CN106339800A - 一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析方法，包括以下步骤：建立基于Spark的电力数据分析平台；获取智能电网调度控制系统电网模型；将电网模型按照地区、发电厂和变电站进行层次划分，并以对象的形式映射到Graphx数据库；获取智能电网调度控制系统的开关/刀闸状态；对电力网络进行分布式拓扑分析，形成电力网络拓扑关系，并实现可视化。本发明建立了标准的、高可用的电力系统拓扑分析云平台，提高了数据处理能力和拓扑分析能力，满足了智能电网高级应用对电网拓扑分析的需求。
Description
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Graphx的大电网快速拓扑分析方法。
背景技术
随着智能电网的迅速发展，电力网络规模的扩大，电网的运行方式变得越来越复杂，再加上区域间互联等因素的影响，电力系统和大运行体系的建设需要高效、精确的一体化建模技术，高效模型是该技术的保障。为此，通过建立标准的、开放的电力系统拓扑分析平台，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。随着电力系统高级应用对电力网络拓扑分析的精度、速度等要求的提高，在涉及到大电网拓扑分析的，传统的电力网络拓扑分析架构很难满足高精度、实时性的要求。
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Graphx的大电网快速拓扑分析方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析方法。，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Graphx的大电网快速拓扑分析方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1)、建立基于Spark的电力数据分析平台；
步骤2)、获取智能电网调度控制系统电网模型；
步骤3)、将电网模型映射到Graphx数据库中；
步骤4)、获取智能电网调度控制系统的开关/刀闸状态；
步骤5)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；
步骤6)、可视化电力拓扑网络。
进一步地，所述的步骤1)的的具体操作过程包括：
步骤11)、电力数据分析平台具体采用HDFS、Graphx与Hive建立大数据存储系统；
步骤12)、电力数据分析平台上搭建MapReduce并行化计算框架和Spark内存并行化计算框架作为大电网拓扑分析系统。
进一步地，所述的步骤2)中的操作是从智能电网调度控制系统获取电网模型，存入系统内存。
进一步地，所述的步骤3)的具体操作过程包括：
步骤31)、在Graphx数据库中创建一个“Vertex”、“Edge”两个表格；
步骤32)、将步骤2)中的获取的电网模型的所有的元件映射为“Vertex”表格中的顶点(vertex)；
步骤33)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件属性映射为“Vertex”表格中的属性(Property)，一个元件可以对应多个属性，并给每一个属性分配一个ID；
步骤34)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件连接关系映射为“Edge”表格中的关系(Reletionship)，关系可以是有向或者双边的，并分配起点(SourceID)和终点(DestinationID)两个ID。
进一步地，所述的步骤4)中的操作是从智能电网调度控制系统获取开关/刀闸状态，存入系统内存。
进一步地，所述的步骤5)的具体操作过程包括：
步骤51)、将拓扑分析任务按照地区、发电厂和变电站分配给分析系统从节点；
步骤52)、执行数据库Spark SQL命令，遍历所有电力元件；
步骤53)、执行数据库Spark SQL命令，将搜索到的第一个闭合开关的两个端子都赋值拓扑逻辑节点为1；
步骤54)、执行数据库Spark SQL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元件的端子都与这个拓扑逻辑节点相关联；
步骤55)、执行数据库Spark SQL命令，遍历所有的开关，如果搜索到闭合且没有关联拓扑逻辑节点的开关，则对其两个端子赋值为下一个拓扑逻辑节点，返回重复执行步骤53)操作，否则执行步骤55)操作；
步骤56)、执行数据库Spark SQL命令，重复步骤54)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57)、执行数据库Spark SQL命令，输出拓扑逻辑节点。
进一步地，所述的步骤6)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Graphx的大电网快速拓扑分析方法，是基于国际电工技术委员会(IEC)制定IEC 61970这一标准、Graphx数据库对图存储与检索的强大功能、以及Spark的天然的分布式处理系统，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Graphx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进行遍历，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为本发明的电力网络分析平台架构图；
图3为本发明的电力网络模型映射到Graphx数据库的示意图；
图4为本发明的电力网络拓扑分析的流程示意图；
图5为本发明的存储系统的架构示意图；
图6为本发明的存储系统的对象存储的原理示意图；
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。
图15为本发明的具体实施例之IEEE测试样例的电力网络拓扑分析结果展示图。
具体实施方式
如图1至图15所示，本发明提供一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析方法，如图1所示，本发明具体包括以下步骤：
步骤1)、建立基于Spark的电力数据分析平台；
步骤2)、获取智能电网调度控制系统电网模型；
步骤3)、将电网模型映射到Graphx数据库中；
步骤4)、获取智能电网调度控制系统的开关/刀闸状态；
步骤5)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；
步骤6)、可视化电力拓扑网络。
进一步地，所述的步骤1)的的具体操作过程包括：
步骤11)、电力数据分析平台具体采用HDFS、Graphx与Hive建立大数据存储系统；
步骤12)、电力数据分析平台上搭建MapReduce并行化计算框架和Spark内存并行化计算框架作为大电网拓扑分析系统。
进一步地，所述的步骤2)中的操作是从智能电网调度控制系统获取电网模型，存入系统内存。
进一步地，所述的步骤3)的具体操作过程包括：
步骤31)、在Graphx数据库中创建一个“Vertex”、“Edge”两个表格；
步骤32)、将步骤2)中的获取的电网模型的所有的元件映射为“Vertex”表格中的顶点(vertex)；
步骤33)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件属性映射为“Vertex”表格中的属性(Property)，一个元件可以对应多个属性，并给每一个属性分配一个ID；
步骤34)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件连接关系映射为“Edge”表格中的关系(Reletionship)，关系可以是有向或者双边的，并分配起点(SourceID)和终点(DestinationID)两个ID。
进一步地，所述的步骤4)中的操作是从智能电网调度控制系统获取开关/刀闸状态，存入系统内存。
进一步地，所述的步骤5)的具体操作过程包括：
步骤51)、将拓扑分析任务按照地区、发电厂和变电站分配给分析系统从节点；
步骤52)、执行数据库Spark SQL命令，遍历所有电力元件；
步骤53)、执行数据库Spark SQL命令，将搜索到的第一个闭合开关的两个端子都赋值拓扑逻辑节点为1；
步骤54)、执行数据库Spark SQL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元件的端子都与这个拓扑逻辑节点相关联；
步骤55)、执行数据库Spark SQL命令，遍历所有的开关，如果搜索到闭合且没有关联拓扑逻辑节点的开关，则对其两个端子赋值为下一个拓扑逻辑节点，返回重复执行步骤53)操作，否则执行步骤55)操作；
步骤56)、执行数据库Spark SQL命令，重复步骤54)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57)、执行数据库Spark SQL命令，输出拓扑逻辑节点。
进一步地，所述的步骤6)中的利用Windows环境界面对电力网络拓扑进行可视化输出。
利用本发明的操作，给某电厂进行电力网络接线，其中存储系统的架构示意图如图5所示，存储系统的原理示意图如图6所示，具体实施例之蓬莱电厂的电力网络接线图如图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。
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，图15是本发明在IEEE测试样例下的电力网络拓扑分析结果图，展示出了对大电网高效的处理能力。
以上只是本发明的具体实施例，并不限制本发明的保护范围，在不改变本发明的原理下，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，均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1)、建立基于Spark的电力数据分析平台；
步骤2)、获取智能电网调度控制系统电网模型；
步骤3)、将电网模型映射到Graphx数据库中；
步骤4)、获取智能电网调度控制系统的开关/刀闸状态；
步骤5)、对电力网络进行拓扑分析，形成电力网络拓扑图；
步骤6)、可视化电力拓扑网络。
2.根据权利要求1所述的一种基于Graphx的大电网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Graphx数据库中创建一个“Vertex”、“Edge”两个表格；
步骤32)、将步骤2)中的获取的电网模型的所有的元件映射为“Vertex”表格中的顶点(vertex)；
步骤33)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件属性映射为“Vertex”表格中的属性(Property)，一个元件可以对应多个属性，并给每一个属性分配一个ID；
步骤34)、将步骤2)中的获取的电网模型的元件连接关系映射为“Edge”表格中的关系(Reletionship)，关系可以是有向或者双边的，并分配起点(SourceID)和终点(DestinationID)两个ID。
3.根据权利要求1所述的一种基于Graphx的大电网快速拓扑分析方法，其特征是，所述的步骤5)的具体操作过程包括：
步骤51)、将拓扑分析任务按照地区、发电厂和变电站分配给分析系统从节点；
步骤52)、执行数据库Spark SQL命令，遍历所有电力元件；
步骤53)、执行数据库Spark SQL命令，将搜索到的第一个闭合开关的两个端子都赋值拓扑逻辑节点为1；
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170118 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |