CN105096218A - 一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法 - Google Patents

一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，基于调度自动化系统分布式计算框架，首先将全网模型进行拆分，形成分区电网模型，各节点只对分布式模型并行地完成一次局部计算，得到初步电气岛分析结果，而后将各计算节点结果进行交互共享，协同完成一次联合计算，得到最终的电气岛分析结果。该算法可以解决大电网模型拓扑结构分析非常缓慢的问题，只需要增加计算节点的数量就可有效降低计算时间，减轻各计算节点的负载，显著提高拓扑计算效率，同时分布式并行计算思想的运用，使该算法适应于未来发展的需求，具有良好的扩展性。

Description

一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法
技术领域
本发明涉及一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，属于电网技术领域。
背景技术
电网拓扑结构是电力系统分析和控制的宝贵资源，电力系统中的很多问题与电网拓扑结构有着紧密的联系，如链式狭长电网结构与暂态稳定问题密切相关；电网拓扑的结构特点可以为许多问题的处理和实际应用提供便利，如无功电压的分层分区控制；利用电网拓扑结构特点也可以有效提高电力系统问题分析的效率，如电力系统分析计算中的拓扑分解及网络分割。另外，伴随着电网结构的发展，许多新的电力系统分析问题及难点也不断涌现出来，如高低压电磁环网中的安全稳定问题、复杂环网整定计算中的保护配合问题等。
目前国内调度自动化系统多为集中式系统，电网拓扑结构作为一个整体进行分析，建模时可以取出整个电网的全模型，因此只需要通过一次计算便可得到全网的电气岛分布情况。但随着电网规模的不断扩大，此计算模型的时间也随之成倍增长，无法适用于未来电网分析的性能要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，包括以下步骤，
步骤一，基于分布式电网设备模型库，在各计算节点内部，以母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边，通过邻接表建立一个无向图集合；无向图集合中包含多个连通子图；
步骤二，进行初步电气岛信息计算；
通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，每个连通子图为一个电气岛，获得初步电气岛信息；所述初步电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息；
步骤三，当各节点内部发生变化时，重新进行初步电气岛信息计算；
步骤四，将重新计算获得的初步电气岛信息与上一次计算获得的初步电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的初步电气岛信息通过消息报文发往其他各计算节点，转至步骤五；
步骤五，各节点接收到来自其他节点的初步电气岛信息，以此为基础数据进行一次联合协同计算；
所述联合协同计算的过程为：各节点将自身以及来自其他节点的各个初步电气岛抽象为一个点，每条分区边界线路抽象为一条边，再次建立邻接表数据结构，使用深度优先遍历算法，获取各节点的最终电气岛信息；
步骤六，根据联合协同计算获得的各节点最终电气岛信息，对各节点进行拓扑着色。
各节点的初步电气岛信息均存储在同一张电气岛信息表中，各节点拥有电气岛信息表的一个完整副本。
联合协同计算后获得的各节点电最终气岛信息完全相同。
本发明所达到的有益效果：本发明基于调度自动化系统分布式计算框架，首先将全网模型进行拆分，形成分区电网模型，各节点只对分布式模型并行地完成一次局部计算，得到初步电气岛分析结果，而后将各计算节点结果进行交互共享，协同完成一次联合计算，得到最终的电气岛分析结果；该算法可以解决大电网模型拓扑结构分析非常缓慢的问题，只需要增加计算节点的数量就可有效降低计算时间，减轻各计算节点的负载，显著提高拓扑计算效率，同时分布式并行计算思想的运用，使该算法适应于未来发展的需求，具有良好的扩展性。
附图说明
图1为本发明的数据流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，包括以下步骤：
步骤一，基于分布式电网设备模型库，在各计算节点内部，以母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边，通过邻接表建立一个无向图集合；无向图集合中包含多个连通子图。
步骤二，进行初步电气岛信息计算。
计算过程为：通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，每个连通子图为一个初步电气岛，获得电气岛信息。初步电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息。
深度优先遍历算法过程为：从任意一个顶点出发，递归迭代遍历可以经过的所有点，直到遍历完初始顶点所在的连通子图后停止，对此子图标记一个号码，之后再从未遍历的顶点集合中再任意挑选一个顶点出发，继续遍历另一个连通子图，直到遍历完所有的连通子图。
各节点的初步电气岛信息均存储在同一张电气岛信息表中，各节点拥有电气岛信息表的一个完整副本。
步骤三，当各节点内部发生变化时，重新进行初步电气岛信息计算。
步骤四，将重新计算获得的初步电气岛信息与上一次计算获得的初步电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的初步电气岛信息通过消息报文发往其他各计算节点，转至步骤五。
步骤五，各节点接收到来自其他节点的初步电气岛信息，以此为基础数据进行一次联合协同计算。
联合协同计算的过程为：各节点将自身以及来自其他节点的各个初步电气岛抽象为一个点，每条分区边界线路抽象为一条边，再次建立邻接表数据结构，使用深度优先遍历算法，获取各节点的最终电气岛信息。
步骤六，根据联合协同计算获得的各节点最终电气岛信息，对各节点进行拓扑着色。
对每个节点来说，基础数据都相同（基础数据里面不只包含本节点的初步电气岛信息，也包含了其余节点的初步电气岛信息），而且在此基础上进行联合协同计算的算法也相同，所以联合协同计算后，获得的各节点最终电气岛信息完全相同。
如图1所示为上述算法的数据流程图，由图可见整个算法分为分布式独立并行计算、联合协同计算两个层次进行，以“电气岛信息表”为中间结果，该表中存储了各节点的初步电气岛信息，属于本节点的初步电气岛信息由本节点进行维护，其余节点的初步电气岛信息通过消息总线接收。在第1层中，各节点均对本地模型建模，完成局部电气岛分析，包括各岛逻辑母线数、是否带电、是否接地、边界线路等，结果存储在电气岛信息表中。通过消息总线完成信息交换后，开始第2层计算，对各节点的第1层计算结果中形成的初步电气岛及其边界线路进行点边建模，完成联合电气岛的协同分析，为本节点各设备分配最终电气岛号，完成统一拓扑着色。
在第1层计算中，若计算后结果与计算前未发生显著变化，则不需要进行信息交换以及2层计算，可简化拓扑分析流程。
综上所述，上述算法可以解决大电网模型拓扑结构分析非常缓慢的问题，只需要增加计算节点的数量就可有效降低计算时间，减轻各计算节点的负载，显著提高拓扑计算效率，同时分布式并行计算思想的运用，使该算法适应于未来发展的需求，具有良好的扩展性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，基于分布式电网设备模型库，在各计算节点内部，以母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边，通过邻接表建立一个无向图集合；无向图集合中包含多个连通子图；
步骤二，进行初步电气岛信息计算；
通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，每个连通子图为一个电气岛，获得初步电气岛信息；所述初步电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息；
步骤三，当各节点内部发生变化时，重新进行初步电气岛信息计算；
步骤四，将重新计算获得的初步电气岛信息与上一次计算获得的初步电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的初步电气岛信息通过消息报文发往其他各计算节点，转至步骤五；
步骤五，各节点接收到来自其他节点的初步电气岛信息，以此为基础数据进行一次联合协同计算；
所述联合协同计算的过程为：各节点将自身以及来自其他节点的各个初步电气岛抽象为一个点，每条分区边界线路抽象为一条边，再次建立邻接表数据结构，使用深度优先遍历算法，获取各节点的最终电气岛信息；
步骤六，根据联合协同计算获得的各节点最终电气岛信息，对各节点进行拓扑着色。
2.根据权利要求1所述的一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，其特征在于：各节点的初步电气岛信息均存储在同一张电气岛信息表中，各节点拥有电气岛信息表的一个完整副本。
3.根据权利要求1所述的一种分布式多岛并行协同计算的电网拓扑结构分析算法，其特征在于：联合协同计算后获得的各节点最终电气岛信息完全相同。
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