CN105305414B - 一种电网模型中悬空元件的校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网模型中悬空元件的校验方法，包括：找出电网模型中的所有电力元件，以及各个电力元件所属的变电站；依次判断各个电力元件的全部端点是否都已连接到其所属变电站内的其它电力元件的端点上；若否，则判定所述的电力元件为悬空元件；若各个电力元件的全部端点都已连接到所属变电站内的其它电力元件的端点上，则判定电网模型无悬空元件。该方法能识别全网悬空元件的错误，具备错误定位功能，并通过优化两点间距离的计算方式，大大减少校验中的运算量，能及时纠错改错，确保系统模型的正确性，能有效防止误整定事故的发生，保障电网安全运行，为电力企业保证及提高经济效益起到十分重要的作用。

Description

一种电网模型中悬空元件的校验方法

技术领域

本发明涉及电网建模的技术领域，特别是涉及一种电网模型中悬空元件的校验方法。

背景技术

为了确保电力系统的安全稳定运行，必须对电力系统的物理特征和运行状态有充分的了解。但由于在电力系统中进行大规模实验的代价昂贵，或者观测时间太长或系统反应时间很短以及测量上的困难，很多现场实验都无法实现，因此人们越来越广泛地采用计算机仿真来取代大部分的现场实验。仿真计算在电力系统分析中扮演着重要角色，它使人们的观察能力得到延伸，思维、模拟和计算能力得到强化，对电力系统学科的发展具有举足轻重的推动作用。

如何快速高效建立一个准确可靠的电网模型，是所有电力计算软件面临的首要任务。简单来说，电网建模就是输入电网中各元件参数和各元件的连接关系的过程，为其它计算模块提供原始数据。其中，各元件的连接关系也称为拓扑关系。所建模型正确与否是一个至关重要的问题，只有在电网模型正确的前提下，才能保障各种仿真计算结果的正确性，否则就会源头错起步步错，造成误整定等严重后果，给电力计算软件及电力系统运行带来严重的安全隐患。

早期的建模方法落后，大多是基于DOS系统开发的，无法提供友好的人机界面，只能采用数据文件的形式输入电网原始数据，过程非常烦琐，对使用人员要求较高，应用的灵活性差，尤其是电网结构变化时无法方便地进行修改。经过近年的发展，电网建模取得了长足的进步，目前流行的是图形建模，基于Windows操作系统设计，采用了当今先进成熟计算机软件可视化技术，把每类元件都用图元符号代表，建模时拖动相关元件到适合的位置，双击图标出现元件参数输入窗体；针对拓扑关系，有的程序靠人工输入连接关系，有的程序靠识别各个元件端点坐标后，由后台自动分析。这种基于图形建立的电网模型为电力专业提供了一个强大的计算管理工作平台，可极大地提高自动化水平和管理水平。

虽然建模技术经历了几代专业人员的不懈努力，取得了丰硕成果，但目前国内流行的“图形建模技术”仍存在以下缺陷：

所有元件都要一一人工建立，而针对建立的电网模型到底对不对，目前电力系统自身没有合理有效的校验手段，电力系统的工作人员只能靠“一看二算”的传统手段来确认模型正确与否。首先，这种对模型的校验是靠肉眼把关、跟着感觉走的，而工作人员普遍缺乏校验经验；再者是被动进行的，只有在程序无法正常计算时才发现问题，去查找原因。可见这种人工被动的校验做法是不科学的、非常危险的，随时有因模型错误而爆发安全事故的可能。特别是在当今电网规模庞大、模型面积大等客观前提下，一旦电网模型出错，查错有如大海捞针，查错时间不可预期，短期内难以解决问题，严重影响设备按期投产。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种电网模型中悬空元件的校验方法，以找出可能存在的元件悬空错误，确保所建电网模型完全正确。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种电网模型中悬空元件的校验方法，包括

找出电网模型中的所有电力元件，以及各个电力元件所属的变电站；

依次判断各个电力元件的全部端点是否都已连接到其所属变电站内的其它电力元件的端点上；若否，则判定所述的电力元件为悬空元件；

若各个电力元件的全部端点都已连接到所属变电站内的其它电力元件的端点上，则判定电网模型无悬空元件。

其中，判断一个电力元件的端点是否连接到另一电力元件的端点上的步骤包括：

利用算式d＝abs(X₁-X₂)+abs(Y₁-Y₂)计算两个电力元件之间的距离d，其中一个电力元件的坐标为(X₁，Y₁)，另一个电力元件的坐标为(X₂，Y₂)，abs表示求绝对值；

若所述距离d小于等于预设的门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点相连；若距离d大于门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点不相连。

本发明能识别全网悬空元件的错误，具备错误定位功能，并通过优化两点间距离的计算方式，大大减少校验中的运算量，能及时纠错改错，确保系统模型的正确性，能有效防止误整定事故的发生，保障电网安全运行，为电力企业保证及提高经济效益起到十分重要的作用。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种电网模型中悬空元件的校验方法，包括

找出电网模型中的所有电力元件，以及各个电力元件所属的变电站；

依次判断各个电力元件的全部端点是否都已连接到其所属变电站内的其它电力元件的端点上；若否，则判定所述的电力元件为悬空元件；

若各个电力元件的全部端点都已连接到所属变电站内的其它电力元件的端点上，则判定电网模型无悬空元件。

其中，判断一个电力元件的端点是否连接到另一电力元件的端点上的步骤包括：

利用算式d＝abs(X₁-X₂)+abs(Y₁-Y₂)计算两个电力元件之间的距离d，其中一个电力元件的坐标为(X₁，Y₁)，另一个电力元件的坐标为(X₂，Y₂)，abs表示求绝对值；

若所述距离d小于等于预设的门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点相连；若距离d大于门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点不相连。

本发明主要是通过科学合理的判据，自动校验全网的错误模型，确保所建电网模型完全正确，还能指出错误模型的具体位置，具有错误定位功能，纠错改错即使完成。

经大量的实践和经验总结，电网错误模型主要包括以下几种：基准容量不一致、节点电压不一致、可疑断点、悬空元件、重叠元件等。因此系统必需能自动识别全网可疑断点、全网悬空元件、全网重叠元件、全网节点电压不一致、全网基准容量不一致等所有错误模型，并具备错误定位功能，纠错改错即时完成，确保系统模型的正确性。

下面，先对这些错误类型作一简单介绍。

1、基准容量不一致：

在电力系统计算中，要先设定一个基准容量，一般地局设为100M，省局设为1000M，一个系统只能选取一个基准容量进行计算。但由于基准容量根据具体需要可人工设置，有时建模人员在同一系统可能设置不同基准容量，例如地局一般是在100M下建模，但有时双把基准容量设置在了1000M，在不同的基准容量下输入元件参数，造成短路电流电压等计算结果错误。

根据电路学原理：基准容量＝基准电压*基准电流

即SB＝UB*IB

因此，在校验电网模型中每一元件时，查看其是否满足上一公式，如果不满足，刚证明基准容量不一致，模型出错，并指出错误位置提示用户。

2、节点电压不一致：

根据电路学基本原理，同上节点上电压必需一致，例如同一母线上的元件电压一定相同，但在输入各元件参数时有可能不一致。

电网模型中节点包括母线和接地点。其中，接地点电压恒等于零，不用校验；母线上所连元件众多，电压一定保持一致，校验电网模型中所有母线，查看每一母线上所连元件电压是否一致即可，如不一致模型出错，并指出错误位置提示用户。通常校验的主要步骤如下：

1)查找所有支路

2)查找支路所在母线

3)查看支路与所在母线电压是否一致

3、可疑断点：

根据电力系统特点，线路两端一定连接电力元件，不允许任一端出现空接现象。

根据数学公式：两点间距离d＝sqrt((x₂-x₁)*(x₂-x₁)+(y₂-y₁)*(y₂-y₁))，在电网模型中，如果两点间距离d小于一个门槛值，就认为两点相连，根据电力线路端点坐标，查找电网模型中另外元件端点坐标，并求出两点距离，如果电力线路一端没有与任一一点相连，那么电力线路该端点就是可疑断点，模型出错，并指出错误位置提示用户。

4、悬空元件：

根据电力系统特点，元件任一端点一定连接其它电力元件端点，不允许任一端出现空接现象。

根据两点间距离，查找电网模型中另外元件端点坐标，并求出两点距离，如果元件任一端没有与其它任何端点相连，那么该元件就是悬空元件，模型出错，并指出错误位置提示用户。

5、重叠元件：

根据电力系统特点，不允许某一元件的所有端与其它另一电力元件端点完全重合。

根据两点间距离，查找电网模型中另外元件端点坐标，并求出两点距离，如果元件所有端点与其它元件端点一一相连，那么该元件就是重叠元件，模型出错，并指出错误位置提示用户。

上述五种错误模型的核验，除基准容量不一致、节点电压不一致计算量不算大，其它三种计算量太大，机时难以忍受，必需优化！

下面对本发明提出的优化方案进行说明。

1、两点重叠判据的优化：

两点间距离d＝sqrt((x₂-x₁)*(x₂-x₁)+(y₂-y₁)*(y₂-y₁))，如果直接套用这个公式，求出两点间距离，当两点间距离足够小时，就认为两点重叠，每次判断都要用到这个判据。

简化判据计算量能直接减少程序总的计算量，我们可以采用公式：

d＝abs(x₂-x₁)+abs(y₂-y₁)，abs代表求绝对值。

优化前与优化后的两点间距离算式相比：

1)、根据计算机原理，计算机进行加减法的时间比乘除法时间要短很多，计算机进行乘除法的时间比开方时间要短很多，上式把乘除法与开方计算化简成加减法计算，能大大降低运算量；

2)、优化前，需进行4次减法1次加法2次乘法1次开方，优化后两次减法

3)、由于到处都要用到上述判据，所以总的计算时间成倍减少。

2、可疑断点校验的优化：

实际中，变电站规模在100个左右，电力线路总数在150条左右，如果每次都比较电力线路端点到变电站圆心的距离，那么计算量在2乘以100的150次方，计算量是天文数字，必须简化算法。

优化步骤：

1)变电站按圆心坐标排序：冒泡法先按纵坐标后按横坐标从小到大排序。

变电站名称存放在一维数组B(1，m)中，m为变电站数量

2)二分法查找与电力线路端点接近的变电站圆心坐标

a、先查找纵坐标接近线路端点的变电站圆心坐标

Yi：变电站圆心纵坐标；Yj：电力线路端点纵坐标；R：圆半径；D：门槛值

R–D<abs(Yi-Yj)<R+D

b、再查找横坐标接近线路端点的变电站圆心坐标

Xi：变电站圆心纵坐标；Xj：电力线路端点纵坐标；R：圆半径；D：门槛值

R–D<abs(Xi-Xj)<R+D

c、如果找到横纵坐标都接近电力线路端点的变电站圆心坐标，直接进入下一步；否则继续查找；

3)根据优化后的两点间重叠判据，判断端点是否在变电站的圆周上

即，利用算式d＝abs(Xi-Xj)+abs(Yi-Yj)计算电力线路端点(Xj，Yj)与对应的满足所述两个不等式的变电站圆周坐标(Xi，Yi)的距离d，再将所述距离d与变电站半径R相比，若d≤R，则判定所述电力线路端点连接在变电站圆周上，若d＞R，则判定所述电力线路端点与变电站之间断开；

4)如果查找所有变电站，都找不到线路端点在变电站圆周上，则出现错误模型，即可疑断点。

3、悬空元件校验的优化：

变电站规模在100个左右，电力元件大约在1000多个，端点至少2000个，如果每次都比较电力元件端点到变电站圆心的距离，那么计算量在2000的阶层次运算，计算量是天文数字，必须简化算法。

优化步骤：

1)变电站按上步排序后，给变电站编号

变电站名称存放在一维数组B(1，m)中，m为变电站数量

2)将电力元件按变电站分类

电力元件坐标等信息存放在二维数据Y(m，n’)中，n’为变电站中元件数量

3)根据优化后两点间重叠判据，只判断站内各电力元件的端点是否重叠

Y₁：第一个电力元件端点的纵坐标；X₁：第一个电力元件端点的横坐标

Y₂：第二个电力元件端点的纵坐标；X₂：第二个电力元件端点的横坐标

D：门槛值 abs为求某数绝对值

a、求出两点间距离：d＝abs(Y₁-Y₂)+abs(X₁-X₂)

b、如果d≤D，说明两点重叠，否则继续查找

如果某一电力元件端点在站内没有与其它电路元件端点重叠，则出现错误模型，即悬空元件。

利用本发明，优化后计算量减少为100*10！次，效率提高无数倍。

4、重叠元件校验的优化：计算量与上面两步相似，必须简化算法。

优化步骤：

1)利用上步的变电站排序并编号。

变电站名称存放在一维数组B(1，m)中，m为变电站数量

2)将元件按变电站分类

元件坐标等信息存放在二维数据Y(m，n)中n’为变电站中元件数量

3)根据两点间距离公式，只判断站内各元件是否重叠

Y₁：第一个电力元件端点的纵坐标；X₁：第一个电力元件端点的横坐标

Y₂：第二个电力元件端点的纵坐标；X₂：第二个电力元件端点的横坐标

D：门槛值 abs为求某数绝对值

a、求出两点间距离：d＝abs(Y₁-Y₂)+abs(X₁-X₂)

b、如果d≤D说明两点重叠，否则继续查找

c、如果某一元件的所有端点均与别一元件的对应端点重叠，则两元件重叠

4)如果同一变电站内某一元件的所有端点均与别一元件的对应端点重叠，则出现错误模型，即重叠元件。

优化后计算量减少为100*10！次，效率提高无数倍。

安全生产是电力企业的生命线，出现一次误整会轻则误跳闸甩负荷重则烧毁设备，甚至出现火烧连营现象，造成直接经济损失达几十万到几百万之间甚至千万以上，有时会造成电网崩溃事故，造成社会经济损失更大，是电力企业不能承受之重。

如果电网模型出错，源头错起步步错，直接导致误整定事故，由此引发的保护误动拒动时有发生。而本发明提出的电力系统计算软件的模型校验，自动识别全网可疑断点、全网悬空元件、全网重叠元件、全网节点电压不一致、全网基准容量不一致、等所有错误模型，并具备错误定位功能，纠错改错即时完成，确保系统模型的正确性，填补国内外同类软件研究空白。

本发明通过科学合理的判据自动校验全网的错误模型、确保所建电网模型完全正确，能有效防止误整定事故的发生，具有不可估量的经济效益和社会效益。实施本发明，将为电力企业保证及提高经济效益起到十分重要的保障作用，为电力企业保障电网安全运行起到十分重要的保障作用。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种电网模型中悬空元件的校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

找出电网模型中的所有电力元件，以及各个电力元件所属的变电站；

依次判断各个电力元件的全部端点是否都已连接到其所属变电站内的其它电力元件的端点上；若否，则判定所述的电力元件为悬空元件；

若各个电力元件的全部端点都已连接到所属变电站内的其它电力元件的端点上，则判定电网模型无悬空元件；

判断一个电力元件的端点是否连接到另一电力元件的端点上的步骤包括：

利用算式d＝abs(X₁-X₂)+abs(Y₁-Y₂)计算两个电力元件之间的距离d，其中一个电力元件的坐标为(X₁，Y₁)，另一个电力元件的坐标为(X₂，Y₂)，abs表示求绝对值；

若所述距离d小于等于预设的门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点相连；若距离d大于门槛值D，则判定所述的两个电力元件的端点不相连。