CN105046011A - 基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，利用分布式电网拓扑计算结果，对分布式电网边界设备冗余建模，实现局部分布式电网内设备状态的快速分析，从而有效解决大规模电力网络中，集中式拓扑造成的设备状态分析效率低的问题，同时通过分布式电网局部拓扑计算降低电网局部运行方式变化对全局数据的影响，为电网系统的实时性提供了可靠保证，具有良好的应用前景。

Description

基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法

技术领域

本发明属于电网技术领域，具体涉及一种基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法。

背景技术

目前，在电网中，国内调度自动化系统设备状态分析功能设计上一般采用集中式、一体化的架构，即通过读取系统中的全部设备模型数据和遥信遥测数据，基于设备的连接点号，确定一次设备之间的物理连接关系，将整个电力网络抽象成由“点”和“边”组成的拓扑图，之后采用深度优先搜寻或广度优先搜索的方法对全部设备完成电气岛分析、逻辑母线分析等拓扑分析。以全网拓扑分析的结果为基础，进一步完成不平衡量分析、可疑量测分析、故障分析等一系列设备状态分析，供调度人员和监控人员参考。

但是，随着电力网络的规模日益增大，以及分布式电网的并网，电网复杂程度呈指数增加，集中式的拓扑分析算法，即使一个设备状态变更，也需要进行全网拓扑计算，导致设备状态分析时效上越来越无法保证，给调度自动化系统的实时性带来了不良影响，使用十分不便。

发明内容

本发明所解决的技术问题是克服集中式的拓扑分析算法，即使一个设备状态变更，也需要进行全网拓扑计算，导致设备状态分析时效上越来越无法保证，给调度自动化系统的实时性带来了不良影响的问题。本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，利用分布式电网拓扑计算结果，对分布式电网边界设备冗余建模，实现局部分布式电网内设备状态的快速分析，为电网系统的实时性提供了可靠保证，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，获取电网内全部电气设备模型，根据各电气设备的连接关系，采用基于社团发现的分区算法将全部电气设备模型划分为多个分区，完成电气设备模型的分布式架构；

步骤(2)，在每个分区的内部，根据电气设备模型生成连接关系的拓扑图，对于跨接在相邻的两个分区上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的分区，生成拓扑图时，实现冗余建模，冗余建模为在相邻的两个分区内均包含边界线路的全部信息；

步骤(3)，在每个分区内以分布式电网模型为基础进行拓扑计算，得到分区内电气岛信息、逻辑母线信息、带电信息、接地信息、静态设备连接关系信息、动态设备连接关系信息的拓扑结果；各分区之间通过消息交互分区内计算拓扑结果；

步骤(4)，根据步骤(3)的拓扑结果和电气设备的实时量测信息，对电气设备状态进行快速分析，包括不平衡量分析、运行状态分析、可疑量测分析、故障跳闸分析；

步骤(5)，完成一次电气设备状态分析后，等待遥信变位消息，实时监视各分区内电气设备模型的连接关系是否发生变化，若发生变化，则根据变位消息和发生变化，确定电气设备所属的分区，启动对应分区的拓扑结果以及对应的电气设备状态分析结果，进行变化触发状态分析。

前述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，不平衡量分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于变压器、线路的功率平衡，获取功率遥测数据后，对变压器的各绕组、线路各端点的功率量测求取代数和；

(2)对于逻辑母线的功率平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，将属于同一逻辑母线的电气设备功率量测求取代数和，得到该逻辑母线包含的各物理母线的功率不平衡量；

(3)对于逻辑母线的电压平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，若逻辑母线中仅包含一条物理母线，则其的电压不平衡量为零，若逻辑母线中包含多于一条的物理母线，则其电压不平衡量，根据公式(1)计算得到，

$U_{i-balance}=\frac{N}{N-1}(U_i-\stackrel{\‾}{U})---\left(1\right)$

其中，U_i-balance为当前逻辑母线的电压不平衡量，N为当前逻辑母线包含的物理母线数目，U_i为当前逻辑母线的电压遥测数据值，为当前逻辑母线包含的各母线电压遥测数的平均值。

前述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，运行状态分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于电气设备，通过开断电气设备的遥信信息和连接关系，确定开断电气设备的运行状态，包括运行、退出、充电；

(2)对于母线、变压器、线路非开断设备，结合拓扑计算中的动态设备连接关系信息，确定与非开断设备直接相连的全部断路器的运行状态，

对于母线所连全部断路器中，有至少两个断路器处于运行状态，则判定该母线为运行状态；有且只有一个断路器处于运行状态，则判定该母线为充电状态；没有任何一个断路器处于运行状态，则判定该母线为退出状态；

对于变压器，若各侧绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为运行状态；若各侧绕组所连断路器均处于充电或退出状态，则变压器、各侧绕组均判定为退出状态；若有且只有一个绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为充电状态；若存在多于一个绕组所连断路器均处于运行状态，同时至少有一个绕组所连断路器处于充电或退出状态，则变压器判定为运行状态，所连断路器均处于运行状态的绕组判定为运行状态，变压器的其他绕组判定为充电状态；

对于线路，若线路两端所连断路器均处于运行状态，则线路判定为运行状态；若线路两端所连断路器均处于充电或退出状态，则线路判定为退出状态；若线路的端所连断路器处于运行状态，另一端所连断路器处于充电或退出状态，则线路判定为充电状态。

前述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，可疑量测分析的方法，包括以下步骤，

(1)根据拓扑计算中给静态电气设备的连接关系及功率遥测数据，分析得到设备相关遥信为合遥测为零与设备相关遥测有值遥信为分，两类可疑状态；

(2)获取电气设备的有功功率、无功功率、电流遥测数据，满足公式(2)，则判定该电气设备为PQI不一致，

$\left|\sqrt{3}UI-x\sqrt{p^2+q^2}\right|>y---\left(2\right)$

其中，U为电气设备直接相连的母线线电压遥测数据，I为电气设备的电流遥测数据，p、q分别为电气设备的有功功率、无功功率遥测数据，x为用于调节数据单位换算的系数，取值为1000，y为判定阈值，取值为40。

前述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，故障跳闸分析的方法，包括以下步骤，

(1)以本分区的断路器跳闸信号作为判定的启动条件，在延迟时间内，结合拓扑计算中动态设备连接关系信息，检测电气设备关联的控制断路器和相关量测是否满足条件；

(2)若延迟时间内，控制断路器的开关全部跳开，并且相关量测跳零，则判定电气设备发生故障跳闸，并生成告警提示；否则，条件不满足，则继续等待下一个断路器跳闸信号。

本发明的有益效果是：本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，利用分布式电网拓扑计算结果，对分布式电网边界设备冗余建模，实现局部分布式电网内设备状态的快速分析，从而有效解决大规模电力网络中，集中式拓扑造成的设备状态分析效率低的问题，同时通过分布式电网局部拓扑计算降低电网局部运行方式变化对全局数据的影响，为电网系统的实时性提供了可靠保证，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，利用分布式电网拓扑计算结果，对分布式电网边界设备冗余建模，实现局部分布式电网内设备状态的快速分析，从而有效解决大规模电力网络中，集中式拓扑造成的设备状态分析效率低的问题，同时通过分布式电网局部拓扑计算降低电网局部运行方式变化对全局数据的影响，为电网系统的实时性提供了可靠保证，如图1所示，包括以下步骤，

步骤(1)，获取电网内全部电气设备模型，根据各电气设备的连接关系，采用基于社团发现的分区算法将全部电气设备模型划分为多个分区，完成电气设备模型的分布式架构；

步骤(2)，在每个分区的内部，根据电气设备模型生成连接关系的拓扑图，对于跨接在相邻的两个分区上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的分区，生成拓扑图时，实现冗余建模，冗余建模为在相邻的两个分区内均包含边界线路的全部信息；

步骤(3)，在每个分区内以分布式电网模型为基础进行拓扑计算，得到分区内电气岛信息、逻辑母线信息、带电信息、接地信息、静态设备连接关系信息、动态设备连接关系信息的拓扑结果；各分区之间通过消息交互分区内计算拓扑结果；

步骤(4)，根据步骤(3)的拓扑结果和电气设备的实时量测信息，对电气设备状态进行快速分析，包括不平衡量分析、运行状态分析、可疑量测分析、故障跳闸分析，

其中，不平衡量分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于变压器、线路的功率平衡，获取功率遥测数据后，对变压器的各绕组、线路各端点的功率量测求取代数和；

(2)对于逻辑母线的功率平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，将属于同一逻辑母线的电气设备功率量测求取代数和，得到该逻辑母线包含的各物理母线的功率不平衡量；

(3)对于逻辑母线的电压平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，若逻辑母线中仅包含一条物理母线，则其的电压不平衡量为零，若逻辑母线中包含多于一条的物理母线，则其电压不平衡量，根据公式(1)计算得到，

$U_{i-balance}=\frac{N}{N-1}(U_i-\stackrel{\‾}{U})---\left(1\right)$

其中，U_i-balance为当前逻辑母线的电压不平衡量，N为当前逻辑母线包含的物理母线数目，U_i为当前逻辑母线的电压遥测数据值，为当前逻辑母线包含的各母线电压遥测数的平均值。

运行状态分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于电气设备，通过开断电气设备的遥信信息和连接关系，确定开断电气设备的运行状态，包括运行、退出、充电；

(2)对于母线、变压器、线路非开断设备，结合拓扑计算中的动态设备连接关系信息，确定与非开断设备直接相连的全部断路器的运行状态，

对于母线所连全部断路器中，有至少两个断路器处于运行状态，则判定该母线为运行状态；有且只有一个断路器处于运行状态，则判定该母线为充电状态；没有任何一个断路器处于运行状态，则判定该母线为退出状态；

对于变压器，若各侧绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为运行状态；若各侧绕组所连断路器均处于充电或退出状态，则变压器、各侧绕组均判定为退出状态；若有且只有一个绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为充电状态；若存在多于一个绕组所连断路器均处于运行状态，同时至少有一个绕组所连断路器处于充电或退出状态，则变压器判定为运行状态，所连断路器均处于运行状态的绕组判定为运行状态，变压器的其他绕组判定为充电状态；

对于线路，若线路两端所连断路器均处于运行状态，则线路判定为运行状态；若线路两端所连断路器均处于充电或退出状态，则线路判定为退出状态；若线路的端所连断路器处于运行状态，另一端所连断路器处于充电或退出状态，则线路判定为充电状态。

可疑量测分析的方法，包括以下步骤，

(1)根据拓扑计算中给静态电气设备的连接关系及功率遥测数据，分析得到设备相关遥信为合遥测为零与设备相关遥测有值遥信为分，两类可疑状态；

(2)获取电气设备的有功功率、无功功率、电流遥测数据，满足公式(2)，则判定该电气设备为PQI不一致，

$\left|\sqrt{3}UI-x\sqrt{p^2+q^2}\right|>y---\left(2\right)$

其中，U为电气设备直接相连的母线线电压遥测数据，I为电气设备的电流遥测数据，p、q分别为电气设备的有功功率、无功功率遥测数据，x为用于调节数据单位换算的系数，取值为1000，y为判定阈值，取值为40。

对电气设备状态进行快速分析，故障跳闸分析的方法，包括以下步骤，

(1)以本分区的断路器跳闸信号作为判定的启动条件，在延迟时间内，结合拓扑计算中动态设备连接关系信息，检测电气设备关联的控制断路器和相关量测是否满足条件；

(2)若延迟时间内，控制断路器的开关全部跳开，并且相关量测跳零，则判定电气设备发生故障跳闸，并生成告警提示；否则，条件不满足，则继续等待下一个断路器跳闸信号；

步骤(5)，完成一次电气设备状态分析后，等待遥信变位消息，实时监视各分区内电气设备模型的连接关系是否发生变化，若发生变化，则根据变位消息和发生变化，确定电气设备所属的分区，启动对应分区的拓扑结果以及对应的电气设备状态分析结果，进行变化触发状态分析。

本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，在获取全电网内电气设备模型后，将当前电网模型分割为N个区域电网模型，对每个分区模型中设备完成抽象和建模，形成拓扑图；对边界的电气设备采用冗余建模；分区模型形成后进行分布式电网拓扑计算，即1至N分区各自独立完成本分区内部的拓扑计算；以分区拓扑计算结果为基础进行设备状态快速分析，即1至N分区各自独立完成不平衡量分析、运行状态分析、可疑量测分析、故障跳闸分析；监视遥信变位信息和模型变化信息，假设此时检测到的某开关发生变位，该开关属于3号分区，此时，只需单独启动3号分区的电网拓扑计算和设备状态快速分析，更新3号分区的设备状态分析结果即可，调度监控人员通过图形、告警等介质可以获取设备状态分析结果，了解电网运行实时情况。

因此，综上所述，本发明的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，利用分布式电网拓扑计算结果，对分布式电网边界设备冗余建模，实现局部分布式电网内设备状态的快速分析，从而有效解决大规模电力网络中，集中式拓扑造成的设备状态分析效率低的问题，同时通过分布式电网局部拓扑计算降低电网局部运行方式变化对全局数据的影响，为电网系统的实时性提供了可靠保证，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，获取电网内全部电气设备模型，根据各电气设备的连接关系，采用基于社团发现的分区算法将全部电气设备模型划分为多个分区，完成电气设备模型的分布式架构；

步骤(2)，在每个分区的内部，根据电气设备模型生成连接关系的拓扑图，对于跨接在相邻的两个分区上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的分区，生成拓扑图时，实现冗余建模，冗余建模为在相邻的两个分区内均包含边界线路的全部信息；

步骤(3)，在每个分区内以分布式电网模型为基础进行拓扑计算，得到分区内电气岛信息、逻辑母线信息、带电信息、接地信息、静态设备连接关系信息、动态设备连接关系信息的拓扑结果；各分区之间通过消息交互分区内计算拓扑结果；

步骤(4)，根据步骤(3)的拓扑结果和电气设备的实时量测信息，对电气设备状态进行快速分析，包括不平衡量分析、运行状态分析、可疑量测分析、故障跳闸分析；

步骤(5)，完成一次电气设备状态分析后，等待遥信变位消息，实时监视各分区内电气设备模型的连接关系是否发生变化，若发生变化，则根据变位消息和发生变化，确定电气设备所属的分区，启动对应分区的拓扑结果以及对应的电气设备状态分析结果，进行变化触发状态分析。

2.根据权利要求1所述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，不平衡量分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于变压器、线路的功率平衡，获取功率遥测数据后，对变压器的各绕组、线路各端点的功率量测求取代数和；

(2)对于逻辑母线的功率平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，将属于同一逻辑母线的电气设备功率量测求取代数和，得到该逻辑母线包含的各物理母线的功率不平衡量；

(3)对于逻辑母线的电压平衡，根据拓扑计算中逻辑母线分析结果，若逻辑母线中仅包含一条物理母线，则其的电压不平衡量为零，若逻辑母线中包含多于一条的物理母线，则其电压不平衡量，根据公式(1)计算得到，

$U_{i-balance}=\frac{N}{N-1}(U_i-\stackrel{\‾}{U})---\left(1\right)$

其中，U_i-balance为当前逻辑母线的电压不平衡量，N为当前逻辑母线包含的物理母线数目，U_i为当前逻辑母线的电压遥测数据值，U为当前逻辑母线包含的各母线电压遥测数的平均值。

3.根据权利要求1所述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，运行状态分析的方法，包括以下步骤，

(1)对于电气设备，通过开断电气设备的遥信信息和连接关系，确定开断电气设备的运行状态，包括运行、退出、充电；

(2)对于母线、变压器、线路非开断设备，结合拓扑计算中的动态设备连接关系信息，确定与非开断设备直接相连的全部断路器的运行状态，

对于母线所连全部断路器中，有至少两个断路器处于运行状态，则判定该母线为运行状态；有且只有一个断路器处于运行状态，则判定该母线为充电状态；没有任何一个断路器处于运行状态，则判定该母线为退出状态；

对于变压器，若各侧绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为运行状态；若各侧绕组所连断路器均处于充电或退出状态，则变压器、各侧绕组均判定为退出状态；若有且只有一个绕组所连断路器均处于运行状态，则变压器、各侧绕组均判定为充电状态；若存在多于一个绕组所连断路器均处于运行状态，同时至少有一个绕组所连断路器处于充电或退出状态，则变压器判定为运行状态，所连断路器均处于运行状态的绕组判定为运行状态，变压器的其他绕组判定为充电状态；

对于线路，若线路两端所连断路器均处于运行状态，则线路判定为运行状态；若线路两端所连断路器均处于充电或退出状态，则线路判定为退出状态；若线路的端所连断路器处于运行状态，另一端所连断路器处于充电或退出状态，则线路判定为充电状态。

4.根据权利要求1所述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，可疑量测分析的方法，包括以下步骤，

(1)根据拓扑计算中给静态电气设备的连接关系及功率遥测数据，分析得到设备相关遥信为合遥测为零与设备相关遥测有值遥信为分，两类可疑状态；

(2)获取电气设备的有功功率、无功功率、电流遥测数据，满足公式(2)，则判定该电气设备为PQI不一致，

$\left|\sqrt{3}UI-x\sqrt{p^2+q^2}\right|>y---\left(2\right)$

其中，U为电气设备直接相连的母线线电压遥测数据，I为电气设备的电流遥测数据，p、q分别为电气设备的有功功率、无功功率遥测数据，x为用于调节数据单位换算的系数，取值为1000，y为判定阈值，取值为40。

5.根据权利要求1所述的基于分布式电网拓扑计算的电气设备状态快速分析方法，其特征在于：步骤(4)，对电气设备状态进行快速分析，故障跳闸分析的方法，包括以下步骤，

(1)以本分区的断路器跳闸信号作为判定的启动条件，在延迟时间内，结合拓扑计算中动态设备连接关系信息，检测电气设备关联的控制断路器和相关量测是否满足条件；

(2)若延迟时间内，控制断路器的开关全部跳开，并且相关量测跳零，则判定电气设备发生故障跳闸，并生成告警提示；否则，条件不满足，则继续等待下一个断路器跳闸信号。