CN106229974B

CN106229974B - 一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法

Info

Publication number: CN106229974B
Application number: CN201610703694.4A
Authority: CN
Inventors: 吕宪龙; 程新功; 史国现; 吕彩莉; 王广; 张荣丰
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2019-04-26
Anticipated expiration: 2036-08-23
Also published as: CN106229974A

Abstract

一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，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，并将电力元件的端子号进行描述，形成拓扑矩阵；建立Neo4j‑CIM模型，并将电力拓扑矩阵映射到Neo4j‑CIM模型；对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图，并实现可视化。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、大幅度提高了电力网络拓扑分析的速度与精度。

Description

一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法

技术领域

本发明涉及电力网络拓扑逻辑图的设计技术领域，具体地说是一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法。

背景技术

随着计算机技术、通信技术的不断进步，电力系统对信息共享和应用集成的有迫切的需求。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，提高系统的实时性就显得尤为重要。

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标准公共信息模型。现有的电力网络拓扑分析方法大多是以关系型数据模型为基础，通过传统的深度、广度搜索方法进行电力网络进行拓扑分析。随着电力系统的迅速发展，电力系统的在线仿真，在线监测对电力系统拓扑分析的时间刻度与精度提出了更高的要求。因此，涉及到大电网拓扑分析时，因为多表联合查询等一些繁琐的查询导致拓扑分析时间刻度较大。

现有的处理模型无法满足实时性与精确度的要求。因此，本文提出了一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，开发了Neo4j-CIM模型，用于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，使得成本高并且速度慢的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)、对电力网络接线图进行编号；

步骤2)、定义电力网络中的用电设备的相关变量，形成拓扑矩阵；

步骤3)、将电力拓扑矩阵映射到图数据库；

步骤4)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；

步骤5)、可视化电力拓扑网络。

进一步地，所述的步骤1)的具体操作过程包括：

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任意编号；

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任意编号；

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任意编号。

进一步地，所述的步骤2)中的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。

进一步地，所述的步骤3)的具体操作过程包括：

步骤31)、在neo4j数据库中创建一个CIM表格；

步骤32)、将步骤1)中的所有的节点从步骤2)映射为CIM表格中的节点(Node)；

步骤33)、将步骤1)中的所有元件的情况从步骤2)映射为CIM表格中的标签(Label)；

步骤34)、将步骤1)中的断路器\刀闸节点的状态从步骤2)映射为CIM表格中的属性(Property)；

步骤35)、将步骤1)中的节点之间直接相连的情况从步骤2)映射为CIM表格中的关系(Reletionship)；

进一步地，所述的步骤4)的具体操作过程包括：

步骤41)、执行Noe4j数据库命令，搜索用电设备的相关变量；

步骤42)、执行Noe4j数据库命令，对搜索到的第一个变量的两个端子都赋值为1；

步骤43)、执行Noe4j数据库命令，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44)、执行Noe4j数据库命令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(4-3)操作，否则执行步骤(4-5)操作；

步骤45)、执行Noe4j数据库命令，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；

步骤46)、执行Noe4j数据库命令，输出拓扑逻辑节点。

进一步地，所述的步骤5)中的利用Windows环境界面对电力网络拓扑进行可视化输出。

所述步骤中的电器元件包括发电机、变压器和负荷。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，是基于国际电工技术委员会(IEC)制定IEC 61970这一标准与Neo4j数据库对图存储与检索的强大功能，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，然后映射到Neo4j数据库中。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，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时效性和精确性。

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为图数据库中的CIM模型中设备的映射示意图；

图5为CIM-UML接线图在图数据库中的映射示意图；

图6为本发明的搜索变量的具体流程示意图；

图7为本发明的图数据库的原理示意图；

图8为本发明的具体实例之某电厂的电力网络接线图；

图9为本发明的具体实例之某电厂的接线图的编号结果图；

图10为本发明的电力接线图的拓扑逻辑节点矩阵的输出结果图；

图11为本发明的蓬莱电厂电力接线拓扑可视化图。

具体实施方式

如图1至图11所示，本发明提供了一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，如图1所示，本发明具体包括以下步骤：

步骤1)、对电力网络接线图进行编号；

步骤3)、将电力拓扑矩阵映射到图数据库；

步骤4)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；

步骤5)、可视化电力拓扑网络。

进一步地，所述的步骤1)的具体操作过程包括：

进一步地，所述的步骤2)中的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，如图2所示。

进一步地，所述的步骤3)中的映射如图3、图4、图5所示，具体操作过程包括：

步骤31)、在Neo4j数据库中创建一个CIM表；

步骤35)、将步骤1)中的节点之间直接相连的情况从步骤2)映射为CIM表格中的关系(Reletionship)。

进一步地，所述的步骤4)的具体操作过程包括：

步骤41)、执行Noe4j数据库命令，搜索用电设备的相关变量；Cypher程序语句：

MATCH

(CN:ConnectivityNode)-[:Terminal]->(CE:ConductingEquipment)

RETURN CN.mRID,CE.mRID,labels(CE)；

步骤42)、执行Noe4j数据库命令，对搜索到的第一个变量的两个端子都赋值为1；Cypher程序语句：

MATCH

(CN:ConnectivityNode)<-[:Terminal]-(CE:ConductingEquipment)

RETURN CE.mRID,labels(CE),CN.mRID；

步骤43)、执行Noe4j数据库命令，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；Cypher程序语句：

MATCH(TN{name:’TN’,mRID:TN_x})

CREATE UNIQUE

(TN)-[:ConnectivityNode]->(CN{mRID:CN_x}),

(TN)-[:ConnectivityNode]->(CN{mRID:CN_y}),

(TN)-[:ConnectivityNode]->(CN{mRID:CN_z}),

RETURN TN；

步骤44)、执行Noe4j数据库命令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(4-3)操作，否则执行步骤(4-5)操作；Cypher程序语句：

MATCH

(TN:TopologicalNode)-[:ConnectivityNode]->(BRANCH:AcLineSegm ent)

RETURN TN.mRID,BRANCH.mRID,labels(BRANCH)；

MATCH(TI{name:’TI’,mRID:TI_x})

CREATE UNIQUE

(TI)-[:TopologicalNode]->(CN{mRID:TN_x}),

(TI)-[:TopologicalNode]->(CN{mRID:TN_y}),

(TI)-[:TopologicalNode]->(CN{mRID:TN_z}),

RETURN TN

步骤46)、执行Noe4j数据库命令，输出拓扑逻辑节点。

利用本发明的操作，给某电厂电力网络进行拓扑分析，其中Neo4j-CIM原理示意图如图7所示，电力网络接线图如图8所示，接线图编号结果如图9所示，对应的拓扑逻辑节点矩阵如图10所示。

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11所示。

以上只是本发明的具体实施例，并不限制本实用新型的保护范围，在不改变本实用新型的原理下，本领域的普通技术人员在此基础上所做的各种变形或等同替换，均在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)、对电力网络接线图进行编号；

步骤3)、将电力拓扑矩阵映射到图数据库；

步骤4)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；

步骤5)、可视化电力拓扑网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，其特征是，所述的步骤3)的具体操作过程包括：

步骤31)、在neo4j数据库中创建一个CIM表格；

3.根据权利要求1所述的一种基于图数据库的电力网络快速拓扑分析的方法，其特征是，所述的步骤4)的具体操作过程包括：

步骤41)、执行Noe4j数据库命令，搜索用电设备的相关变量；

步骤44)、执行Noe4j数据库命令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43)操作，否则执行步骤45)操作；

步骤45)、执行Noe4j数据库命令，重复步骤44)操作，直到所有变量的端子都有拓扑逻辑节点关联为止；

步骤46)、执行Noe4j数据库命令，输出拓扑逻辑节点。