CN108695847A - 一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，针对现有技术的不足，本发明提供一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，定义了一套规范化的拓扑计算所需核心参数的采集模型，能够从各种不同质的信息系统中提取配电网的结构数据，生成一致性的规范后网络图及相关参数，为适应电网结构变化和运行方式变化，本方法允许任意定义电源节点的位置，生成网络的动态拓扑；计算得出的拓扑关系结果保存为XML文件，方便数据存储和传输，系统设计有参数导入和导出接口，为进一步拓宽应用领域提供合作通道；可为配电网辅助规划设计、配电网稳态潮流计算等多种电力系统的基本运算提供基础模型支持。

Description

一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法

技术领域

本发明涉及电力设备加工设备技术领域，具体涉及一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法。

背景技术

配电网拓扑计算是实现网络潮流计算、仿真计算、实时监控、状态估计、短路计算、稳定计算、经济运行计算、负荷预测计算等多种电力系统基本计算的基础。电力系统中配电网(10kV和400V电网)数量巨大且结构复杂，近年来随着电网GIS系统应用的深化和扩展，大量的配电网数据已经利用各种数采方法实现了信息化管理，由于各GIS管理系统对配电网元数据的管理规范各异，且配电网自身结构复杂、状态变化频率较高，长期以来配电网拓扑结构计算的困难一直没有得到很好地解决，当前的解决办法仍然以人工分析构图为主，计算机辅助运算为辅，工作量巨大且构图的准确性难以保障，特别是稍微复杂的配电网结构人工分析几乎难以得到拓扑真值。近年来配电网发展变化速度更快，为了提高供电可靠性许多地区出现了多电源供电、拉手供电等复杂的运行方式，不久的将来配电网闭环运行都可能是普遍的运行方式，现有的拓扑分析方法根本不能满足当前和将来的计算需要。

在授权公告号为CN103151775A中，公开了一种基于局部信息的配电网分布式馈线自动化拓扑计算方法，包括：在一配电网的自动化装置中仅存储当地的开关参数以及与当地开关有直接电气连接的开关的参数;在自动化装置之间建立通信链路，实现设备数据的同步；连接电源的开关定时向与该开关连接的其他开关发送电源消息，电源消息包括主供电电源消息和备用电源消息，通过电源消息的传送以及开关处电源类型的转换，实现主供电电源消息与备用电源消息在每个开关实例处存储，实现对配电网络拓扑状态的计算，作为分布式馈线自动化的拓扑基础；但是其并未考虑整体系统，依然不能满足对复杂配电网的计算。

在授权公告号为CN103150425B中，公开了一种基于拓扑分层的配电网单线图自动生成方法，包括以下步骤：删减该配电网拓扑结构中的一些相关设备，简化配电网拓扑结构；获取该配电网拓扑结构的关键节点，生成该配电网拓扑结构的主干骨架；基于引力—斥力模型对所述关键节点位置进行布局，得到基于引力—斥力的骨架结构；通过电站出线—主干线—T型键节点—分支线模型的数据结构来描述配电网拓扑结构；在电站内设备的拓扑结构基础上完成电站内设备的布局和自动成图；分别对所述主干线和所述分支线分贝进行无重叠交叉布线成图。本发明实现了一定规模以上的配电网的单线图自动生成，同时，通过避免重叠交叉的布线算法，使生成的单线图更加清晰和美观；其仅仅是对单线图，也并未满足复杂配电网的拓扑结构计算。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的目的是针对现有技术的不足，提供一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，用于解决由于各GIS管理系统对配电网元数据的管理规范各异，且配电网自身结构复杂、状态变化频率较高，长期以来配电网拓扑结构计算困难的现象。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，包括以下步骤：

S1：从现有配电网信息化管理系统中提取配网项目的核心数据，使用拓扑计算将数据规范转化为计算原图和相关辅助数据的提取保存；

S2：根据拓扑计算需求对计算原图进行类型识别扫描，分别汇聚多种节点和关联，生成几何拓扑进化图，完成终端、分支、直线、孤岛、电源、负荷六类节点的识别汇聚，节点间各关联中连续档距参数的汇聚；

S3：选定几何拓扑进化图中的电源节点后，设定初始电源节点和关联的基础深度值，开始辐射型递归计算，直到得出S2中各个节点和关联的拓扑深度值，根据节点和关联的深度描述完成拓扑关系的数理计算，分别形成几何拓扑图和电气拓扑图，并分类绑定几何和电气基础参数；

S4：由S3所的几何拓扑图，能够辅助规划项目的工艺设计，为物资、材料的选型，拉线、横担的线路工艺装配进行设计；

S5：由S3所的电气拓扑图，赋予各节点和关联基础电气参数，绑定电源和各负荷节点运行参数后，实现配电网仿真计算、实时监控、状态估计的各种电网基本计算所述终端节点，只有一个线路档距关联的杆塔定位元素，终端节点能够作为负荷挂接点和电源注入点使用；

直线节点，只有两个线路档距关联的杆塔定位元素，关联的档距在拓扑图中为关联的基本汇聚元素，一般不参与基本拓扑运算；

分支节点，有多于两个档距关联的杆塔定位元素，主要作为线路的分支使用，或挂接负荷和注入电源，是拓扑图中的核心元素；

负荷节点，具有基础电气参数和运行参数的电网设备，负荷节点是电力系统电气计算的核心元素；

电源节点，为网络注入电源的节点，为适应配电网结构变化和运行方式的变化；

孤岛节点，没有线路档距关联的杆塔元素，在配电网中为满足结构设计而存在的节点，在网络拓扑计算中被剔除，不参与拓扑计算；

关联，拓扑图中连接两个节点的线路档距的汇聚，是单个档距或多个档距的集合，关联绑定有线路的多种基础参数。

S3中，指定网络的电源节点为拓扑计算电源起点，设定初始拓扑深度值为N，扫描该电源节点的关联，得到关联1，设定拓扑深度为N；搜索关联1的下级节点，得到分支1，设定拓扑深度为2N，扫描分支1的下级关联得到关联22，关联2设定拓扑深度值为2N；依次递归扫描所有节点和关联并以此递增得到节点和关联的拓扑深度值，每个支路到达终端节点后结束扫描，递归完成后即得到全部拓扑的数理关系描述。

N为大于零的自然数。

S4中，拓扑计算结果能够明确地得知各节点绑定的杆塔的设计用途，其为终端杆或直线杆或转角杆或分支杆；

能够辅助线路工程设计人员自动部署拉线与横担的数量和型号，进行工程量校核的高级工程应用；

并从各终端节点逆向递归，累加各节点到电源节点的关联长度（L1，L2，L3， …… Ln），n为大于零的自然数，计算Lmax即可得到网络的电气供电半径。

所述核心数据包括杆塔位置信息、材质类别、电压等级、线路数量、线芯的材质和型号；

所述材质类别为水泥杆塔或铁制塔杆；

所述电压等级为10KV或400V；

所述线路数量为一路或两路或三路；

所述线芯的材质为铁芯或铜芯；所述型号为具有绝缘层或不具有绝缘层。

所述相关辅助数据包括导线的长度、电阻、电感数值。

本发明设计了一套适用于电网拓扑计算的规范化数据模型，能够从现有各种不同种类的信息化系统中提取电网基础数据，节约了为基于拓扑计算的各种高级应用需要重新进行电网收资的成本，生成的拓扑计算结果，优选的用标准XML（可扩展的标记语言）记录，方便后续数据提升处理系统的原数据导入；本发明使用节点和关联的拓扑深度描述拓扑计算结果，与电网的自然结构、运行布局吻合，拓扑结果可用于校核网络基础数据收资和采编结构图的正确性，进一步提高基础数据的可靠性；本发明使用动态拓扑算法，能够快速适应配电网结构和运行方式变化，各级电网为了提高供电可靠性许多地区出现了多电源供电、拉手供电等复杂的运行方式，将来配电网闭环运行都可能是普遍的运行方式，本发明提供的快速、动态拓扑计算方法为提高电网可靠性提供了有效的算法支援；本发明在配电网原始结构基础上生成网络的几何拓扑和电气拓扑，能够满足不同应用领域对拓扑结果的不同数据需求，一个方法多种应用，能够提高面向配电网的各种拓展应用系统的开发效率，降低研发成本，由于使用统一的规范化拓扑模型，为各系统的互通互联、协同作业提供了良好的技术框架。

附图说明

图1 本发明提供的一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算方法的流程图。

图2 本发明提供的使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的配电网结构用例图。

图3 本发明提供的通过系统递归运算由原始结构图进化后得到的有节点和关联组成的几何拓扑图。

图4 本发明提供的指定网络电源点和各种负荷布局后系统生成的电气拓扑结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-4，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，包括以下步骤：

S1：从现有配电网信息化管理系统中提取配网项目的核心数据，使用拓扑计算将数据规范转化为计算原图和相关辅助数据的提取保存；

S2：根据拓扑计算需求对计算原图进行类型识别扫描，分别汇聚多种节点和关联，生成几何拓扑进化图，完成终端、分支、直线、孤岛、电源、负荷六类节点的识别汇聚，节点间各关联中连续档距参数的汇聚；

S3：选定几何拓扑进化图中的电源节点后，设定初始电源节点和关联的基础深度值，开始辐射型递归计算，直到得出S2中各个节点和关联的拓扑深度值，根据节点和关联的深度描述完成拓扑关系的数理计算，分别形成几何拓扑图和电气拓扑图，并分类绑定几何和电气基础参数；

S4：由S3所得到的几何拓扑图，能够辅助规划项目的工艺设计，为物资、材料的选型，拉线、横担的线路工艺装配进行设计；

S5：由S3所的电气拓扑图，赋予各节点和关联基础电气参数，绑定电源和各负荷节点运行参数后，实现配电网仿真计算、实时监控、状态估计的各种电网基本计算。

该实施例中，为实现各种配电网拓扑计算，本发明提供一套适应配电网拓扑计算的数据定义规范和标准化的计算作业流程，按照初始化准备、数据提取规范接口的执行、类型识别扫描、递归计算等一系列程序操作生成拓扑真值，进而根据计算需要完成各种目标任务；另外，该实施例中的核心数据包括杆塔位置信息、材质类别、电压等级、线路数量、线芯的材质和型号；其中材质类别为水泥杆塔或铁制塔杆；电压等级为10KV或400V；线路数量为一路或两路或三路；线芯的材质为铁芯或铜芯；型号为具有绝缘层或不具有绝缘层；通过将现有系统中的核心数据进行快速提取，并将相关辅助数据包括导线的长度、电阻、电感数值也进行存储，减少了再次查找的时间。

实施例二

作为本发明的优化方案，如图2所示，该实施例使用预定义的数据规范，从各种不同质的数据库系统中提取配电网的杆塔和档距定义信息，规范为如图所示的统一定义，生成杆塔元素组（jd1,jd2,……jd5-1,jd5-2）,档距元素组（dj1,dj2, ……dj51,dj52）,按照规范约定各元素命名确保唯一性，提取相关地理几何参数和电气基本参数，分别进行规范性存储方便后期访问。

实施例三

作为本发明的优化方案，如图3与图4所示，根据图2生成的配电网基础结构图，按照定义分别扫描汇聚各类节点和关联，各类节点定义如下：

1） 终端节点，只有一个线路档距关联的杆塔定位元素，终端节点可以作为负荷挂接点和电源注入点使用（zd0,zd1,……zd7）；

2） 直线节点，只有两个线路档距关联的杆塔定位元素，俗称为直线杆塔，关联的档距在拓扑图中为关联的基本汇聚元素，一般不参与基本拓扑运算；

3） 分支节点，有多于两个档距关联的杆塔定位元素，主要作为线路的分支使用，也可以挂接负荷和注入电源，是拓扑图中的核心元素（fz1,fz2,……fz5）；

4） 负荷节点，具有基础电气参数和运行参数的电网设备，10kV网络一般为配电变压器，400V网络中为电力客户的各种电器设备。负荷节点是电力系统电气计算的核心元素（图4中 pb1,pb2,……pb7）；

5） 电源节点，为网络注入电源的节点，为适应配电网结构变化和运行方式的变化，本发明能够在任意节点注入电源（图4中 dy1）；

6） 孤岛节点，没有线路档距关联的杆塔元素，在配电网中为满足结构设计而存在的节点，在网络拓扑计算中被剔除，不参与拓扑计算；

7） 关联，拓扑图中连接两个节点的线路档距的汇聚，可以是单个档距或多个档距的集合，关联是拓扑图中的重要元素，绑定有线路的多种基础参数（gl1,gl2,……gl51,gl52）。

实施例四

如图3所示，其与实施例三的区别在于：指定网络的电源点，图中zd0为拓扑计算电源起点，设定初始拓扑深度值为1，扫描zd0的关联，得到gl1，设定拓扑深度为1；搜索gl1的下级节点，得到fz1，设定拓扑深度为2，扫描fz1的下级关联得到gl21、gl2设定拓扑深度值为2；如此递归扫描所有节点和关联并以此递增得到节点和关联的拓扑深度值，每个支路到达终端节点后结束扫描，递归完成后即得到全部拓扑的数理关系描述。

另外，该几何拓扑辅助项目规划工艺计算，拓扑计算结果能够明确地得知各节点绑定的杆塔的设计用途，比如：终端杆、直线杆、转角杆、分支杆等，可以辅助线路工程设计人员自动部署拉线、横担等金具材料，进行工程量校核等高级工程应用；从各终端节点逆向递归，累加各节点到电源节点的关联长度（L1，L2，L3， …… Ln），计算Lmax即可得到网络的电气供电半径。

实施例五

如图4所示，其与实施例四的区别在于：指定电源节点并设置运行初值，指定各负荷节点的电气参量并设置运行目标量值；计算各关联汇聚后的线路参量转换为导纳后拓扑图就是电力系统潮流计算分析的网络模型图，能够进行常规的潮流计算、短路计算、经济运行计算等，从各种监控系统导入各节点的实时运行参数后，能够进行各种监控预警、状态估计计算等；本发明生成的拓扑图为电力系统各种高级应用系统的开展提供了基础网络模型支持。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：从现有配电网信息化管理系统中提取配网项目的核心数据，使用拓扑计算将数据规范转化为计算原图和相关辅助数据的提取保存；

S2：根据拓扑计算需求对计算原图进行类型识别扫描，分别汇聚多种节点和关联，生成几何拓扑进化图，完成终端、分支、直线、孤岛、电源、负荷六类节点的识别汇聚，节点间各关联中连续档距参数的汇聚；

S3：选定几何拓扑进化图中的电源节点后，设定初始电源节点和关联的基础深度值，开始辐射型递归计算，直到得出S2中各个节点和关联的拓扑深度值，根据节点和关联的深度描述完成拓扑关系的数理计算，分别形成几何拓扑图和电气拓扑图，并分类绑定几何和电气基础参数；

S4：由S3所的几何拓扑图，能够辅助规划项目的工艺设计，为物资、材料的选型，拉线、横担的线路工艺装配进行设计；

S5：由S3所的电气拓扑图，赋予各节点和关联基础电气参数，绑定电源和各负荷节点运行参数后，实现配电网仿真计算、实时监控、状态估计的各种电网基本计算。

2.如权利要求1所述的使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，其特征在于：所述终端节点，只有一个线路档距关联的杆塔定位元素，终端节点能够作为负荷挂接点和电源注入点使用；

直线节点，只有两个线路档距关联的杆塔定位元素，关联的档距在拓扑图中为关联的基本汇聚元素，不参与基本拓扑运算；

分支节点，有多于两个档距关联的杆塔定位元素，主要作为线路的分支使用，或挂接负荷和注入电源，是拓扑图中的核心元素；

负荷节点，具有基础电气参数和运行参数的电网设备，负荷节点是电力系统电气计算的核心元素；

电源节点，为网络注入电源的节点，为适应配电网结构变化和运行方式的变化；

孤岛节点，没有线路档距关联的杆塔元素，在配电网中为满足结构设计而存在的节点，在网络拓扑计算中被剔除，不参与拓扑计算；

关联，拓扑图中连接两个节点的线路档距的汇聚，是单个档距或多个档距的集合，关联绑定有线路的多种基础参数。

3.如权利要求2所述的使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，其特征在于：S3中，指定网络的电源节点为拓扑计算电源起点，设定初始拓扑深度值为N，扫描该电源节点的关联，得到关联1，设定拓扑深度为N；搜索关联1的下级节点，得到分支1，设定拓扑深度为2N，扫描分支1的下级关联得到关联22，关联2设定拓扑深度值为2N；依次递归扫描所有节点和关联并以此递增得到节点和关联的拓扑深度值，每个支路到达终端节点后结束扫描，递归完成后即得到全部拓扑的数理关系描述，N为大于零的自然数。

4.如权利要求3所述的使用深度标识法实现配电网动态拓扑计算的方法，其特征在于：S4中，拓扑计算结果能够明确地得知各节点绑定的杆塔的设计用途，所述杆塔为终端杆或直线杆或转角杆或分支杆；

并从各终端节点逆向递归，累加各节点到电源节点的关联长度（L1，L2，L3， …… Ln），n为大于零的自然数，计算Lmax即可得到网络的电气供电半径。