关数组中的所有开关是否已遍历完；
深度设置模块：用于沿着馈线段和闭合开关向孤岛方向给所有经过的节点设置深度；
死节点数组遍历模块：用于循环遍历死节点数组中的所有节点；
循环迭代器重置模块：用于将循环迭代器重置为指向死断开关数组的首个开关；
边界死开关集合遍历模块：用于遍历边界死开关集合中的所有开关；
所述配电网元件与数据结构变化模块、死断开关数组遍历模块、判断模块、深度设置模块、死节点数组遍历模块、循环迭代器重置模块和边界死开关集合遍历模块依次进行通信。
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