CN108020750A - 一种配电网停电范围分析方法和分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电网停电范围分析方法和分析装置，其方法包括根据预先建立的图数据模型中的数据字典从拓扑源数据中提取数据列，并导入所述图数据模型，建立图数据库；根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围；其分析装置包括数据库单元、检索单元和结果处理单元；本发明提供的技术方案基于图中边的路径检索并分析故障电气元件的影响区域，精确高效地处理配电网大规模故障数据，为停电应急抢修和配电网管理提供技术支持。

Description

一种配电网停电范围分析方法和分析装置

技术领域

本发明涉及配电网停电管理业务及停电区域快速定位方法，具体将涉及一种配电网停电范围分析方法和分析装置。

背景技术

停电管理系统(OMS)是建立在配电网安全监控和数据采集系统(DSCADA)、自动绘图/设备管理/地理信息系统(AM/FM/GIS)、配电设备检修管理系统、故障报修应答系统(TCM)和用户信息管理系统(CIS)等的基础上，将配电网运行的实时信息、设备检修信息、用户信息及地理信息等进行综合分析，确定最佳停电方案。

智能用电系统的在线监测整个企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电、用水、用气等能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。

作为智能用电体系的关键环节的停电管理分析，已成为国内外学者关注的焦点，一般以可靠性指标和历史数据为基础的停电预测算法，在电力信息系统中，彼此连接的电气元件构成电力拓扑子网，多个子网又可构成更大容量的电力拓扑网。早期的电力网络拓扑分析针对于特定的数据结构，效率低、扩展性差，难以满足新增大量电气元件后的自适应性，且传统的基于矩阵运算的潮流算法也难以满足日益扩大的电力系统业务的实时性要求。

随着智能电网的发展与推广，电力系统的供电水平日渐提高，较好地满足了各种用户的供电需求，但与此同时，用户在供电的可靠性、快捷性等方面提出了更高的要求。提高供电可靠性的一个重要方面在于减少停电事故，以及在发生停电后能迅速确定停电范围，以便及时抢修尽快恢复供电。

通常情况下，确定停电范围依赖于配电网设备数据库，在确定一个停电起始点和停电终点后，通过在该配电网设备数据库中查找两个点之间的电网拓扑模型给出停电范围。然而，这种查找停电范围的方式效率较低，对于具有海量节点和大规模数据的配电网无法快速确定停电范围。

发明内容

为精确确定停电范围，提高停电管理有效性，本发明提供了一种配电网停电范围分析方法及分析装置。

本发明提供的配电网停电范围分析方法，其改进之处在于，所述分析方法包括：

S1、根据预先建立的图数据模型中的数据字典从拓扑源数据中提取数据列，并导入所述的图数据模型，建立图数据库；

S2、根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；

S3、根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围。

进一步的，所述步骤S1中图数据模型的建立包括：

将配电网电气设备元件、线路及其间的连接关系抽象成图中顶点与边的形式，分析电力拓扑和图中顶点的数据结构，确定配电网所需业务数据，建立图数据模型。

进一步的，所述顶点的所述数据结构包括：电气设备标识、电压等级、开关状态、开关标志、变压器标志、设备端口号。

进一步的，所述图顶点的属性与从电力GIS或CIM源数据选取的数据结构相对应。

进一步的，所述步骤S1图数据库的建立包括：

按数据结构的数据字典从配电网拓扑源数据中提取相应列，将其导入图数据模型已建立的顶点数据结构；和，

从配电网拓扑源数据中提取电气设备标识及其对应的端口号；

若任意两端口号值相等，则建立电气设备的对应关系，生成边数据并导入已建立的边数据结构。

进一步的，所述步骤S2中终止条件预先设置包括：在配电网拓扑源数据中检索时，综合电力拓扑结构和遇到叶子节点或关断的开关电器或带有更高电压等级的降压变压器即停止的特点，

从断电设备向电气拓扑联通的下游做广深度分析，在符合终止条件的下游处停止，并将分析到的下游设备返回。

进一步的，所述步骤S2在图数据库中检索时，基于已建立的边进行路径搜索和拓扑分析，搜索停电元件的下游并依次做广深度的扩散分析；

遇到终止条件时搜索结束并输出顶点集，否则用新检索的节点替换初始顶点，继续检索。

进一步的，所述终止条件包括：

终止条件1：以断电设备为起点，向下游做广度分析，直至扩散至叶子节点终止扩散分析；

终止条件2：若扩散到开关设备，则需判断实时的开关状态；若开关闭合，则继续沿此支路向下分析，反之则终止扩散分析；或，

终止条件3：若分析到变压器类设备时需判断，如果降压变压器的电压等级大于断电设备，则判定此类设备为电源点，终止扩散分析。

进一步的，当电力拓扑电气元件及连接线路新增、去除、更改时，批量新增、去除、更改图数据库中图的顶点和边，始终保持配电网电力拓扑和图数据库的一致。

进一步的，所述停电范围的确定包括：根据图数据库中进行的检索分析，以断电设备为起点，终止扩散分析后返回的下游电气设备集合即为停电范围。

一种配电网停电范围分析装置，所述分析装置包括：数据库单元、检索单元和结果处理单元；

所述数据库单元，用于根据预先建立的图数据模型中的数据字典将从拓扑源数据中提取的数据列，并导入图数据模型，建立图数据库；

所述检索单元，用于根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；

所述结果处理单元，用于根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围。

进一步的，所述配电网停电范围分析装置还包括：

建模单元，用于将配电网电气设备元件、线路及其间的连接关系抽象成图中顶点与边的形式，分析电力拓扑和图中顶点的数据结构，确定配电网所需业务数据，建立图数据模型，该图的顶点对应于配电网设备元件；该图的边对应于线路及其连接关系；

进一步的，所述配电网停电范围分析装置还包括：

在线更新单元，用于根据电力拓扑电气元件及连接线路的变化，批量新增、去除、更改图数据库中图的顶点和边。

与最接近现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果:

1、本发明提供的按与配电网设备元件、线路及其连接关系对应的图的顶点和边，建立图数据模型——从数据结构的数据字典从拓扑源数据中提取数据列导入图数据模型，建立图数据库——根据拓扑源数据中的检索确定检索的终止条件——根据图数据库中检索做广深度的分析——在线批量更新图数据库的配电网停电范围分析方法可迅速对电网故障点的扩散区域定位，在处理配电网大规模故障时，具有出色的性能，为停电应急抢修和配电网管理从数据处理层面提供了支撑。

2、本发明提供的技术方案基于边的路径检索，分析故障电气元件的影响区域，结合停电管理业务特征和图数据库，快速分析海量节点下的停电扩散范围，特别适合处理配电网大规模故障数据。

3、本发明提供的技术方案结合停电管理业务和图数据库，数据分析效率高，增强停电范围的搜索扩展性，且实时更新数据，保持图数据库和电力拓扑图的一致性，大大提高新增电气元件后分析方法的自适应性和实时性。

附图说明

图1为本发明提供的配电网停电范围分析流程图；

图2为本发明提供的图模型数据导入流程图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，并以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

发明人在发明过程中注意到：

经长期观察、研究发现图计算技术作为近年来发展迅速的数据存储及计算处理技术，着重解决海量数据存储及其内部的依赖关系，可实时更新图的节点、边、属性等要素，且可支持大规模数据的并行计算。此外，电力拓扑与图数据结构有着天然的联系，电气元件及其连接关系分别对应于图结构的顶点和边。因此可由电网拓扑建立图模型，将配电网电气设备之间的连接抽象成顶点与边相连，依据图数据库的路径搜索进行拓扑分析，进而确定配电网业务所需数据。

为精确确定停电范围，提高停电管理有效性，需要提供一种根据电网拓扑实时数据，将停电管理业务特征和图数据库结合，借助于图的遍历检索优势，快速分析海量节点下的停电扩散范围的方法。

下面进行详细说明。

本发明提供的技术方案是基于图计算的配电网停电范围分析方法流程图如图1所示，具体包括：

(1)构建图数据模型；配电网设备元件和线路对应于图中顶点，配电网设备元件或线路间的连接关系对应于图中的边，通过连接顶点的边建立图数据模型；图顶点的属性同电网GIS或CIM源数据摘取的数据结构相对应。

配电网电力拓扑与图结构的联系在于：配电网电力拓扑的电气元件、线路及其连接关系对应于图结构的顶点和边。由此可根据配电网电力拓扑建立图模型，将配电网电气设备及其间的连接关系抽象成图结构中顶点通过边连接，依据图数据库的路径搜索进行拓扑分析，进而确定配电网业务所需数据。

如图2所示，分析所需顶点的数据结构，包括电气设备标识、电压等级、开关状态、开关标志、变压器标志、设备端口号等，如表1所示，建立图的顶点，其数据结构包括顶点名、属性名及属性的数据类型，属性包括电气设备标识、电压等级、开关状态、开关标志、变压器标志、设备端口号。

表1顶点对应的数据结构和数据类型

数据结构	电气设备标识(DID)	电压等级(DYDJ)	开关状态(KGZT)
				类型	INT	INT	BOOL
数据结构	开关标志(ISKG)	变压器标志(ISBYQ)	设备端口号(PID)
				类型	BOOL	BOOL	INT

如表2所示，建立图的边，表征顶点的连接关系，其数据结构包括源顶点、宿顶点和边属性；根据顶点和边建立图，建立顶点和表征顶点连接的边，最后生成图，并命名。

表2顶点的数据结构和类型

数据结构	源顶点(SVERTEX)	宿顶点(DVERTEX)	边属性(ATTRIBUTE)
				类型	INT	INT	STRING/INT

(2)按照图数据模型中包含的数据字典，直接从拓扑源数据中摘取相应列导入已建立的顶点和边数据结构，由数据库单元生成图数据库。

向已建立的图中导入数据，生成图数据库。对于顶点数据，按照数据结构字典从拓扑源数据中直接提取相应列导入已建立的顶点数据结构；对于边数据，从拓扑源数据中提取电气设备标识及其对应的端口号，若任意两端口号值相等，则建立起两电气设备之间的对应关系，生成边数据，导入已建立的边数据结构。

(3)电力流沿边传输，由检索单元的第一检索模块在网络拓扑源数据中进行检索，当遇到叶子节点或关断的开关电器或带有更高电压等级的降压变压器时停止，该第一检索模块确定检索的终止条件。

综合电力拓扑结构和停电传递特点，以断电设备向电气拓扑联通的下游做广度和深度的分析，在符合终止条件的下游处停止，将分析到的下游设备返回，终止条件为：

1)条件1：以断电设备为起点，向下做广度分析，直至扩散到叶子节点，终止分析。

2)条件2：如果扩散到开关设备，则需判断实时的开关状态。若开关闭合，则继续沿此支路分析下去，反之则检索终止。

3)条件3：分析到变压器类设备时需做判断，降压变压器的电压等级如果大于断电设备则可判定此设备为电源点，结束扩散分析。

(4)第二检索模块在图数据库中进行检索，基于已建立的边，进行路径搜索和拓扑分析，搜索停电元件的下游，依次做广度和深度的扩散分析，遇到符合终止条件的节点时，检索结束。

在上述图模型的基础上，基于已建立的边，进行路径搜索和拓扑分析，搜索停电元件的下游，依次做广深度的扩散分析。当遇到终止条件时搜索结束，并输出顶点集，否则用新检索的节点替换初始顶点，继续检索。由此得到受到初始故障节点扩散影响的所有节点，即为停止电气元件。

(5)随着电网拓扑的改造，在线更新单元对图数据库进行在线批量更新，始终保证配电网拓扑和图数据库的对应关系。

当电网拓扑电气元件及其连接线路新增、去除、更改时，实时批量更新图数据库，对顶点和边进行相应的批量新增、去除、更改，始终保持实际电力拓扑和图数据库的一致。

本发明从图计算角度阐述了一种新的配电网停电分析方法，基于边的路径检索，分析故障电气元件的影响区域，特别适合处理配电网大规模故障数据，支撑停电应急抢修和配电网管理。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电网停电范围分析装置，所述装置可以包括：数据库单元、检索单元和结果处理单元；

所述数据库单元，用于根据预先建立的图数据模型中的数据字典将从拓扑源数据中提取的数据列，并导入图数据模型，建立图数据库；

所述检索单元，用于根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；

所述结果处理单元，用于根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围。

所述装置还可以包括：

建模单元，用于将配电网电气设备元件、线路及其间的连接关系抽象成图中顶点与边的形式，分析电力拓扑和图中顶点的数据结构，确定配电网所需业务数据，建立图数据模型，该图的顶点对应于配电网设备元件；该图的边对应于线路及其连接关系。

所述装置还可以包括：

在线更新单元，用于根据电力拓扑电气元件及连接线路的变化，批量新增、去除、更改图数据库中图的顶点和边。

所述数据库单元具体可以用于按数据结构的数据字典从配电网拓扑源数据中提取相应列，将其导入图数据模型已建立的顶点数据结构；和，从配电网拓扑源数据中提取电气设备标识及其对应的端口号；提取电气设备标识及其对应的端口号，若任意两端口号值相等，则建立电气设备的对应关系，生成边数据并导入已建立的边数据结构；

所述检索单元具体可以包括第一检索模块和第二检索模块；

所述第一检索模块，用于检索网络拓扑源数据并确定检索终止条件；

所述第二检索模块，用于对图数据库进行路径检索和拓扑分析，搜索停电元件下游并做广深度分析。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

S1、根据预先建立的图数据模型中的数据字典从拓扑源数据中提取数据列，并导入所述图数据模型，建立图数据库；

S2、根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；

S3、根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围。

2.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述步骤S1中图数据模型的建立包括：

将配电网电气设备元件、线路及其间的连接关系抽象成图中顶点与边的形式，分析电力拓扑和图中顶点的数据结构，确定配电网所需业务数据，建立图数据模型。

3.如权利要求2所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述顶点的所述数据结构包括：电气设备标识、电压等级、开关状态、开关标志、变压器标志和设备端口号。

4.如权利要求2所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述图顶点的属性与从电力GIS或CIM源数据选取的数据结构相对应。

5.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述步骤S1图数据库的建立包括：

按数据结构的数据字典从配电网拓扑源数据中提取相应列，将其导入图数据模型已建立的顶点数据结构；和，

从配电网拓扑源数据中提取电气设备标识及其对应的端口号；

若任意两端口号值相等，则建立电气设备的对应关系，生成边数据并导入已建立的边数据结构。

6.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述步骤S2中终止条件预先设置包括：在配电网拓扑源数据中检索时，综合电力拓扑结构和遇到叶子节点或关断的开关电器或带有更高电压等级的降压变压器即停止的特点，

从断电设备向电气拓扑联通的下游做广深度分析，在符合终止条件的下游处停止，并将分析到的下游设备返回。

7.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述步骤S2在图数据库中检索时，基于已建立的边进行路径搜索和拓扑分析，搜索停电元件的下游并依次做广深度的扩散分析；

遇到终止条件时搜索结束并输出顶点集，否则用新检索的节点替换初始顶点，继续检索。

8.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述终止条件包括：

终止条件1：以断电设备为起点，向下游做广度分析，直至扩散至叶子节点终止扩散分析；

终止条件2：若扩散到开关设备，则判断实时的开关状态；若开关闭合，继续沿此支路向下分析，反之则终止扩散分析；或，

终止条件3：若分析到变压器类设备，如果降压变压器的电压等级大于断电设备，则判定此类设备为电源点，终止扩散分析。

9.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，还包括：当电力拓扑电气元件及连接线路新增、去除、更改时，批量新增、去除、更改图数据库中图的顶点和边，始终保持配电网电力拓扑和图数据库的一致。

10.如权利要求1所述的配电网停电范围分析方法，其特征在于，所述停电范围的确定包括：根据图数据库中进行的检索分析，以断电设备为起点，终止扩散分析后返回的下游电气设备集合即为停电范围。

11.一种配电网停电范围分析装置，其特征在于，所述分析装置包括：数据库单元、检索单元和结果处理单元；

所述数据库单元，用于根据预先建立的图数据模型中的数据字典将从拓扑源数据中提取的数据列，并导入所述图数据模型，建立图数据库；

所述检索单元，用于根据预先设置的检索终止条件在所述图数据库中进行检索，并依次做广深度的扩散分析；

所述结果处理单元，用于根据图数据库中检索并返回的结果确定停电范围。

12.如权利要求11所述的配电网停电范围分析装置，其特征在于，所述装置还包括：

建模单元，用于将配电网电气设备元件、线路及其间的连接关系抽象成图中顶点与边的形式，分析电力拓扑和图中顶点的数据结构，确定配电网所需业务数据，建立图数据模型，该图的顶点对应于配电网设备元件；该图的边对应于线路及其连接关系。

13.如权利要求11所述的配电网停电范围分析装置，其特征在于，所述装置还包括：

在线更新单元，用于根据电力拓扑电气元件及连接线路的变化，批量新增、去除、更改图数据库中图的顶点和边。