CN107979085B - 一种动态电力网络拓扑建模方法及系统 - Google Patents

一种动态电力网络拓扑建模方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种动态电力网络拓扑建模方法及系统，该动态电力网络拓扑建模方法包括：获取电力网络设备的设备信息，将电力网络设备的设备主体配置为顶点，将电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；根据设备信息分别为各顶点及端子顶点配置属性信息；根据各顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；通过连接边将顶点及端子顶点连接，生成电力网络设备的网络拓扑模型。本发明所设计的动态电力网络拓扑建模方法，实现了对大规模动态电力网络的建模，大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的建模速度，并为后续拓扑分析提供数据基础，从而提高拓扑分析的性能。

Description

一种动态电力网络拓扑建模方法及系统
技术领域
本发明涉及电力网络建模领域，具体涉及一种动态电力网络拓扑建模方法及系统。
背景技术
电力系统是由发电机、变电站、输电线及负荷等电力元件按一定形式联结成的总体，是一个庞大复杂而且动态多变的网络，由于负荷变化、设备维护、故障跳闸、主动优化等原因，电网拓扑结构常常发生变化，主要表现为系统元件及开关的运行方式的变化，如线路、变压器、发电机等元件的投入或退出以及母联投切、开关倒闸等。即使是网络拓扑结构的局部变化，也可能导致输电线路过负荷、电压越限，过负荷设备在系统保护作用下可能退出运行，进而发展成为大范围电网结构变化，甚至出现大面积连锁反应性停电，直接导致整个电力系统网络的瓦解和崩溃。
因而人们开始利用图论的方法，将电力系统抽象成一些支路和由它们联结成的节点组成的几何图形，进而对其进行拓扑结构分析，以解决电力系统中遇到的复杂问题。
在电力系统拓扑结构分析中，将电力系统转化为图模型处于基础和重要的地位，不同的建模方法对拓扑分析的功能和性能有很大影响，目前还没有针对大规模动态电力网络的简单高效的建模方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有缺少针对大规模动态电力网络进行简单高效建模的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种动态电力网络拓扑建模方法，包括：获取电力网络设备的设备信息，将所述电力网络设备的设备主体配置为顶点，将所述电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；根据所述设备信息分别为各所述顶点及端子顶点配置属性信息；根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；通过所述连接边将所述顶点及端子顶点连接，生成所述电力网络设备的网络拓扑模型。
可选地，所述根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边，包括：根据所述设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边；在所述端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边；根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边。
可选地，根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边，包括：选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第一无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
可选地，根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边，还包括：选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第二无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
可选地，所述电力网络设备为开关类设备，所述建立所述第二无向边包括：根据所述开关类设备的状态属性判断与所述开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通；若所述两个端子顶点连通，则以所述第二无向边表示所述两个端子顶点之间的连接关系。
可选地，所述的动态电力网络拓扑建模方法还包括：获取所述网络拓扑模型中所述电力网络设备的变化信息；根据所述变化信息更新所述属性信息和所述连接边。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种动态电力网络拓扑建模系统，包括：初始化模块，用于获取电力网络设备的设备信息，将所述电力网络设备的设备主体配置为顶点，将所述电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；属性信息配置模块，用于根据所述设备信息分别为各所述顶点及端子顶点配置属性信息；连接边配置模块，用于根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；网络拓扑模型构建模块，用于通过所述连接边将所述顶点及端子顶点连接，生成所述电力网络设备的网络拓扑模型。
可选地，所述连接边配置模块包括：第一无向边构建模块，用于根据所述设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边；第二无向边构建模块，用于在所述端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边；有向边构建模块，用于根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边。
可选地，所述有向边构建模块包括：非开关类设备有向边构建子模块，用于选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第一无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
可选地，所述有向边构建模块还包括：开关类设备有向边构建子模块，用于选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第二无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
可选地，所述电力网络设备为开关类设备，所述第二无向边构建模块包括：判断子模块，用于根据所述开关类设备的状态属性判断与所述开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通；更新子模块，用于当所述两个端子顶点连通，则以所述第二无向边表示所述两个端子顶点之间的连接关系。
可选地，所述动态电力网络拓扑建模系统还包括：更新模块，用于获取所述网络拓扑模型中所述电力网络设备的变化信息；并根据所述变化信息更新所述属性信息和所述连接边。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或者第一方面的任意一种可选方式中所述的动态电力网络拓扑建模方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行第一方面或者第一方面的任意一种可选方式中所述的动态电力网络拓扑建模方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
实现了对大规模动态电力网络的建模，大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的建模速度；并且实现了将电力系统转换为图模型，为后续拓扑分析提供了大量准确的动态数据基础，从而提高了拓扑分析的功能和性能。
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1中动态电力网络拓扑建模方法的流程图；
图2为本发明实施例1中建模完成的电网拓扑示意图；
图3为本发明实施例1中根据各顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边的流程图；
图4为本发明实施例1中建立有向边的流程图；
图5为本发明实施例1中建立第二无向边的流程图；
图6为本发明实施例1中动态电力网络拓扑建模方法的另一流程图；
图7为本发明实施例2中动态电力网络拓扑建模系统的结构示意图；
图8为本发明实施例2中连接边配置模块的结构示意图；
图9为本发明实施例2中有向边构建模块的结构示意图；
图10为本发明实施例2中无向边构建模块的结构示意图；
图11为本发明实施例2中动态电力网络拓扑建模系统的另一结构示意图；
图12为本发明实施例4中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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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。
实施例1
本发明实施例提供一种动态电力网络拓扑建模方法，如图1所示，该电力网络拓扑建模方法包括：
步骤S1：获取电力网络设备的设备信息，将电力网络设备的设备主体配置为顶点，将电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点。
步骤S2：根据设备信息分别为各顶点及端子顶点配置属性信息。
步骤S3：根据各顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边。
步骤S4：通过连接边将顶点及端子顶点连接，生成电力网络设备的网络拓扑模型。
本发明实施例提供的动态电力网络拓扑建模方法，实现了对大规模动态电力网络的建模，大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的建模速度。通过本发明实施例提供的建模方法，实现了将电力系统转换为图模型，为后续拓扑分析提供了大量准确的动态数据基础，从而提高了拓扑分析的功能和性能。
具体地，上述电力网络设备中的非开关类设备，它由设备主体顶点、设备主体顶点的端子顶点以及设备主体顶点与端子顶点之间的边共同组成的图元表示。对电力设备中的开关类设备，它由开关类设备的设备主体顶点、设备主体顶点的端子顶点、设备主体顶点与端子顶点间的边，以及端子顶点之间的边共同组成的图元来表示。
具体地，如图2所示，上述步骤S2中的属性信息包括：顶点和端子顶点的属性，其中，顶点的基本属性包括但不限于：ID、设备类型SBLX以及设备状态、电压等级等，其中ID是一个顶点的唯一标识，以大写字母表示(例如图2中的顶点A、B、C)，SBLX是该顶点设备类型的标识，SBLX＝1表示该设备为开关类设备，SBLX＝0表示该设备类型为非开关类设备。端子顶点的属性包括但不限于：IDX，其中IDX是端子的唯一标识，以数字表示(例如图2中的端子顶点1～5)。如果两电力网络设备A与B，通过A的某个端子和导线直接连接到B的某个端子上，则此直接相连的两个端子的编号设为相同，视为一个端子。
在一较佳实施例中，如图2及图3所示，根据各顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边的过程，具体包括：
步骤S31：根据设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边CE。
步骤S32：在端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边CCE。
步骤S33：根据设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边。
在一较佳实施例中，如图2及图4所示，根据上述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边的过程，具体包括：
步骤S331：选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据起始顶点的第一无向边CE进行深度不限的广度搜索，建立起始顶点与其所属的端子顶点之间的有向边EL。
步骤S332：选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据起始顶点的第二无向边CCE进行深度不限的广度搜索，建立起始顶点与其所属的端子顶点之间的有向边EL。
在一较佳实施例中，如图2及图5所示，建立上述第二无向边CCE的过程，具体包括：
步骤S321:根据开关类设备的状态属性判断与开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通。
步骤S322：若两个端子顶点连通，则以第二无向边CCE表示两个端子顶点之间的连接关系。具体地，上述第二无向边CCE为两个端子顶点之间的无向连接边。
在一较佳实施例中，如图6所示，上述动态电力网络拓扑建模方法，还包括：
步骤S5：获取网络拓扑模型中电力网络设备的变化信息；根据变化信息更新属性信息和连接边。
具体地，发生开关类设备状态变化时，除了修改该开关的状态属性SBZT，还需要相应的更改该开关的端子顶点间的第二无向边CCE，对于其他设备的状态变化，如果是不影响电力网络拓扑连通性的变化，直接修改相应设备的有关属性即可。如果影响电力网络拓扑连通性的变化，例如设备故障、挂牌等，除了修改相应设备的有关属性信息，还应该修改主体设备与所属端子之间的第一无向边CE。
上述动态电力网络拓扑建模方法，实现了将电力系统转换为拓扑图模型，为后续拓扑分析提供了大量准确的动态数据基础，从而提高了拓扑分析的功能和性能，并且大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的速度。
实施例2
本发明实施例提供一种动态电力网络拓扑建模系统，如图7所示，包括：初始化模块1，获取电力网络设备的设备信息，将电力网络设备的设备主体配置为顶点，将电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；属性信息配置模块2，根据设备信息分别为各顶点及端子顶点配置属性信息；连接边配置模块3，根据各顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；网络拓扑模型构建模块4，通过连接边将顶点及端子顶点连接，生成电力网络设备的网络拓扑模型。
本发明实施例提供的动态电力网络拓扑建模系统，实现了将电力系统转换为拓扑图模型的功能，为后续拓扑分析提供了大量准确的动态数据基础，从而提高了拓扑分析的功能和性能，并且大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的速度。
在一较佳实施例中，如图8所示，上述连接边配置模块3具体包括：第一无向边构建模块31，用于根据设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边；第二无向边构建模块32，用于在端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边；有向边构建模块33，用于根据设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边。
在一较佳实施例中，如图9所示，上述有向边构建模块33具体包括：非开关类设备有向边构建子模块331，用于选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据起始顶点的第一无向边进行深度不限的广度搜索，建立起始顶点与其所属的端子顶点之间的有向边。
在一较佳实施例中，如图10所示，上述有向边构建模块33还包括：开关类设备有向边构建子模块332，用于选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据起始顶点的第二无向边进行深度不限的广度搜索，建立起始顶点与其所属的端子顶点之间的有向边。
在一较佳实施例中，如图11所示，上述第二无向边构建模块32包括：判断子模块321，用于根据开关类设备的状态属性判断与开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通；建立子模块322，若判断子模块321判定两个端子顶点连通，则通过建立子模块322以第二无向边表示两个端子顶点之间的连接关系。
在一较佳实施例中，上述动态电力网络拓扑建模系统，如图11所示，还包括：更新模块5，用于获取网络拓扑模型中电力网络设备的变化信息；并根据变化信息更新属性信息和连接边。
上述动态电力网络拓扑建模系统，实现了将电力系统转换为拓扑图模型的功能，为后续拓扑分析提供了大量准确的动态数据基础，从而提高了拓扑分析的功能和性能，并且大大提高了对大规模动态电力网络拓扑建模的速度。
实施例3
本发明实施例提供一种非暂态计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述实施例1中的动态电力网络拓扑建模方法。其中，上述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；该存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
实施例4
本发明实施例提供一种执行动态电力网络拓扑建模方法的电子设备，其结构示意图，如图12所示，该电子设备包括：一个或多个处理器410以及存储器420，图12中以一个处理器410为例。
执行动态电力网络拓扑建模方法的电子设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。
处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
处理器410可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器410还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器420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，如本申请实施例中的动态电力网络拓扑建模方法对应的程序指令/模块，处理器410通过运行存储在存储器420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，即实现上述方法实施例的动态电力网络拓扑建模方法。
存储器420可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电网设备可达性查询的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器420可选包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至大规模动态电力网络拓扑建模装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置430可接收输入的数字或字符信息，以及产生与大规模动态电力网络拓扑建模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。输出装置440可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器420中，当被一个或者多个处理器410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1-6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 (10)

1.一种动态电力网络拓扑建模方法，其特征在于，包括：
获取电力网络设备的设备信息，将所述电力网络设备的设备主体配置为顶点，将所述电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；
根据所述设备信息分别为各所述顶点及端子顶点配置属性信息；
根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；
通过所述连接边将所述顶点及端子顶点连接，生成所述电力网络设备的网络拓扑模型；
其中，所述根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边，包括：
根据所述设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边；
在所述端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边；
根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边；
其中，根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边，包括：
选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第一无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
2.根据权利要求1所述的动态电力网络拓扑建模方法，其特征在于，根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边，还包括：
选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第二无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
3.根据权利要求2所述的动态电力网络拓扑建模方法，其特征在于，所述电力网络设备为开关类设备，建立所述第二无向边包括：
根据所述开关类设备的状态属性判断与所述开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通；
若所述两个端子顶点连通，则以所述第二无向边表示所述两个端子顶点之间的连接关系。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的动态电力网络拓扑建模方法，其特征在于，还包括：
获取所述网络拓扑模型中所述电力网络设备的变化信息；
根据所述变化信息更新所述属性信息和所述连接边。
5.一种动态电力网络拓扑建模系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于获取电力网络设备的设备信息，将所述电力网络设备的设备主体配置为顶点，将所述电力网络设备内外的连接端子配置为端子顶点；
属性信息配置模块，用于根据所述设备信息分别为各所述顶点及端子顶点配置属性信息；
连接边配置模块，用于根据各所述顶点、端子顶点间的所属关系及连接关系配置连接边；
网络拓扑模型构建模块，用于通过所述连接边将所述顶点及端子顶点连接，生成所述电力网络设备的网络拓扑模型；
其中，所述连接边配置模块包括：
第一无向边构建模块，用于根据所述设备主体和连接端子之间的所属关系建立第一无向边；
第二无向边构建模块，用于在所述端子顶点到端子顶点之间建立第二无向边；
有向边构建模块，用于根据所述设备主体和连接端子之间的电流走向建立有向边；
其中，所述有向边构建模块包括：
非开关类设备有向边构建子模块，用于选择非开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第一无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
6.根据权利要求5所述的动态电力网络拓扑建模系统，其特征在于，所述有向边构建模块还包括：
开关类设备有向边构建子模块，用于选择开关类设备对应的顶点作为起始顶点，根据所述起始顶点的所述第二无向边进行广度搜索，建立所述起始顶点与其所属的所述端子顶点之间的有向边。
7.根据权利要求6所述的动态电力网络拓扑建模系统，其特征在，所述电力网络设备为开关类设备，所述第二无向边构建模块包括：
判断子模块，用于根据所述开关类设备的状态属性判断与所述开关类设备直接连接的两个端子顶点是否连通；
建立子模块，用于以所述第二无向边表示所述两个端子顶点之间的连接关系。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的动态电力网络拓扑建模系统，其特征在于，还包括：更新模块，用于获取所述网络拓扑模型中所述电力网络设备的变化信息；并根据所述变化信息更新所述属性信息和所述连接边。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的动态电力网络拓扑建模方法。
10.一种电子设备，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1-4任一项所述的动态电力网络拓扑建模方法。
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