CN107527112A - 一种确定电力设备间最短路径的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定电力设备间最短路径的方法及设备，方法包括：获取电力系统地理信息系统图，电力系统地理信息系统图的顶点表示电力设备，边表示电力设备间的连接关系；在电力系统地理信息系统图中确定电源点；基于电源点在地理信息系统图中进行广度搜索，并确定搜索过程中经过的关键顶点；确定与两个目标顶点最近且相同的关键顶点；基于关键顶点、两个目标顶点在地理信息系统图中进行广度搜索，确定关键顶点、两个目标顶点相遇的点，得到两个目标点间的最短路径。本发明是基于电力GIS拓扑的特点，在动态网络上应用基于目标制导思想数据预处理技术，设计了基于电网关键顶点的高效算法，缩小最短路径的搜索空间，提高了效率。

Description

一种确定电力设备间最短路径的方法及设备
技术领域
本发明涉及电力网络优化领域，具体涉及一种确定电力设备间最短路径的方法及设备。
背景技术
电力GIS是地理信息系统(Geographic Information System简称GIS)在电力系统的应用，它利用电网GIS的空间数据、属性数据和拓扑数据，加强电网结构和资源优化管理，为智能电网提供图形化和可视化的分析工具。电力GIS的拓扑分析服务是其核心功能，而其具有的最佳停电方案分析、最佳抢修道路分析等核心功能的基础就是最短路径分析算法。电力GIS的网络具有动态、规模大的特点。单个省级的电网规模已经在亿级，其中的网络顶点状态是动态变化的，开关状态会改变，其他设备也可能出现故障、挂牌等变化。与一般网络不同的是，随着电网的建设会整改，电网GIS中会新增一些顶点和边，其规模会愈来愈大。
最短路径问题是图论和网络优化中的一项经典的研究内容，它不仅可用于解决生产实际中许多问题，也常作为基本工具用于解决其他问题。针对静态图中最短路径问题经过多年的研究已经基本解决，但现实中的网络大多带有动态的特点，这种网络中点到点的最短路径的求解方法不同于传统静态图的方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于为动态的电力地理信息系统图提供一种确定电力设备间最短路径的方法及设备。
本发明实施例提供的一种确定电力设备间最短路径的方法及设备，方法包括如下步骤：获取电力系统地理信息系统图，电力系统地理信息系统图的顶点用于表示电力设备，边用于表示电力设备间的连接关系；在所述电力系统地理信息系统图中确定电源点；基于所述电源点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，并确定搜索过程中经过的关键顶点；确定与两个目标顶点最近且相同的关键顶点；基于所述关键顶点、所述两个目标顶点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，确定所述关键顶点、所述两个目标顶点相遇的点，以得到所述两个目标点间的最短路径。
进一步地，在所述获取电力系统地理信息系统图的步骤之前，或者在所述得到所述两个目标点间的最短路径的步骤之后，还包括：
获取电力设备变更信息；
根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图。
进一步地，所述根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图，包括：
根据所述变更信息判断与发生变更的顶点相连的顶点是否带电；
当所述与发生变更的顶点相连的顶点带电时，确定所述相连顶点的上游关键顶点，基于所述上游关键顶点，向下游方向进行广度搜索，以确定下游关键顶点的属性；
改变所述下游关键顶点的属性和与其相连边的属性。
进一步地，所述基于所述关键顶点、所述两个目标顶点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，确定所述关键顶点、所述两个目标顶点相遇的点，以得到所述两个目标点间的最短路径的步骤，包括：
根据关键节点信息确定源点s和目的点t相同的关键节点；
如果源点s和源点t之间有相同关键节点c，则从关键节点c沿电流方向做广度搜索，并分别从源点s和目的点t沿逆电流方向搜索；
若源点s、源点t和关键节点c相遇于顶点m，则最短路径为s-m-t。
若源点s和目的点t直接相遇于顶点n，则最短路径为s-n-t。
进一步地，当源点s和目的点t没有相同关键顶点时，则判定源点s和目的点t之间无路径，或者判定源点s和目的点t之间只有经过电源点的最短路径。
进一步地，所述关键点为标识电力系统地理信息系统图中产生分支的点。
相应地，本发明还提供了一种确定电力设备间最短路径的电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述任一所述方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种确定电力设备间最短路径的方法及设备，通过获取电力系统地理信息系统图，电力系统地理信息系统图中确定电源点；基于电源点在地理信息系统图中进行广度搜索，并确定搜索过程中经过的关键顶点；确定与两个目标顶点最近且相同的关键顶点；基于关键顶点、两个目标顶点在地理信息系统图中进行广度搜索，确定关键顶点、两个目标顶点相遇的点，以得到两个目标点间的最短路径。本发明是基于电力GIS拓扑的特点，在大规模动态网络上应用基于目标制导思想数据预处理技术，设计了基于电网关键顶点的高效算法，大幅缩小最短路径算法的搜索空间，提高了效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中确定电力设备间最短路径的方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例运行确定电力设备间最短路径的方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种确定电力设备间最短路径的方法及设备，应用在电力系统最佳停电方案分析、最佳抢修道路分析等方面。
如图1所示，方法包括如下步骤：
S1：获取电力系统地理信息系统图，电力系统地理信息系统图的顶点用于表示电力设备，边用于表示电力设备间的连接关系；
在获取电力地理信息系统图的同时要对电力GIS图模型中的要素进行定义，包括定义顶点的属性和边的属性，根据定义的属性生成电力系统的拓扑关系数据。
电力GIS图中的顶点根据模型不同具体含义也不同，一般来说包含多种类型的电力设备，例如发电机、变压器、各种类型的开关、杆塔、避雷器、互感器等。顶点的基本属性包括:ID,SBLX,DYDJ,VISITED,PATH,PARENT,HavePower.其中ID是一个顶点的唯一标识,SBLX是该顶点设备类型的标识,DYDJ是该设备的电压等级，VISITED是该顶点是否被访问的标识，PATH为记录改顶点上游经过的关键顶点列表，为整数的链表，PARENT是该顶点的父顶点，为记录上下游关系用。HavePower表示顶点是否带电。边的基本属性包括：起始顶点(from)，到达顶点(to)，权重(weight)。
本实施例中，定义有向加权图G＝(V，E)，其中V是图G中顶点，E是顶点V之间的边，|V|＝n,|E|＝m,权值函数w是边到实数的一一映射，即每条边有一个实数的权值。
设p＝<v0，v1，...vk>是G上顶点v0到vk的一条路径，如果p上除了v0和vk可以相同外其他顶点都不相同，则称p为简单路径，p的权值为
设p为s到t的简单路径，如果图中不存在比p的权值更小的简单路径，则称p为s到t的一条最短路径，p的权值记为dist(p)。在电力GIS中的权值可以指的是空间距离，也可以指的是路径长度。
S2：在电力系统地理信息系统图中确定电源点；
寻找电力GIS图G中的顶级电源点集合C，顶级电源点定义为，对于顶点s，如果s是电源，并且G上不存在比s的电压等级更高的电源点，则s为顶级电源点。电源类设备一般包括发电机、电源出口线、母线等。
基于顶级电源点集合C，在G上进行带电初始化分析，包括：
对集合C中每个元素，单独置入集合S，开始时S只包含电源点，后续分析中S中会被替换为其他设备，首先置S中的顶点的被访问标记为被访问状态。对如果s的设备类型是变压器，则追加s到变压器序列B，然后取于S中顶点电气相通且电压小于等于源点电压且未被访问过的顶点，置入集合T，如果T不为空，则设置T中的每个元素的边属性为B，标记T为S的下游，即电流的方向，然后清空集合S，将集合T置入S，如果T为空，则不存在下游设备。
S3：基于电源点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，并确定搜索过程中经过的关键顶点；
以顶级电源点集合C作为源点，在G上进行广度搜索，并且在广度搜索过程中，每个经过的顶点要记录上游经过的关键顶点。关键顶点的定义需要根据网络的特点确定，以能够方便定位顶点的位置为目的。这些关键顶点标识出了各个产生分支的点。
S4：确定与两个目标顶点最近且相同的关键顶点；
通过比较s和t的PATH属性，得到最近的相同的关键顶点。
S5：基于关键顶点、两个目标顶点在地理信息系统图中进行广度搜索，确定关键顶点、两个目标顶点相遇的点，以得到两个目标点间的最短路径。
若s和t没有相同的关键顶点，则s和t位于不同的分支，根据电网GIS中，除了环网供电的网络部分外，不存在环的这一特点，则s和t之间没有路径或只有经过顶级电源点的最短路径。在不同的电网中，顶级电源点之间可能有也可能没有路径，这一点需要依据不同的网络来具体分析。
进一步地，基于关键顶点、两个目标顶点在地理信息系统图中进行广度搜索，确定关键顶点、两个目标顶点相遇的点，以得到两个目标点间的最短路径的步骤，包括：
根据关键节点信息确定源点s和目的点t相同的关键节点；
如果源点s和源点t之间有相同关键节点c，则从关键节点c沿电流方向做广度搜索，并分别从源点s和目的点t沿逆电流方向搜索；
若源点s、源点t和关键节点c相遇于顶点m，则最短路径为s-m-t。
若源点s和目的点t直接相遇于顶点n，则最短路径为s-n-t。
若s和t之间有最近的相同的关键顶点c，从c出发沿电流方向做广度搜索，从源点s和目的点t出发逆电流方向搜索，根据电网GIS中，网络分支靠各种类型的开关设备来管理，在同一时刻电流方向是确定的树形网这一特点，三点者相遇与一点m或源点和目的点直接相遇与一点n，于是得到最短路径s-m-t或s-n-t。
进一步地，当源点s和目的点t没有相同关键顶点时，则判定源点s和目的点t之间无路径，或者判定源点s和目的点t之间只有经过电源点的最短路径。
如果顶级电源点之间没有路径，则没有相同关键顶点的s和t之间也没有路径，否则，则假设s的顶级电源点为S(S必然也在预处理阶段建立的关键点信息中)，t的顶级电源点为T，而S到T有最短路径，则s到t的最短路径就是s到S、S到T、T到t。如果s和t相同的关键顶点不为空，取相同的关键顶点中最近的一个。最近的含义为沿电流方向上，网络拓扑上距离s和t的步数最少。
优选地，在步骤S1之前或者S4步骤之后还包括步骤S0，获取电力设备变更信息；根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图。
进一步地，根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图，包括：
根据变更信息判断与发生变更的顶点相连的顶点是否带电；
当与发生变更的顶点相连的顶点带电时，确定相连顶点的上游关键顶点，基于上游关键顶点，向下游方向进行广度搜索，以确定下游关键顶点的属性；
改变下游关键顶点的属性和与其相连边的属性。
按更新操作分包括几种：1)设备状态变化，包括设备故障、挂牌等2)开关状态变化，包括闭合和断开两种。3)新增设备顶点和边。4)修改已有设备顶点和边。5)删除设备顶点和边。
按照对电力GIS拓扑种类的影响可以分为A)只影响电气连接不影响物理连接类。B)直接影响物理连接进而影响电气连接类。C)对物理连接和电气连接都不影响的。
本实施例中重点处理以下几类:D)使电气连接连通的更新，至于是否修改了物理连接，本发明假设已另作处理，不再考虑。典型的就是开关闭合操作，其他类似的如设备故障恢复导致的电气连通等。E)使得电气连接断开的更新，同样的不再考虑对物理连接的影响。
对于电力GIS图动态更新之后针对使电气连接连通的处理为：
定义为，对电力GIS图的某些更新，使得原本电气断开的部分变为电气连接。其中电气相通包含两方面条件，一是物理相连，二是如果有开关类设备则开关的状态也要是连通的。
根据上述分析，可以首先假设已经取到更新部分的最近的关键顶点集合C，以C做为源点，在G上进行广度搜索，并且在广度搜索过程中，每个经过的顶点要记录上游经过的关键顶点，跟上述S2步骤中原理一样，重新确定对更新后的设备带电情况和设备间边的属性。
对于，电力GIS图动态更新之后针对使电气连接断开的处理为：
首先假设已经取到关键顶点c和更新之后直接受影响的顶点集合T(直接受影响指的是与更新顶点直接物理连接)。自c沿电流方向分析，直到遇到T中的顶点s,则s为上游顶点。将s置入集合C。自C沿电流方向进行广度优先分析，分析到的顶点带电标识置不带电状态并清除边的属性。
上述确定电力设备间最短路径的方法，基于电力GIS拓扑的特点，设计了基于电网关键顶点的高效算法，大幅缩小最短路径算法的搜索空间，提高了效率。
相应地，本实施例还包括一种电子设备，如图2所示，包括：至少一个处理器210以及与至少一个处理器通信连接的存储器220；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行确定电力设备间最短路径的方法。该系统还可以包括：输入单元230。
处理器210、存储器220、输入单元230可以通过总线200或者其他方式连接，图2中以通过总线200连接为例。
存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本实施例中的确定电力设备间最短路径的方法对应的程序指令/模块。
处理器210通过运行存储在存储器220中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即本实施例中的方法。
输入单元230可接收输入的数字或字符信息，以及产生与列表项操作的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器220中，当被所述一个或者多个处理器210执行时，执行如图1所示的方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1所示的实施例中的相关描述。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种确定电力设备间最短路径的方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取电力系统地理信息系统图，电力系统地理信息系统图的顶点用于表示电力设备，边用于表示电力设备间的连接关系；
在所述电力系统地理信息系统图中确定电源点；
基于所述电源点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，并确定搜索过程中经过的关键顶点；
确定与两个目标顶点最近且相同的关键顶点；
基于所述关键顶点、所述两个目标顶点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，确定所述关键顶点、所述两个目标顶点相遇的点，以得到所述两个目标点间的最短路径。
2.根据权利要求1所述的确定电力设备间最短路径的方法，其特征在于，在所述获取电力系统地理信息系统图的步骤之前，或者在所述得到所述两个目标点间的最短路径的步骤之后，还包括：
获取电力设备变更信息；
根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图。
3.根据权利要求2所述的确定电力设备间最短路径的方法，其特征在于，所述根据所述变更信息更新所述电力系统地理信息系统图，包括：
根据所述变更信息判断与发生变更的顶点相连的顶点是否带电；
当所述与发生变更的顶点相连的顶点带电时，确定所述相连顶点的上游关键顶点，基于所述上游关键顶点，向下游方向进行广度搜索，以确定下游关键顶点的属性；
改变所述下游关键顶点的属性和与其相连边的属性。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基于所述关键顶点、所述两个目标顶点在所述地理信息系统图中进行广度搜索，确定所述关键顶点、所述两个目标顶点相遇的点，以得到所述两个目标点间的最短路径的步骤，包括：
根据关键节点信息确定源点s和目的点t相同的关键节点；
如果源点s和源点t之间有相同关键节点c，则从关键节点c沿电流方向做广度搜索，并分别从源点s和目的点t沿逆电流方向搜索；
若源点s、源点t和关键节点c相遇于顶点m，则最短路径为s-m-t。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于，若源点s和目的点t直接相遇于顶点n，则最短路径为s-n-t。
6.权利要求4所述的方法，其特征在于，当源点s和目的点t没有相同关键顶点时，则判定源点s和目的点t之间无路径，或者判定源点s和目的点t之间只有经过电源点的最短路径。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述关键点为标识电力系统地理信息系统图中产生分支的点。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7中任一项所述的确定电力设备间最短路径的方法。
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