CN104156835B - 一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，包括以下步骤：读取广域分布式一体化模型；广域分布式一体化模型校验；广域分布式一体化拓扑分析。本发明提供一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，实现了各级调度控制系统和互联外网的一体化模型校验和实时全网拓扑分析，为大电网广域分布式一体化在线分析计算提供全网母线支路计算模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种分析方法，具体涉及一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法。
背景技术
未来十年，随着大煤电、大核电、大型可再生能源基地集约化开发进度的加快，以及大规模、远距离、高压直流输电技术的快速发展，我国特高压电网将形成“五纵六横”结构，电网联系更加紧密，电网运行方式和动态行为复杂多变，各区域电网间相互依赖和耦合程度也越来越强，电网特性将由区域主导模式转向总体模式，世界上规模最大的特高压交直流混联大电网正在形成。从智能型调度发展和建设的角度来看，我国未来电网的一体化运行控制与精细化调度程度将越来越高，这对大电网运行控制与高效管理提出了新的挑战。电网的一体化特性客观上要求各级调度一体化运作，对大电网运行态势的全景感知和趋势预判能力、大规模可再生能源接纳和调控能力、大电网一体化安全运行与协调控制能力和智能分析能力也提出了更高的要求。因此，利用更加先进的电力系统分析技术、优化理论和计算机技术，针对特大规模电网一体化运行控制及精细化调度需求，实现大电网多级协同的高精度在线分析计算，以保障大电网各级调度安全稳定经济运行，支撑国家电网一体化调度，提升大电网一体化和智能化水平。
我国互联电网广域分布的特点决定了电力调度分层分布的管理模式，电网以调度中心为单位建立各自的电网模型。目前智能电网调度控制系统根据调度管辖范围分布式建模，一体化管理，为广域分布式一体化在线拓扑分析的实现提供了良好条件。在线网络拓扑分析根据电网物理模型和实时遥信状态，形成用于大电网在线分析计算的计算母线-支路模型，是实现大电网多级协同一体化在线分析计算的前提，此外，由于各地调度控制中心距离较远，一般通过调度数据网(广域网)进行数据传输，其数据传输的速度和稳定性较调度中心内部局域网要差，这就要求大电网广域分布式一体化在线分析计算时不同调度控制系统之间交互的数据量不能太大，在进行分布式计算是不能过度依赖数据通信。
网络拓扑分析是智能电网调度技术支持系统中诸多在线分析软件功能实现的基础，通过拓扑分析将电力系统电网物理模型转化为计算模型，一般需要把实际电网拓扑抽象成无向图来表示，在母线分析过程中，将网络中地节点和闭合开关分别影射为图中的节点和边，在电气岛分析过程中，将网络中的母线和支路分别影射为图的节点和边。因为无向图可用不同的方式来表示，所以目前拓扑分析的研究多数是搜索法和矩阵法这两大类拓扑分析方法。
分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。计算用服务端负责将计算问题分成许多小的计算部分，然后将这些部分分配给许多联网参与计算的计算机(客户端)进行并行处理，最后经综合评定得到最终结果。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，实现了各级调度控制系统和互联外网的一体化模型校验和实时全网拓扑分析，为大电网广域分布式一体化在线分析计算提供全网母线支路计算模型。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：读取广域分布式一体化模型；
步骤2：广域分布式一体化模型校验；
步骤3：广域分布式一体化拓扑分析。
所述步骤1中，广域分布式一体化模型包括国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型。
所述国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型均为电网物理模型，电网物理模型中的模型对象包括区域、基准电压、厂站、电压等级、断路器、刀闸、物理母线、同步发电机、交流线段、交流线端、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、换流器、直流线段、直流线端、直流平波电抗器、直流滤波器、直流接地端、遥测和遥信。
所述模型对象中，区域、基准电压、厂站、变压器分接头类型和电压等级用于描述智能电网调度控制系统下辖区域、厂站、电压等级和所有变压器分接头类型基本信息；
遥信和遥测用于表述电网实时量测数据信息；
其余模型对象用于描述实际电网电气设备，称为电气元件。
电气元件通过相同的结点连接形成电网物理模型；
在拓扑分析时，所述电气元件分为单端元件和多端元件；
所述单端元件包括物理母线、同步发电机、交流线端、负荷、变压器绕组、并联补偿器、地刀、直流线端和直流接地端；
所述多端元件包括：断路器、刀闸、交流线段、变压器、串联补偿器、换流器、直流线段、直流平波电抗器和直流滤波器。
所述步骤2中，广域分布式一体化模型校验包括模型校验主进程和模型校验区域进程，完成厂站模型校验、区域模型校验和联络线模型校验。
所述模型校验主进程包括以下步骤：
步骤A：各区域顺序编号，广播区域编号信息；
步骤B：收集各区域电网模型信息，包括子区域总数、厂站总数、线路总数和变压器总数；
步骤C：根据收集的各区域电网模型信息，计算各区域电网模型信息逻辑号起始，根据各区域线路总数，计算其全局逻辑编号的起始位置，形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤D：广播各区域电网建模设备全局逻辑编号起始信息，各区域电网建模设备包括子区域、厂站和电压等级；
步骤E：联络线校验，并下发联络线校验信息；
步骤F：收集各区域电网模型校验结束信号，若都已完成则广播电网模型校验结束信号，电网模型校验结束。
所述步骤E中，联络线校验具体过程如下：
步骤E-1：联络线线端和区域逻辑关系校验；
步骤E-2：联络线线端和厂站逻辑关系校验；
步骤E-3：联络线线端和联络线逻辑关系校验。
所述模型校验区域进程包括以下步骤：
步骤a：接收各区域编号信息；
步骤b：厂站模型校验；
步骤c：区域电网模型校验；
步骤d：发送各区域电网模型信息，包括下属子区域总数、厂站总数、线路总数、变压器总数；
步骤e：根据本区域电网模型信息逻辑号起始形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤f：接收联络线校验信息；
步骤h：发送区域电网模型校验结束信号；
步骤i：接收电网模型校验结束信号后，区域模型校验结束。
所述步骤b中，厂站模型校验具体过程如下：
步骤b-1：读取区域电网模型；
步骤b-2：通过区域电网模型各模型对象间的物理连接关系，校验形成厂站和设备的逻辑关系集合，且不同设备并行校验，提高设备校验速度；
步骤b-3：根据各电网模型物理连接关系及厂站和设备逻辑关系集合，为站内各设备分配站内结点编号，并形成厂站和站内结点逻辑关系集合，且不同厂站并行校验，提高厂站校验速度；
步骤b-4：校验变压器和变压器绕组逻辑关系。
所述步骤c中，区域电网模型校验具体过程如下：
步骤c-1：父区域和子区域逻辑关系校验，形成父区域和子区域的逻辑关系集合；
步骤c-2：各区域和下属厂站逻辑关系校验，形成区域和厂站的逻辑关系集合；
步骤c-3：遍历区域内所有线路，根据线端所属厂站和区域的归属关系，判断线路是否为区域联络线，形成区域和联络线端的逻辑关系集合。
所述步骤3中，广域分布式一体化拓扑分析包括拓扑分析主进程和拓扑分析从进程，完成边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析。
拓扑分析主进程包括以下步骤：
步骤A：收集各区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端的区域内岛信息；
步骤B：对各区域内部岛号和内部计算母线号进行全局编号；
步骤C：调用拓扑搜索过程进行广域一体化拓扑分析，对各区域模型边界进行边界拓扑分析；
步骤D：鉴别岛是否为活岛，并对电气岛进行全局编号；
步骤E：广播原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤F：广播各区域计算母线编号起始；
步骤G：接收结束信息，并判断所有区域拓扑分析是否结束；
步骤H：广播区域拓扑分析结束信号，拓扑分析结束。
所述步骤C中，边界拓扑分析具体过程如下：
步骤C-1：接收区域拓扑分析结果信息；
步骤C-2：分配全局岛编号和计算母线编号，并将全局编号信息广播给各区域拓扑分析进程；
步骤C-3：调用拓扑搜索过程进行边界拓扑分析，形成全网一体化电气岛并判断各电气岛状态；
步骤C-4：向区域拓扑分析进程广播广播边界拓扑分析信息。
拓扑分析从进程包括以下步骤：
步骤a：厂站母线分析；
步骤b：区域拓扑分析；
步骤c：发送区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端点的区域内岛信息；
步骤d：接收原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤e：接收区域计算母线编号起始；
步骤f：对计算母线分配全局编号；
步骤g：更新区域计算母线的电气岛信息和设备带电状态；
步骤h：发送结束信息；
步骤i：接收区域拓扑分析结束信号,拓扑分析结束。
所述步骤a中，厂站母线分析具体过程如下：
步骤a-1：初始化站内节点；
步骤a-2：调用拓扑搜索过程进行厂站母线分析，给设备和结点分配厂站内部计算母线号；
步骤a-3：根据厂站母线分析结果生成母线元件关联表；
步骤a-4：厂站母线分析结束。
所述步骤b中，区域拓扑分析具体过程如下：
步骤b-1：并行厂站母线分析；
步骤b-2：给所有设备分配区域内部计算母线号；
步骤b-3：调用拓扑搜索过程进行区域拓扑分析，对联络线端点进行标记；
步骤b-4：分配区域内部岛号。
拓扑搜索过程中，采用广度优化搜索对图进行遍历，实现边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析；具体过程如下：
步骤1)：初始化图中所有顶点为未遍历标志；
步骤2)：从图中某个顶点v出发，访问此顶点；
步骤3)：依次访问v的各个未曾访问的多个邻接点；
步骤4)：从这些邻接点出发依次访问它们的邻接点，并使先被访问的顶点的邻接点先于后被访问的顶点的邻接点被访问，直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到；
步骤5)：若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中为曾被访问的顶点作为起始点，重复步骤2)、3)和4)的过程，直至图中所有顶点都被访问到为止。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本方法根据广域分布式一体化在线分析应用的计算需求，结合智能电网调度控制系统的电网分布式一体化建模现状，将分布式计算技术应用到电网模型校验和拓扑分析中，设计并实现了一种数据通信量极小的广域分布式一体化拓扑分析方法。本方法主要解决了以下问题：
1)目前网络分块计算、调度控制中心间的分解协调算法已经被广泛研究，但在实际电网调度自动化系统中并未得到广泛应用。多调度控制中心间分解协调计算需要系统提供全网一体化的拓扑分析结果。本方法提供一种广域分布式一体化拓扑分析功能，为大电网分布式一体化在线分析应用提供全网母线支路计算模型，满足网络分块、分解协调计算对全网母线支路计算模型的需求。
2)各地调度控制中心距离较远，一般通过调度数据网(广域网)进行数据传输，其数据传输的速度和稳定性较调度中心内部局域网要差，本方法不需要实时同步各个智能调度控制系统的电网模型和实时数据，只需要交互少量电网模型信息，即可实现全网模型的一体化校验和拓扑分析，具有良好的实时性，满足在线分析计算的实时性要求。
3)区域模型边界往往会给在线分析计算精度带来影响，本方法实现了全网模型分布式一体化拓扑分析，为在线分析应用提供全网模型，能够满足在线分析计算对电网边界模型的需求。
4)采用分层分区的计算母线号分配方法，将厂站、区域、全网的计算母线进行区分，当电网局部发生开关/刀闸变位是，无需重新进行全网拓扑分析，只需要对发生开关变位的厂站进行厂站母线分析，然后对区域拓扑进行局部修正，并通过边界拓扑分析，得到全网母线支路计算某型，能够减少开关变位是重复拓扑分析消耗的时间。
附图说明
图1是本发明实施例中大电网广域分布式一体化拓扑分析方法流程图；
图2是本发明实施例中广域分布式一体化模型结构示意图；
图3是本发明实施例中广域分布式一体化模型校验流程图；
图4是本发明实施例中厂站模型校验流程图；
图5是本发明实施例中区域电网模型校验流程图；
图6是本发明实施例中联络线校验流程图；
图7是本发明实施例中边界拓扑分析流程图；
图8是本发明实施例中广域分布式一体化拓扑分析流程图；
图9是本发明实施例中厂站母线分析流程图；
图10是本发明实施例中区域拓扑分析流程图；
图11是本发明实施例中拓扑搜索过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明针对智能电网调度控制系统按调度管辖范围分布式建模、一体化管理的建模现状，在不进行模型同步合并的前提下，进行广域分布式一体化模型校验，形成全网电网建模关系模型。根据全网模型校验结果，结合各区域开关/刀闸开合状态，进行广域分布式一体化拓扑分析，将分布式的电网物理模型，转化成一体化的母线支路计算模型。大电网广域分布式一体化拓扑分析是广域分布式在线分析计算的基础，为其提供电网拓扑接线分析功能。
当前各级智能调度控制系统采用分布式一体化建模的方式，下级调度系统上传电网模型到上级调度系统，上级调度系统模型合并后得到全网模型，但下级系统并不能实时共享上级调度系统的全网模型和实时量测数据，模型和实时数据的同步和下发需要解决一系列技术、管理和体制问题，本方法能够利用各级智能调度控制系统的电网模型和遥信数据，无需进行模型合并和各区域间遥信转发，仅交互少量模型信息，完成全网拓扑分析，拓扑分析结果分布式存储，全局统筹，通信数据量小，同时将可并行计算的步骤并行化，例如厂站母线分析的并行计算，厂站模型校验的并行计算，大大提高了拓扑分析的计算速度，既满足了大电网在线分析计算对全网模型的需求，同时也保证了电网拓扑分析的实时性，为大电网分布式一体化在线分析应用的实现提供了技术支撑。
如图1，本发明提供一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：读取广域分布式一体化模型；
步骤2：广域分布式一体化模型校验；
步骤3：广域分布式一体化拓扑分析。
如图2，我国互联电网广域分布的特点决定了电力调度分层分布的管理模式。目前国调、国调分中心、省调三级智能电网调度控制系统采用广域分布式一体化模型。因此广域分布式一体化模型包括国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型。各调度中心根据各自调度管辖范围在智能电网调度控制系统中建立电网模型，上级智能电网调度控制系统负责建立下级各系统的边界模型，下级调度将整个区域的电网模型通过CIM/E文件上传上级调度系统，上级调度系统通过模型拼接功能，将下属各区域模型拼接整合成整体，同时下级调度向上级调度转发遥信遥测等实时数据，供上级调度实现对电网的监控和全区域实施在线分析计算。上下级调度中心之间通过模型拆分/合并实现上下级调度系统间的模型数据信息联动。
国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型均为电网物理模型，电网物理模型中的模型对象包括区域、基准电压、厂站、电压等级、断路器、刀闸、物理母线、同步发电机、交流线段、交流线端、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、换流器、直流线段、直流线端、直流平波电抗器、直流滤波器、直流接地端、遥测和遥信。
所述模型对象中，区域、基准电压、厂站、变压器分接头类型和电压等级用于描述智能电网调度控制系统下辖区域、厂站、电压等级和所有变压器分接头类型基本信息；
遥信和遥测用于表述电网实时量测数据信息；
其余模型对象用于描述实际电网电气设备，称为电气元件。
电气元件通过相同的结点连接形成电网物理模型；
在拓扑分析时，所述电气元件分为单端元件和多端元件；
所述单端元件包括物理母线、同步发电机、交流线端、负荷、变压器绕组、并联补偿器、地刀、直流线端和直流接地端；
所述多端元件包括：断路器、刀闸、交流线段、变压器、串联补偿器、换流器、直流线段、直流平波电抗器和直流滤波器。
不同模型对象的关联关系通过对象关键字形成。例如，交流线端中包含属性“交流线段标识”，表名该线端为某交流线端的一个端点。通过关键字关联的设备关系称之为物理关联关系，通过物理关联关系查找对应设备需要匹配设备关键字，频繁查找会影响效率，因此往往将物理关联关系通过模型校验转化为逻辑关系。逻辑关系是指设备间的关联关系用其在数组中对应的逻辑号来表示，也可称之为逻辑指针。例如，线端i对应的交流线路逻辑号为k，这样可以快速遍历设备对应关系。一对多用逻辑关系整数集合表示，一对一用整数表示。例如，厂站和设备的逻辑关系为一对多，用整数集合表示，设备和厂站的逻辑关系为一对一，用整数表示。
在拓扑分析时，由闭合开关/刀闸联接起来的结点集合称为计算母线，由闭合支路联接起来的母线集合称为岛，包含发电机、电压调节母线和负荷，称为电气活岛。不包含发电机或负荷的电气岛为死岛。活岛中的计算母线为带电母线，死岛中的计算母线为不带电母线。活计算母线的结点为带电结点，死计算母线中的结点为不带电结点。
广域分布式一体化拓扑分析读取智能电网调度控制系统建立的分布式一体化电网模型和实时量测数据，作为该功能的基础数据。
广域分布式一体化模型校验，在一体化建模的基础上，无需将各区域电网模型集中在一个调度自动化系统中，通过进程间交互少量模型信息，即可完成全区域的一体化模型校验，提供给分布式一体化拓扑分析使用。如图3，广域分布式一体化模型校验包括模型校验主进程和模型校验区域进程，完成厂站模型校验、区域模型校验和联络线模型校验，模型校验主进程运行于上级调度中心，模型校验区域进程运行于下级调度中心。
所述模型校验主进程包括以下步骤：
步骤A：各区域顺序编号，广播区域编号信息；
步骤B：收集各区域电网模型信息，包括子区域总数、厂站总数、线路总数和变压器总数；
步骤C：根据收集的各区域电网模型信息，计算各区域电网模型信息逻辑号起始。(例如：区域0电网模型分为区域1和区域2两部分，区域1电网模型包含10条线路，区域2电网模型包含8条线路，区域0包含区域1和区域2的联络线2条，则，区域0线路全局编号从0到1，区域1线路全局编号从2到11，区域2线路全局编号为12到19。)根据各区域线路总数，计算其全局逻辑编号的起始位置，形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤D：广播各区域电网建模设备全局逻辑编号起始信息，各区域电网建模设备包括子区域、厂站和电压等级；
步骤E：联络线校验，并下发联络线校验信息；
步骤F：收集各区域电网模型校验结束信号，若都已完成则广播电网模型校验结束信号，电网模型校验结束。
所述步骤E中，在联络线模型校验之前，各个区域的模型校验程序需要进行一次通信。各区域通过交互各区域内部电网模型相关记录个数，形成电网模型相关记录的全局编号，同时在各区域模型校验进程中形成全局编号和内部编号的对照关系。联络线模型校验的主要功能为：校验形成联络线线端和区域的逻辑关系，联络线线端和其所属厂站的逻辑关系，联络线线端和联络线逻辑关系(全局编号的逻辑关系)。如图6，联络线校验具体过程如下：
步骤E-1：联络线线端和区域逻辑关系校验；
步骤E-2：联络线线端和厂站逻辑关系校验；
步骤E-3：联络线线端和联络线逻辑关系校验。
所述模型校验区域进程包括以下步骤：
步骤a：接收各区域编号信息；
步骤b：厂站模型校验；
步骤c：区域电网模型校验；
步骤d：发送各区域电网模型信息，包括下属子区域总数、厂站总数、线路总数、变压器总数；
步骤e：根据本区域电网模型信息逻辑号起始形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤f：接收联络线校验信息；
步骤h：发送区域电网模型校验结束信号；
步骤i：接收电网模型校验结束信号后，区域模型校验结束。
所述步骤b中，厂站模型校验的主要功能是利用电网模型的物理关联关系，校验形成厂站及其下属设备的逻辑关系。校验需形成关系如下：厂站下属所有电压等级逻辑关系集合；厂站下属所有结点逻辑关系集合；厂站下属所有开关/刀闸逻辑关系集合；厂站下属所有交流线端逻辑关系集合；厂站下属所有变压器逻辑关系集合；厂站下属所有变压器绕组逻辑关系集合；厂站下属所有物理母线逻辑关系集合；厂站下属所有机组逻辑关系集合；厂站下属所有地刀逻辑关系集合；厂站下属所有电容器/电抗器逻辑关系集合；厂站下属所有负荷逻辑关系集合；厂站下属所有串联无功补偿器逻辑关系集合；厂站下属所有单端元件逻辑关系集合；厂站下属所有换流器逻辑关系集合；厂站下属所有直流线端逻辑关系集合；厂站下属所有直流滤波器逻辑关系集合；厂站下属所有直流接地端逻辑关系集合；厂站下属所有直流平波电抗器逻辑关系集合；以及设备对应厂站的逻辑关系；变压器和绕组逻辑关系。如图4，厂站模型校验具体过程如下：
步骤b-1：读取区域电网模型；
步骤b-2：通过区域电网模型各模型对象间的物理连接关系，校验形成厂站和设备的逻辑关系集合，且不同设备并行校验，提高设备校验速度；
步骤b-3：根据各电网模型物理连接关系及厂站和设备逻辑关系集合，为站内各设备分配站内结点编号，并形成厂站和站内结点逻辑关系集合，且不同厂站并行校验，提高厂站校验速度；
步骤b-4：校验变压器和变压器绕组逻辑关系。
所述步骤c中，区域模型校验的主要功能是利用电网物理模型，校验生成区域和厂站的逻辑关系集合，父区域和子区域的逻辑关系集合，以及区域和联络线端的逻辑关系集合。如图5，区域电网模型校验具体过程如下：
步骤c-1：父区域和子区域逻辑关系校验，形成父区域和子区域的逻辑关系集合；
步骤c-2：各区域和下属厂站逻辑关系校验，形成区域和厂站的逻辑关系集合；
步骤c-3：遍历区域内所有线路，根据线端所属厂站和区域的归属关系，判断线路是否为区域联络线，形成区域和联络线端的逻辑关系集合。
广域分布式一体化拓扑分析，在一体化拓扑校验的基础上，无需将各区域电网模型和实时遥信集中在一个调度自动化系统中，通过进程间交互少量模型信息，即可完成全区域的一体化拓扑分析，为大电网在线分析应用进行广域分布式计算提供全区域的一体化电网计算模型，实现全区域广域分布式一体化计算，满足各级调度中心的各类在线分析应用计算需求。
和广域分布式一体化模型校验类似，广域分布式一体化拓扑分析包括拓扑分析主进程和拓扑分析从进程，完成边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析。拓扑分析主程序运行在上级调度中心，主要负责各区域间数据收集和广播，读取上级调度中心的边界模型信息并进行边界拓扑分析，分析各电气岛状态(是否是有效电气岛，包含发电机、负荷等)，最后广播各区域全局计算母线起始编号和全局电气岛信息。区域拓扑分析程序主要负责厂站拓扑分析，本区域拓扑分析，向主进程上传区域拓扑分析相关信息，并接受全局计算母线信息和电气岛信息，根据相关信息分析母线、设备带电状态。广域分布式一体化拓扑分析整理流程如图8。所示，拓扑分析主进程包括以下步骤：
步骤A：收集各区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端的区域内岛信息；
步骤B：对各区域内部岛号和内部计算母线号进行全局编号；
步骤C：调用拓扑搜索过程进行广域一体化拓扑分析，对各区域模型边界进行边界拓扑分析；
步骤D：鉴别岛是否为活岛，并对电气岛进行全局编号；
步骤E：广播原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤F：广播各区域计算母线编号起始；
步骤G：接收结束信息，并判断所有区域拓扑分析是否结束；
步骤H：广播区域拓扑分析结束信号，拓扑分析结束。
所述步骤C中，在进行边界拓扑分析时，首先对各区域拓扑分析形成的岛和计算母线进行全局编号，将联络线和联络线端点所在区域全局岛抽象成无向图，联络线和联络线端点所在区域全局岛分别对应边和顶点，调用拓扑搜索功能模块进行区域拓扑分析，形成由闭合联络线联接起来的区域岛集合，给岛集合分配全局电气岛编号，并判断电气到状态。如图7，边界拓扑分析具体过程如下：
步骤C-1：接收区域拓扑分析结果信息；
步骤C-2：分配全局岛编号和计算母线编号，并将全局编号信息广播给各区域拓扑分析进程；
步骤C-3：调用拓扑搜索过程进行边界拓扑分析，形成全网一体化电气岛并判断各电气岛状态；
步骤C-4：向区域拓扑分析进程广播广播边界拓扑分析信息。
拓扑分析从进程包括以下步骤：
步骤a：厂站母线分析；
步骤b：区域拓扑分析；
步骤c：发送区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端点的区域内岛信息；
步骤d：接收原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤e：接收区域计算母线编号起始；
步骤f：对计算母线分配全局编号；
步骤g：更新区域计算母线的电气岛信息和设备带电状态；
步骤h：发送结束信息；
步骤i：接收区域拓扑分析结束信号,拓扑分析结束。
所述步骤a中，厂站母线分析的主要功能是根据开关的开/合状态和元件的退出/恢复状态，由结点模型形成母线模型，分析某一厂站内的结点由闭合开关联接成多少个母线，其结果是将厂站划分为若干个母线，并根据厂站母线分析结果生成母线元件关联表。厂站母线分析时，把开关/刀闸和结点的关系抽象成无向图，结点和闭合开关/刀闸分别对应图中的边和顶点，调用拓扑搜索功能模块进行厂站母线分析，形成由厂站内部闭合开关/刀闸连接起来的结点集合(即计算母线)，并给集合分配厂站内部编号(即站内计算母线编号)。通过拓扑搜索，为由闭合开关联接的结点分配相同母线号(厂站内部计算母线号)，形成厂站、计算母线、设备层次关系表，流程图如图9。厂站母线分析具体过程如下：
步骤a-1：初始化站内节点；
步骤a-2：调用拓扑搜索过程进行厂站母线分析，给设备和结点分配厂站内部计算母线号；
步骤a-3：根据厂站母线分析结果生成母线元件关联表；
步骤a-4：厂站母线分析结束。
所述步骤b中，区域拓扑分析的主要功能是分析整个区域电网的母线由闭合支路联接成多少个子电网(电气岛)，每个子电网是有电气联系的母线的集合，计算中以此为单位划分网络方程组。区域拓扑分析时，首先根据厂站母线分析结果给所有设备分配区域内部计算母线号，把支路(交/直流线段、变压器绕组、串联无功补偿装置等电气设备)和区域内部计算母线号的关系抽象成无向图，支路和计算母线号分别对应边和顶点，调用拓扑搜索功能模块进行区域拓扑分析，形成由区域内部闭合支路联接起来的母线集合(区域内部岛，无需判断岛是否带电，可能存在区域间相互供电的情况)，给母线集合分配区域内部编号，即区域内部岛号，多少个子电网(电气岛)，每个子电网是有电气联系的母线的集合，计算中以此为单位划分网络方程组。区域拓扑分析时，首先根据厂站母线分析结果给所有设备分配区域内部计算母线号，把支路(交/直流线段、变压器绕组、串联无功补偿装置等电气设备)和区域内部计算母线号的关系抽象成无向图，支路和计算母线号分别对应边和顶点，调用拓扑搜索功能模块进行区域拓扑分析，形成由区域内部闭合支路联接起来的母线集合(区域内部岛，无需判断岛是否带电，可能存在区域间相互供电的情况)，给母线集合分配区域内部编号，即区域内部岛号，流程图如图10，区域拓扑分析具体过程如下：
步骤b-1：并行厂站母线分析；
步骤b-2：给所有设备分配区域内部计算母线号；
步骤b-3：调用拓扑搜索过程进行区域拓扑分析，对联络线端点进行标记；
步骤b-4：分配区域内部岛号。
网络拓扑分析是智能电网调度技术支持系统中诸多在线分析软件功能实现的基础，根据电网结线连接关系和断路器/刀闸的分/合状态，形成在线分析计算中使用的母线-支路计算模型，即通过拓扑分析将电力系统电网物理模型转化为计算模型。拓扑分析一般需要把实际电网拓扑抽象成无向图来表示。广域分布式一体化拓扑分析可以分为三个阶段：厂站母线分析、区域网络分析、广域一体化网络分析。其对应无向图分别为：在厂站母线分析过程中，将网络中的结点和闭合开关/刀闸分别影射为图中的顶点和边，所有通过闭合开关/刀闸相连的节点，分配相同的站内计算母线号，即这些节点所连接设备挂载在同一计算母线下；在区域拓扑分析过程中，将网络中的母线和支路分别影射为图的顶点和边，所有通过支路相连接的计算母线，分配相同的区域内部岛号，即这些计算母线是属于相同电气岛的；在广域一体化分布式拓扑分析过程中，将各区域联络线端点所属区域内部岛和区域联络线分别映射为图的顶点和边，所有通过联络线连接的区域内部岛是属于同一电气岛的，即联络线连接的不同区域的岛是有电气连接关系的。
拓扑搜索过程中，采用广度优化搜索对图进行遍历，实现边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析；为避免同一顶点被访问多次，在遍历图的过程中，必须记下每个已访问过的的顶点。如图11，具体过程如下：
步骤1)：初始化图中所有顶点为未遍历标志；
步骤2)：从图中某个顶点v出发，访问此顶点；
步骤3)：依次访问v的各个未曾访问的多个邻接点；
步骤4)：从这些邻接点出发依次访问它们的邻接点，并使先被访问的顶点的邻接点先于后被访问的顶点的邻接点被访问，直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到；
步骤5)：若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中为曾被访问的顶点作为起始点，重复步骤2)、3)和4)的过程，直至图中所有顶点都被访问到为止。
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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (16)
1.一种大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：读取广域分布式一体化模型；
步骤2：广域分布式一体化模型校验；
步骤3：广域分布式一体化拓扑分析；
所述步骤2中，广域分布式一体化模型校验包括模型校验主进程和模型校验区域进程，完成厂站模型校验、区域模型校验和联络线模型校验；
所述模型校验主进程包括以下步骤：
步骤A：各区域顺序编号，广播区域编号信息；
步骤B：收集各区域电网模型信息，包括子区域总数、厂站总数、线路总数和变压器总数；
步骤C：根据收集的各区域电网模型信息，计算各区域电网模型信息逻辑号起始，根据各区域线路总数，计算其全局逻辑编号的起始位置，形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤D：广播各区域电网建模设备全局逻辑编号起始信息，各区域电网建模设备包括子区域、厂站和电压等级；
步骤E：联络线校验，并下发联络线校验信息；
步骤F：收集各区域电网模型校验结束信号，若都已完成则广播电网模型校验结束信号，电网模型校验结束。
2.根据权利要求1所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤1中，广域分布式一体化模型包括国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型。
3.根据权利要求2所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述国调智能电网调度控制系统电网模型、国调分中心智能电网调度控制系统电网模型和省调智能电网调度控制系统电网模型均为电网物理模型，电网物理模型中的模型对象包括区域、基准电压、厂站、电压等级、断路器、刀闸、物理母线、同步发电机、交流线段、交流线端、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、换流器、直流线段、直流线端、直流平波电抗器、直流滤波器、直流接地端、遥测和遥信。
4.根据权利要求3所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述模型对象中，区域、厂站、变压器分接头类型和电压等级用于描述智能电网调度控制系统下辖区域、厂站、电压等级和所有变压器分接头类型基本信息；
遥信和遥测用于表述电网实时量测数据信息；
其余模型对象用于描述实际电网电气设备，称为电气元件。
5.根据权利要求4所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：电气元件通过相同的结点连接形成电网物理模型；
在拓扑分析时，所述电气元件分为单端元件和多端元件；
所述单端元件包括物理母线、同步发电机、交流线端、负荷、变压器绕组、并联补偿器、地刀、直流线端和直流接地端；
所述多端元件包括：断路器、刀闸、交流线段、变压器、串联补偿器、换流器、直流线段、直流平波电抗器和直流滤波器。
6.根据权利要求1所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤E中，联络线校验具体过程如下：
步骤E-1：联络线线端和区域逻辑关系校验；
步骤E-2：联络线线端和厂站逻辑关系校验；
步骤E-3：联络线线端和联络线逻辑关系校验。
7.根据权利要求1所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述模型校验区域进程包括以下步骤：
步骤a：接收各区域编号信息；
步骤b：厂站模型校验；
步骤c：区域电网模型校验；
步骤d：发送各区域电网模型信息，包括下属子区域总数、厂站总数、线路总数、变压器总数；
步骤e：根据本区域电网模型信息逻辑号起始形成全局逻辑编号和局部逻辑编号的对照表；
步骤f：接收联络线校验信息；
步骤h：发送区域电网模型校验结束信号；
步骤i：接收电网模型校验结束信号后，区域模型校验结束。
8.根据权利要求7所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤b中，厂站模型校验具体过程如下：
步骤b-1：读取区域电网模型；
步骤b-2：通过区域电网模型各模型对象间的物理连接关系，校验形成厂站和设备的逻辑关系集合，且不同设备并行校验，提高设备校验速度；
步骤b-3：根据各电网模型物理连接关系及厂站和设备逻辑关系集合，为站内各设备分配站内结点编号，并形成厂站和站内结点逻辑关系集合，且不同厂站并行校验，提高厂站校验速度；
步骤b-4：校验变压器和变压器绕组逻辑关系。
9.根据权利要求7所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤c中，区域电网模型校验具体过程如下：
步骤c-1：父区域和子区域逻辑关系校验，形成父区域和子区域的逻辑关系集合；
步骤c-2：各区域和下属厂站逻辑关系校验，形成区域和厂站的逻辑关系集合；
步骤c-3：遍历区域内所有线路，根据线端所属厂站和区域的归属关系，判断线路是否为区域联络线，形成区域和联络线端的逻辑关系集合。
10.根据权利要求1所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤3中，广域分布式一体化拓扑分析包括拓扑分析主进程和拓扑分析从进程，完成边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析。
11.根据权利要求10所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：拓扑分析主进程包括以下步骤：
步骤A：收集各区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端的区域内岛信息；
步骤B：对各区域内部岛号和内部计算母线号进行全局编号；
步骤C：调用拓扑搜索过程进行广域一体化拓扑分析，对各区域模型边界进行边界拓扑分析；
步骤D：鉴别岛是否为活岛，并对电气岛进行全局编号；
步骤E：广播原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤F：广播各区域计算母线编号起始；
步骤G：接收结束信息，并判断所有区域拓扑分析是否结束；
步骤H：广播区域拓扑分析结束信号，拓扑分析结束。
12.根据权利要求11所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤C中，边界拓扑分析具体过程如下：
步骤C-1：接收区域拓扑分析结果信息；
步骤C-2：分配全局岛编号和计算母线编号，并将全局编号信息广播给各区域拓扑分析进程；
步骤C-3：调用拓扑搜索过程进行边界拓扑分析，形成全网一体化电气岛并判断各电气岛状态；
步骤C-4：向区域拓扑分析进程广播广播边界拓扑分析信息。
13.根据权利要求10所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：拓扑分析从进程包括以下步骤：
步骤a：厂站母线分析；
步骤b：区域拓扑分析；
步骤c：发送区域内岛信息、区域计算母线总数和区域联络线端点的区域内岛信息；
步骤d：接收原区域岛信息和全局岛信息对应关系；
步骤e：接收区域计算母线编号起始；
步骤f：对计算母线分配全局编号；
步骤g：更新区域计算母线的电气岛信息和设备带电状态；
步骤h：发送结束信息；
步骤i：接收区域拓扑分析结束信号,拓扑分析结束。
14.根据权利要求13所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤a中，厂站母线分析具体过程如下：
步骤a-1：初始化站内节点；
步骤a-2：调用拓扑搜索过程进行厂站母线分析，给设备和结点分配厂站内部计算母线号；
步骤a-3：根据厂站母线分析结果生成母线元件关联表；
步骤a-4：厂站母线分析结束。
15.根据权利要求13所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：所述步骤b中，区域拓扑分析具体过程如下：
步骤b-1：并行厂站母线分析；
步骤b-2：给所有设备分配区域内部计算母线号；
步骤b-3：调用拓扑搜索过程进行区域拓扑分析，对联络线端点进行标记；
步骤b-4：分配区域内部岛号。
16.根据权利要求12、14或15所述的大电网广域分布式一体化拓扑分析方法，其特征在于：拓扑搜索过程中，采用广度优化搜索对图进行遍历，实现边界拓扑分析、厂站母线分析和区域拓扑分析；具体过程如下：
步骤1)：初始化图中所有顶点为未遍历标志；
步骤2)：从图中某个顶点v出发，访问此顶点；
步骤3)：依次访问v的各个未曾访问的邻接点；
步骤4)：从这些邻接点出发依次访问它们的邻接点，并使先被访问的顶点的邻接点先于后被访问的顶点的邻接点被访问，直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到；
步骤5)：若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中为曾被访问的顶点作为起始点，重复步骤2)、3)和4)的过程，直至图中所有顶点都被访问到为止。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |