CN105958471A - 一种基于iec61970标准的电力网络拓扑关系构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，包括以下步骤：对电力网络接线图中的节点、开关和支路进行编号；定义电力网络中的用电设备的相关变量，并将变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点上；输出关联后的拓扑逻辑节点，并根据其构建拓扑逻辑节点矩阵；对电力网络中的用电设备进行遍历，根据拓扑逻辑节点矩阵，画出拓扑接线图。本发明建立了标准的、开放的电力系统信息模型，促进了互操作、降低生产和维护成本、大幅度提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法。
背景技术
随着计算机技术、通信技术和电力电子技术的不断进步，电力系统对信息共享和应用集成的需求越发迫切。为此，通过建立标准的、开放的电力系统信息模型，促进各应用间的互操作，降低生产和维护成本，提高系统可靠性就显得尤为重要。
国际电工技术委员会(IEC)制定了一些标准，其中有应用于调度中心EMS(EnergyManagement System)的IEC 61970标准和用于变电站SAS(Substation Automation System)的IEC 61850标准。建立了标准的、开放的电力系统信息模型，促进了互操作、降低生产和维护成本、大幅度提高了系统的可靠性。目前，我国电力系统的数据交换手段或方法十分混杂，使得数据传输的成本居高不下。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，有效解决目前我国电力系统形成电力网络拓扑关系图的手段复杂且多样，使得成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，包括以下步骤：
(1)对电力网络接线图中的节点、开关和支路进行编号；
(2)定义电力网络中的用电设备的相关变量，并将变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点上；
(3)输出关联后的拓扑逻辑节点，并根据其构建拓扑逻辑节点矩阵；
(4)对电力网络中的用电设备进行遍历，根据拓扑逻辑节点矩阵，画出拓扑接线图。
所述步骤(1)中，具体步骤包括：
(1-1)对电力网络接线图的所有连接节点按照从母线到末端的原则依次进行编号；
(1-2)对电力网络接线图的所有开关按照从母线到末端的原则进行依次编号；
(1-3)对电力网络接线图的所有支路按照从母线到末端的原则进行依次编号。
所述步骤(2)中，用电设备的相关变量具体包括开关变量、开关端子变量、发电机端子变量、变压器端子变量和输出的开关端子数组。
所述步骤(2)中，对变量的连接节点关联的具体方法，包括：
(2-1)搜索用电设备的相关变量；
(2-2)对搜索到的第一个变量的两个端子都赋值为1；
(2-3)遍历该变量的所有节点，将这个拓扑逻辑节点连接的所有变量的端子都与这个拓扑逻辑节点相关联；
(2-4)对变量进行重新搜索，如果搜索到没有关联拓扑逻辑节点的变量，则对其两个端子赋值为1，返回重复执行步骤(2-3)操作，否则执行步骤(2-5)操作；
(2-5)重复步骤(2-4)操作，直到所有变量的端子都有拓扑逻辑节点关联为止；
(2-6)输出拓扑逻辑节点。
优选的，所述步骤(2-1)中，具体步骤包括：
(2-1-1)将相应变量的节点赋值为拓扑逻辑节点；
(2-1-2)搜索变量，如果该变量的端子与拓扑逻辑节点关联的端子相同，则将该变量相同的端子与这个拓扑逻辑节点关联；否则，执行步骤(2-1-3)操作；
(2-1-3)重复步骤(2-1-2)操作，直至所有的变量都被访问到，结束操作。
所述步骤(2-1-1)中，搜索到的变量的端子应该赋值为拓扑逻辑节点；相应的节点，是非开关器件与上述被赋值为拓扑逻辑节点相连接的节点。
所述步骤(2-1-2)中，关联就是将非开关器件的节点对应着拓扑逻辑节点进行改变。
所述步骤(3)中，具体步骤包括：
(3-1)遍历电力网络中的所有电器元件，按照电力网络接线图中编号顺序输入某种电器件第一个电器件的端子号；
(3-2)搜索电力网络中的开关，遍历所有开关的端子号；
(3-3)找出端子号相同的开关，将此开关对应的拓扑逻辑节点号赋值给对应电器元件的拓扑逻辑节点矩阵；
(3-4)判断是否所有的电器元件都被遍历，如果全部遍历，进入步骤(3-5)否则，返回执行步骤(3-2)；
(3-5)输出所有电器元件对应的拓扑逻辑节点矩阵。
所述步骤(4)中，具体步骤包括：
(4-1)以发电机为起点，遍历电力网络，在电力系统画布上构建1号发电机；
(4-2)遍历所有电器元件的拓扑逻辑节点，找出并输出直接与1号发电机直接相连的节点所对应的电器元件；
(4-3)判断是否所有的电器元件都被遍历，若是进入步骤(4-4)，若否，转至步骤(4-5)；
(4-4)遍历所有电器元件的拓扑逻辑节点矩阵，寻找与各自电器元件直接相连的节点所对应的电器元件，调出拓扑逻辑节点对应的电器元件，放在的电力系统画布的上一个电器件的偏下位置；
(4-5)判断1号发电机是否全部输出，如果全部输出，转至步骤(4-6)，否则，反馈步骤(4-3)；
(4-6)显示下一个发电机，重复执行步骤(4-3)-(4-5)，直到所有发电机都已经画完、输出。
所述步骤(3)或步骤(4)中的电器元件包括发电机、变压器和用电负荷。
本发明的有益效果为：
(1)本发明是基于国际电工技术委员会(IEC)制定IEC 61970这一标准，运用IEC 61970标准对电力网络拓扑关系进行分析并且形成拓扑关系，本发明运用IEC 61970标准的CIM(公共信息模型)建立电网信息模型，在CIM模型中，设计算法根据端子、连接节点的关系及实时开关状态，形成拓逻辑扑节点；
(2)本发明采用广度优先的搜索方法对开关状态的遍历，从而到实现可合并节点的目的，简便了电力网络拓扑关系形成的手段，建立了标准的、开放的电力系统信息模型，促进了互操作、降低生产和维护成本、大幅度提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的总流程示意图；
图2为本发明的对电力网络接线图进行编号的流程示意图；
图3为本发明的变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点的流程示意图；
图4为本发明的搜索变量的具体流程示意图；
图5为本发明的输出拓扑逻辑节点矩阵的具体流程示意图；
图6为本发明的拓扑接线图输出的流程示意图；
图7为本发明的具体实施例之蓬莱电厂的形成节点编号后的示意图；
图8为本发明的具体实施例之蓬莱电厂的形成开关编号后的示意图；
图9为本发明的具体实施例之蓬莱电厂的形成支路编号后的示意图；
图10为本发明发电机的拓扑逻辑节点矩阵的输出结果图；
图11为本发明变压器的拓扑逻辑节点矩阵的输出结果图；
图12为本发明负荷的拓扑逻辑节点矩阵的输出结果图；
图13为本发明的具体实施例之蓬莱电厂的节点遍历示意图；
图14为本发明的具体实施例之蓬莱电厂电力接线连接示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系形成与可视化的方法，本发明具体包括以下步骤：
如图2所示，步骤1)、对电力网络接线图进行编号；
步骤2)、定义变量；
步骤3)、将变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点；
步骤4)、将拓扑逻辑节点进行输出；
步骤5)、根据拓扑逻辑节点输出拓扑逻辑节点矩阵；
步骤6)、根据拓扑逻辑节点矩阵输出拓扑接线图。
步骤2)中的变量包括开关变量、开关端子变量、发电机端子变量、变压器端子变量和输出的开关端子数组。
如图2所示，电力网络接线图编号的具体过程包括：
步骤11)、对电力网络接线图的所有连接节点按照从母线到末端的原则依次进行编号；
步骤12)、对电力网络接线图的所有开关按照从母线到末端的原则进行依次编号；
步骤13)、对电力网络接线图的所有支路按照从母线到末端的原则进行依次编号。
如图3所示，将变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点具体包括以下过程：
步骤31)、搜索变量；
步骤32)、对第一个变量的两个端子都赋值为1；
步骤33)、遍历该变量的所有节点，将这个拓扑逻辑节点连接的所有变量的端子都与这个拓扑逻辑节点相关联；
步骤34)、对变量进行重新搜索，如果搜索到没有关联拓扑逻辑节点的变量，则对其两个端子赋值为1，执行步骤33)操作，否则执行步骤35)操作；
步骤35)、重复步骤34)操作，直到所有变量的端子都有拓扑逻辑节点关联为止；关联就是将非开关器件的节点对应着拓扑逻辑节点进行改变。
步骤36)、输出拓扑逻辑节点。
如图4所示，搜索变量的具体过程为：
步骤311)、给相应变量的节点赋值为拓扑逻辑节点；
步骤312)、搜索变量，如果该变量的端子与拓扑逻辑节点关联的端子相同，则将该变量相同的端子与这个拓扑逻辑节点关联；否则，执行步骤313)操作；
步骤313)、重复步骤312)操作，当所有的变量都被访问到时，结束操作。
如图5所示，拓扑逻辑节点矩阵的具体输出过程为：
步骤51)、遍历电器件，输入某种电器件第一个电器件的端子号，遍历的顺序是按照电力网络接线图中编号顺序；
步骤52)、搜索开关，遍历所有开关的端子号；
步骤53)、找出端子号相同的开关，将此开关对应的拓扑逻辑节点号赋值给对应电器件的拓扑逻辑节点矩阵；
步骤54)、判断是否所有的电器件都被遍历，如果全部遍历，则执行步骤55)操作，否则执行步骤52)操作；
步骤55)、输出所有电器件对应的拓扑逻辑节点矩阵。
如图6所示，电力网络接线图的具体行程过程为：
步骤61)、以发电机为起点开始遍历，画出1号发电机；
步骤62)、遍历所有器件的拓扑逻辑节点，找出直接与1号发电机直接相连的节点所对应的电器件，并输出；
步骤63)、判断所有的电器件是否都被遍历，如果未被全部遍历，则执行步骤64)操作，否则执行步骤66)操作；
步骤64)、遍历所有器件的拓扑逻辑节点矩阵，寻找与步骤62)操作相同的节点；
步骤65)、调出拓扑逻辑节点对应的电器件，放在系统画布的上一个电器件的偏下位置，执行步骤63)操作；
步骤66)、判断1号发电机是否全部输出，如果全部输出，执行步骤67)操作，否则执行步骤63)操作；
步骤67)、显示下一个发电机，执行步骤63)操作；
步骤68)、判断所有的发电机是否全部被输出，如果全部被输出，则结束操作，否则执行步骤67)操作。
利用本发明的操作，给蓬莱电厂进行电力网络接线，其中节点编号结果如图7所示，开关编号结果如图8所示，支路编号结果如图9所示；其中的发电机对应的拓扑逻辑节点矩阵如图10所示，变压器对应的拓扑逻辑节点矩阵如图11所示，负荷对应的拓扑逻辑节点矩阵如图12所示；图13为蓬莱电厂电力接线图的节点遍历示意图，遍历顺序为1-3-7-15-4-2-8-16-5-9-11-17-19-23-6-10-12-18-20-24-13-21-25-14-22-26。
通过以上操作，最后形成的蓬莱电厂的电力网络接线图如图14所示。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)对电力网络接线图中的节点、开关和支路进行编号；
(2)定义电力网络中的用电设备的相关变量，并将变量的连接节点关联到相应的拓扑逻辑节点上；
(3)输出关联后的拓扑逻辑节点，并根据其构建拓扑逻辑节点矩阵；
(4)对电力网络中的用电设备进行遍历，根据拓扑逻辑节点矩阵，画出拓扑接线图。
2.如权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(1)中，具体步骤包括：
(1-1)对电力网络接线图的所有连接节点按照从母线到末端的原则依次进行编号；
(1-2)对电力网络接线图的所有开关按照从母线到末端的原则进行依次编号；
(1-3)对电力网络接线图的所有支路按照从母线到末端的原则进行依次编号。
3.如权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(2)中，用电设备的相关变量具体包括开关变量、开关端子变量、发电机端子变量、变压器端子变量和输出的开关端子数组。
4.如权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(2)中，对变量的连接节点关联的具体方法，包括：
(2-1)搜索用电设备的相关变量；
(2-2)对首先搜索到的第一个变量的两个端子都赋值为1；
(2-3)遍历该变量的所有节点，将这个拓扑逻辑节点连接的所有变量的端子都与这个拓扑逻辑节点相关联；
(2-4)对变量进行重新搜索，如果搜索到没有关联拓扑逻辑节点的变量，则对其两个端子赋值为1，返回重复执行步骤(2-3)操作，否则执行步骤(2-5)操作；
(2-5)重复步骤(2-4)操作，直到所有变量的端子都有拓扑逻辑节点关联为止；
(2-6)输出拓扑逻辑节点。
5.如权利要求4所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(2-1)中，具体步骤包括：
(2-1-1)将相应变量的节点赋值为拓扑逻辑节点；
(2-1-2)搜索变量，如果该变量的端子与拓扑逻辑节点关联的端子相同，则将该变量相同的端子与这个拓扑逻辑节点关联；否则，执行步骤(2-1-3)操作；
(2-1-3)重复步骤(2-1-2)操作，直至所有的变量都被访问到，结束操作。
6.如权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体步骤包括：
(3-1)遍历电力网络中的所有电器元件，按照网络接线图中编号的顺序，输入某种电器件第一个电器件的端子号；
(3-2)搜索电力网络中的开关，遍历所有开关的端子号；
(3-3)找出端子号相同的开关，将此开关对应的拓扑逻辑节点号赋值给对应电器元件的拓扑逻辑节点矩阵；
(3-4)判断是否所有的电器元件都被遍历，如果全部遍历，进入步骤(3-5)否则，返回执行步骤(3-2)；
(3-5)输出所有电器元件对应的拓扑逻辑节点矩阵。
7.如权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(4)中，具体步骤包括：
(4-1)以发电机为起点，遍历电力网络，在电力系统画布上构建1号发电机；
(4-2)遍历所有电器元件的拓扑逻辑节点，找出并输出直接与1号发电机直接相连的节点所对应的电器元件；
(4-3)判断是否所有的电器元件都被遍历，若是进入步骤(4-4)，若否，转至步骤(4-5)；
(4-4)遍历所有电器元件的拓扑逻辑节点矩阵，寻找与各自电器元件直接相连的节点所对应的电器元件，调出拓扑逻辑节点对应的电器元件，放在的电力系统画布的上一个电器件的偏下位置；
(4-5)判断1号发电机是否全部输出，如果全部输出，转至步骤(4-6)，否则，反馈步骤(4-3)；
(4-6)显示下一个发电机，重复执行步骤(4-3)-(4-5)，直到所有发电机都已经画完、输出。
8.如权利要求6或7所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：电器元件包括发电机、变压器和用电负荷。
9.如权利要求5所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(2-1-1)中，搜索到的变量的端子应该赋值为拓扑逻辑节点；相应的节点，是非开关器件与上述被赋值为拓扑逻辑节点相连接的节点。
10.如权利要求5所述的一种基于IEC61970标准的电力网络拓扑关系构建方法，其特征是：所述步骤(2-1-2)中，关联就是将非开关器件的节点对应着拓扑逻辑节点进行改变。
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