CN105260817A - 基于电网资源模型的电网拓扑结构及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电网资源模型的电网拓扑结构，包括互相联结的电网运行管理系统、存储数据模型及拓扑分析组件；所述的电网运行管理系统上设有可远程调用的松耦合的开放接口；存储数据模型基于电网GIS平台数据进行加载和填充；所述的拓扑分析组件采用基版本和数个编辑版本的隔离分析结构，本发明还公开了该拓扑结构的分析方法，使用符合电网结构特点的模型进行拓扑数据的管理，使电网拓扑分析性能好，以满足电网运行管理的精益化要求。
Description
技术领域
本发明涉及电网拓扑存储模型和分析技术、基于电网运行特性的电网运行管理技术，具体为基于电网资源模型的电网拓扑结构及分析方法。
背景技术
从发电厂等供电点到终端的用户，电网的网络结构和设备类型复杂繁多，电网计划与实际运行方式、开关设备的状态、供电电源的设置、多电源的供电保障等电网独有的特性，决定了电网拓扑分析应具有的特点。
在电网运行管理工作中，需要电网拓扑分析技术来支撑电网运行管理系统的各项功能，如故障设备定位、查找设备的供电电源，设备影响的供电用户，开关状态变更后的设备带电状态分析等。随着电网建设的发展和电网规模的不断增长，电力设备种类越来越多，电网拓扑结构越来越复杂，现有的电网分析技术的方案主要为以下两种：
1.采用设备台帐信息进行设备所属关系的管理，根据设备所属信息进行电网拓扑分析技术研究和实现；
2、采用通用的拓扑算法进行拓扑分析技术研究，重点在于拓扑模型和拓扑算法的使用，而忽略的电网本身的拓扑结构特点。
以上两种电网拓扑分析技术在分析过程中数据量巨大，系统响应时间过长，不能满足实时性和实用性需求。并且忽略了电网拓扑的特性，如版本状态、开关状态、带电状态、电源点等。未使用符合电网结构特点的模型进行拓扑数据的管理，导致数据查询和内存加载过程耗时长，电网拓扑分析性能差，电网拓扑分析功能不全。因此迫切需要建立一套符合电网特性的，准确高效的拓扑分析技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电网拓扑结构及分析方法，以满足当前电网运行管理的精益化要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于电网资源模型的电网拓扑结构，包括互相联结的电网运行管理系统、存储数据模型及拓扑分析组件；所述的电网运行管理系统上设有可远程调用的松耦合的开放接口；所述的存储数据模型基于电网GIS平台数据进行加载和填充;所述的拓扑分析组件采用基版本和数个编辑版本的隔离分析结构，编辑版本下电网拓扑模型仅存储与基版本拓扑数据的差异信息，包含删除、新增和修改，电网拓扑分析基于基版本时，所有编辑版本下的拓扑数据会被隔离；电网拓扑分析基于指定的编辑版本时，其它编辑版本的拓扑数据会被隔离。
其中，所述的存储数据模型包括可调用的：
（1）拓扑关系数据表：和具体空间对像对应，设有连接节点、端子、导电设备编号；
（2）图实例表：定义所有的对象模型，是所有对象模型的基类；
（3）对象子类型表：描述设备大类和子类型之间的关系、及其设备的端子数量、是否开断类设备；
（4）空间数据地物配置表：描述了空间表的配置信息，通过设备类型和图ID确认地物表和视图表；
（5）图形拓扑信息表：描述各设备类型的信息表。
本发明还公开了采用上述拓扑结构，基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，包括以下步骤，
S1.初始化：加载和填充存储数据模型；建立拓扑分析辅助表，获取相关数据，载入到拓扑分析辅助表中；建立相关的触发器，捕捉存储数据模型内的增量变化情况，并反映到拓扑分析辅助表中，触发器捕捉增删改操作，并将其记入增量表中，由程序根据实际情况采用增量表更新其内存，初始化完成；
S2.设备属性查询：对各种设备类型对应的属性进行预先处理；
S3.拓扑分析：电网拓扑分析组件进行连通性分析、停电分析、供电分析、拓扑检测及拓扑搜索。
其中，所述的停电分析包括：
（1）停电范围分析，根据起点设备断开分析其影响的停电范围，得出影响的供电设备的总个数；
（2）模拟停电分析，指定起点模拟分析对支路设备的带电影响范围，分析电路径排列的电网资源对象集合，得出各支路端子的带电信息；
（3）溯源分析，指定一个设备，查找具体的供电设备的对象ID及供电路径，支持跨电压等级的电源追溯分析。
其中，所述的供电分析包括：
（1）供电半径分析，指定一个拓扑设备起点，搜索该设备的最大供电半径，分析得出最大长度对象集合中电缆线和导线的总长度;
（2）供电范围分析，指定一个拓扑设备起点，分析其所能供电的影响范围，得出符合要求的设备列表；
（3）转供电模拟分析，对选择的设备对象或用户接入点进行转供电模拟分析，返回分析出的所有转供电方案，所有转供电方案以列表的形式展示。
步骤S3中拓扑分析提供COM组件接口和远程调用两种方式，根据COM组件接口可使用电网拓扑分析功能或者通过HTTP方式访问电网拓扑分析服务，获取分析数据。使用者可根据自身应用的技术架构而选择COM组件接口或远程调用：使用电网拓扑分析技术提供的COM组件和组件接口规范可以实现对电网拓扑分析功能的调用。使用者将组件添加到自己的组件库中，根据COM组件接口规范文档中指定的接口方法即可使用电网拓扑分析功能；使用电网拓扑分析的远程调用服务，相比COM组件更简单，不需要添加任何文件，只需要根据服务调用规范文档中的说明，通过HTTP方式访问电网拓扑分析服务，即可使用电网拓扑分析技术。同时提供两种方式，使该发明的适用范围更广，使用更灵活。
本发明的拓扑分析支持电网计划运行方式和实际运行方式，所述的计划运行方式为指定开关类设备计划运行的开关状态或开关位置（即档位），开关类设备的开关状态或开关位置可以根据运行方式来动态分析。
其中，拓扑分析支持带电状态的分析，即通过查找供电方向是否有带电的供电电源点，以及拓扑网络中的电气拓扑关系，计算所有分析设备的带电状态。
进一步地，拓扑分析支持模拟分析功能，通过模拟指定开关的开关状态或开关位置（即档位），分析模拟状态下电网网架的带电状态,以及和当前实际电网网架带电状态存在差异（实际带电模拟分析为失电，实际失电模拟分析为带电）的信息。
采用以上技术方案后，本发明的有益效果为：
（1）根据电网拓扑结构特点，设计独立的拓扑数据存储模型，提供更快的数据查询和拓扑计算速度。基于电网拓扑的存储和分析省时省力，符合电网特性，准确高效，可满足当前电网运行管理的精益化要求。
（2）支持创建版本并相互隔离，保证开关模拟操作、设备变更操作等状态对当前实际电网不产生拓扑影响。支持开关的运行方式和开关状态，支持电源点设置，达到满足电网特性的拓扑分析能力。
（3）提供基于COM组件的拓扑分析技术实现，为电网运行管理系统实现提供可重用组件。
（4）提供基于服务的拓扑分析技术实现，为电网运行管理系统提供可远程调用的松耦合的开放接口。
附图说明
图1为本发明方法的初始化过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明公开了一种基于电网资源模型的电网拓扑结构，包括互相联结的电网运行管理系统、存储数据模型及拓扑分析组件。
电网运行管理系统上设有可远程调用的松耦合的开放接口。存储数据模型基于电网GIS平台数据进行加载和填充。拓扑分析组件采用基版本和数个编辑版本的隔离分析结构，编辑版本下电网拓扑模型仅存储与基版本拓扑数据的差异信息，包含删除、新增和修改，电网拓扑分析基于基版本时，所有编辑版本下的拓扑数据会被隔离；电网拓扑分析基于指定的编辑版本时，其它编辑版本的拓扑数据会被隔离。
根据电网拓扑结构的独有特点，设计拓扑分析专用的数据模型结构。本发明的存储数据模型包括（1）拓扑关系数据表；（2）图实例表；（3）对象子类型表；（4）空间数据地物配置表；（5）图形拓扑信息表。具体表的参数设置如表1~表5所示：
本发明还公开了采用上述拓扑结构，基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，以下详述步骤。
S1.初始化。如图1所示，其过程为：加载和填充存储数据模型；建立拓扑分析辅助表，获取相关数据，载入到拓扑分析辅助表中；建立相关的触发器，捕捉存储数据模型内的增量变化情况，并反映到拓扑分析辅助表中，触发器捕捉增删改操作，并将其记入增量表中，由程序根据实际情况采用增量表更新其内存，初始化完成。
因为拓扑对象表和拓扑节点信息描述表数据量巨大，若直接在这两个表基础上进行分析，那么整体的分析性能将会比较低。因此需要在数据加载阶段对拓扑分析所需要的数据进行预处理。该步骤在数据加载阶段对拓扑分析所需要的数据进行预处理，为提升拓扑分析性能，设计的数据模型如表6所示：
为了描述单个端子的设备为同一个连接中各设备的中间必经设备，当设定该设备为停止条件时能够做到不继续在此支路上搜索下去，故将拓扑关系表（如表1）中的数据预处理到表6的逻辑如下。
1.寻找同一个CONNECTIVITYNODEID的记录进行集中处理。
2.如果得到的记录中有一个端子的设备那么在topoanalyse_data表中该设备和其他设备之间都有连接关系，且其它设备之间两两是没有关系的。
3.如果得到的记录中没有一个段子的设备那么在topoanalyse_data表中各个设备两两有连接。
例子如下：
如果只有A为一个端子的设备则预处理的结果为：
如果A、B都为一个端子的设备则预处理结果为：
如果没有一个端子的设备则预处理的结果为：
S2.设备属性查询：对各种设备类型对应的属性进行预先处理。
为了加快搜索过程中对某个具体的设备进行属性查询的速度，在分析开始阶段，就对各种设备类型（子类型）对应的属性进行预先处理。主要是希望在搜索过程中得到一个ObjectId，立即可知道如下信息：
1、该设备的类型和子类型
2、该设备的周知标识
3、该设备是物理拓扑设备还是电气拓扑设备
4、该设备是否为开断类设备
5、该设备端子数量
6、该设备对应的地物表，台帐表，视图表名
不同的图实例有不同的拓扑关系表，定义图实例与拓扑表的对应关系如表7：
表7、图实例与拓扑表的对应关系
针对该属性查询的逻辑，定义属性结构如表8所示：
表8、设备属性类型及来源
S3.拓扑分析：电网拓扑分析组件进行连通性分析、停电分析、供电分析、拓扑检测及拓扑搜索。本发明拓扑分析提供COM组件接口和远程调用两种方式，为电网运行管理的各系统提供了多种快速构建电网拓扑分析应用的能力，无论哪一种方式，都不需要使用者了解拓扑分析的实现细节。根据COM组件接口可使用电网拓扑分析功能或者通过HTTP方式访问电网拓扑分析服务，获取分析数据。使用者可根据自身应用的技术架构而选择COM组件接口或远程调用：使用电网拓扑分析技术提供的COM组件和组件接口规范可以实现对电网拓扑分析功能的调用。使用者将组件添加到自己的组件库中，根据COM组件接口规范文档中指定的接口方法即可使用电网拓扑分析功能；使用电网拓扑分析的远程调用服务，相比COM组件更简单，不需要添加任何文件，只需要根据服务调用规范文档中的说明，通过HTTP方式访问电网拓扑分析服务，即可使用电网拓扑分析技术。
本发明的拓扑分析支持电网计划运行方式和实际运行方式，计划运行方式为指定开关类设备计划运行的开关状态或开关位置（即档位），开关类设备的开关状态或开关位置可以根据运行方式来动态分析。拓扑分析支持带电状态的分析，即通过查找供电方向是否有带电的供电电源点，以及拓扑网络中的电气拓扑关系，计算所有分析设备的带电状态。
本发明通过模拟指定开关的开关状态或开关位置（即档位），分析模拟状态下电网网架的带电状态，以及和当前实际电网网架带电状态存在差异（实际带电模拟分析为失电，实际失电模拟分析为带电）的信息。
以下对就具体的几种拓扑分析做说明：
1、连通性分析，即分析某两个设备之间的拓扑关系是否连通。其参数表如表9示：
表9、连通性分析参数表
2、停电分析包括：停电范围分析（如表10示），根据起点设备断开分析其影响的停电范围，得出影响的供电设备的总个数；模拟停电分析（表11示），指定起点模拟分析对支路设备的带电影响范围，分析电路径排列的电网资源对象集合，得出各支路端子的带电信息；溯源分析（表12示），指定一个设备，查找具体的供电设备的对象ID及供电路径，支持跨电压等级的电源追溯分析。
表10、停电范围分析参数表
表11、模拟停电分析参数表
表12、溯源分析参数表
3.供电分析包括：供电半径分析（表13示），指定一个拓扑设备起点，搜索该设备的最大供电半径，分析得出最大长度对象集合中电缆线和导线的总长度。供电范围分析（表14示），指定一个拓扑设备起点，分析其所能供电的影响范围，得出符合要求的设备列表；转供电模拟分析（表15示），对选择的设备对象或用户接入点进行转供电模拟分析，返回分析出的所有转供电方案，所有转供电方案以列表的形式展示。
表13、供电半径分析参数表
表14、供电范围分析参数表
表15、转供电模拟分析参数表
4、拓扑检测，通过选择设备，分析该设备为起点的基本连通性，如表16所示。
表16、拓扑检测参数表
5、拓扑搜索，可根据使用者的需求设定多种复杂条件的搜索，其参数如表17所示。
表17、拓扑搜索参数表
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于电网资源模型的电网拓扑结构，其特征在于：包括互相联结的电网运行管理系统、存储数据模型及拓扑分析组件；所述的电网运行管理系统上设有可远程调用的松耦合的开放接口；所述的存储数据模型基于电网GIS平台数据进行加载和填充;所述的拓扑分析组件采用基版本和数个编辑版本的隔离分析结构，编辑版本下电网拓扑模型仅存储与基版本拓扑数据的差异信息，包含删除、新增和修改，电网拓扑分析基于基版本时，所有编辑版本下的拓扑数据会被隔离；电网拓扑分析基于指定的编辑版本时，其它编辑版本的拓扑数据会被隔离。
2.如权利要求1所述的基于电网资源模型的电网拓扑结构，共特征在于，所述的存储数据模型包括可调用的：
（1）拓扑关系数据表：和具体空间对像对应，设有连接节点、端子、导电设备编号；
（2）图实例表：定义所有的对象模型，是所有对象模型的基类；
（3）对象子类型表：描述设备大类和子类型之间的关系、及其设备的端子数量、是否开断类设备；
（4）空间数据地物配置表：描述了空间表的配置信息，通过设备类型和图ID确认地物表和视图表；
（5）图形拓扑信息表：描述各设备类型的信息表。
3.基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，采用如权利要求1或2的拓扑结构，其特征在于，包括以下步骤，
S1.初始化：加载和填充存储数据模型；建立拓扑分析辅助表，获取相关数据，载入到拓扑分析辅助表中；建立相关的触发器，捕捉存储数据模型内的增量变化情况，并反映到拓扑分析辅助表中，触发器捕捉增删改操作，并将其记入增量表中，由程序根据实际情况采用增量表更新其内存，初始化完成；
S2.设备属性查询：对各种设备类型对应的属性进行预先处理；
S3.拓扑分析：电网拓扑分析组件进行连通性分析、停电分析、供电分析、拓扑检测及拓扑搜索。
4.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于,所述的停电分析包括：
（1）停电范围分析，根据起点设备断开分析其影响的停电范围，得出影响的供电设备的总个数；
（2）模拟停电分析，指定起点模拟分析对支路设备的带电影响范围，分析电路径排列的电网资源对象集合，得出各支路端子的带电信息；
（3）溯源分析，指定一个设备，查找具体的供电设备的对象ID及供电路径，支持跨电压等级的电源追溯分析。
5.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于,所述的供电分析包括：
（1）供电半径分析，指定一个拓扑设备起点，搜索该设备的最大供电半径，分析得出最大长度对象集合中电缆线和导线的总长度;
（2）供电范围分析，指定一个拓扑设备起点，分析其所能供电的影响范围，得出符合要求的设备列表；
（3）转供电模拟分析，对选择的设备对象或用户接入点进行转供电模拟分析，返回分析出的所有转供电方案，所有转供电方案以列表的形式展示。
6.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于：步骤S3中拓扑分析提供COM组件接口和远程调用两种方式，根据COM组件接口可使用电网拓扑分析功能或者通过HTTP方式访问电网拓扑分析服务,获取分析数据。
7.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于：步骤S3中拓扑分析支持电网计划运行方式和实际运行方式,所述的计划运行方式为指定开关类设备计划运行的开关状态或开关位置，开关类设备的开关状态或开关位置可以根据运行方式来动态分析。
8.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于：步骤S3中拓扑分析还包括，通过查找供电方向是否有带电的供电电源点，以及拓扑网络中的电气拓扑关系，计算所有分析设备的带电状态。
9.如权利要求3所述的基于电网资源模型的电网拓扑分析方法，其特征在于：步骤S3中拓扑分析还包括，模拟指定开关的开关状态或开关位置，分析模拟状态下电网网架的带电状态，以及和当前实际电网网架带电状态存在差异的信息。
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