CN109638823A - 用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置，该方法根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；对各馈线分区；从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；进行区域调整，实现全网的自动分区。本发明根据辐射型电网的网络结构特点，按照各分区计算量均衡的原则，借助图论方法中网络的快速搜索能力，依据计算机各线程需要的计算量实现对辐射型电网的自动合理分区，用于状态估计的并行计算，减小计算规模，有效提高状态估计的计算速度，缩短计算时间。

Description

用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统稳态分析的技术领域，尤其涉及用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置。

背景技术

网络分区是对电网进行分布式状态估计的基础。通过分区，不仅能够加快计算速度，还可把局部的不良数据限制在当前分区里。

目前，针对电网状态估计的分区方法大多为人工分区。相关研究成果提出了根据地理位置对网络进行分区的方法；基于节点度搜索的分区方法：首先由支路信息形成节点关联矩阵，其对角元素表示各节点所关联的支路数，即“节点度”，非对角元素存储具体的关联支路编号，之后采用基于节点度搜索的分区方法，将电网分解成多个相互独立的辐射型子网、单环网及复杂环网；以馈线上的全量测点为边界的分区方法：以馈线上的全量测点为边界，将电网各馈线划分成若干独立的区域，之后对每个分区单独进行状态估计，并验证了各分区之间的协调性。

采用人工分区方法，不仅耗时，且不能自动跟踪网络结构变化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置，旨在解决现有技术采用人工分区方法，耗时久，计算速度慢的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，包括：

成表步骤，根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取步骤，根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区步骤，对各馈线分区；

主根步骤，从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整步骤，进行区域调整，实现全网的自动分区。

在上述实施例的基础上，优选的，所述成表步骤，具体为：

根据原始网络结构数据，利用图论中的快速搜索能力形成网络结构链接表，用于描述各节点之间的关联性。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述求取步骤，具体为：

根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；

依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述分区步骤，具体为：

利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述主根步骤中，由主根节点正向联接还未分区的节点，形成主根节点区。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述调整步骤，具体为：

如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，

将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。

一种用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，包括：

成表模块，用于根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取模块，用于根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区模块，用于对各馈线分区；

主根模块，用于从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整模块，用于进行区域调整，实现全网的自动分区。

在上述实施例的基础上，优选的，所述求取模块用于：

根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；

依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述分区模块用于：

利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述调整模块用于：

如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，

将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了用于辐射型电网状态估计的自动分区方法及装置，根据辐射型电网的网络结构特点，按照各分区计算量均衡的原则，借助图论方法中网络的快速搜索能力，依据计算机各线程需要的计算量实现对辐射型电网的自动合理分区，用于状态估计的并行计算，减小计算规模，有效提高状态估计的计算速度，缩短计算时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明实施例提供的一种用于辐射型电网状态估计的自动分区方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种链接关系简图；

图3示出了本发明实施例提供的一种自动分区的区块示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种区域划分图解；

图5示出了本发明实施例提供的一种IEEE-118节点系统网络拓扑结构；

图6示出了本发明实施例提供的一种用于辐射型电网状态估计的自动分区装置的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

具体实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，包括：

成表步骤S101，根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取步骤S102，根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区步骤S103，根据求取步骤S102所确定的参数，对各馈线分区；

主根步骤S104，从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整步骤S105，进行区域调整，实现全网的自动分区。

辐射型电网分区需要考虑的因素可以包括：

(1)由于以各区域为计算单元进行并行计算，因此确定分区数目时要考虑计算机所能并行计算的线程数；

(2)需要考虑各区域的计算规模。当计算平台的线程数有限时，需根据最大线程数将系统划分为多个分区；当计算平台的线程数足够多时，需确定合理的分区数，并划分分区；

(3)各分区计算量均衡；

(4)分区联通。确保各区域之间的联通；

(5)分区边界。能自动识别边界支路和节点，并在各区域计算中适当处理。

在考虑以上因素的基础上，从计算量均衡的角度出发，在给定网络接线条件下，由分区数目和网络总节点数，可以确定每区可包含的最大节点数：

其中，F(整型变量)为每区可包含的最大节点数；K为分区数目；N为网络总节点数；t为调整系数，在正常情况时，t可在1-2之间取值，但当进行区域调整时，可将t取一个较大的值。

利用图论中的快速搜索能力形成网络结构链接表，描述各节点之间的关联性。以图2的链接关系简图为例说明链接关系，K₁-K₃为节点。链接表中包含的信息有：

(1)节点所联上级节点号，在图2中用N表示，其中上级节点指与该节点直接相连的靠近电源侧的节点；

(2)节点所联下级节点数，在图2中用P表示，其中下级节点指与该节点直接相连的靠近末端侧的节点，由节点所联下级节点数可知该节点后所联分支数；

(3)节点所联下级节点号，在图2中用M表示，对应于节点所联下级节点数，描述该节点所联的具体下级节点号；

(4)节点所联所有后续节点数，在图2中用Q表示，描述该节点后所联全部节点数目，在从末端节点往电源端搜索的过程中，用以方便确定是否达到最大节点数F；

(5)节点到主根节点的线段数，在图2中用W表示，描述各节点到主根节点的距离。

本发明实施例的总体思路如下：

根据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，从各分区计算量均衡的角度出发，利用链接表第(5)信息“节点到主根节点的线段数”，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，最后由主根节点正向联接还未分区的节点，形成主根节点区。

如图3自动分区的区块示意图所示，某辐射型网络馈线的数目为L条，其中馈线A的末端节点距离主根节点最远，则首先沿着馈线A搜索分区：从馈线A的末端节点开始，往电源端搜索，逐次形成区块A_n，A_n-1，...，A₁；之后不断寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，对此馈线分区；最后再从主根节点开始，正向搜索余下的未被分区的节点，形成主根节点区，对应于图3中的区块S。

馈线上分区搜索停止条件可以包括：

(1)在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，搜索到某节点D时，继续搜索节点D的上级节点，令此节点为节点H，若“节点H所联所有后续节点数，减去该区域所有末端节点的所联所有后续节点数的差值，大于等于各区可包含的最大节点数F”时，表明该区域所含的节点数已经达到最大限值，应停止搜索，节点D即为正在搜索区域的根节点。

(2)在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，搜索到某节点D时，继续搜索节点D的上级节点，令此节点为节点H，若发现“节点H已被划分过区域”，应停止搜索，节点D即为正在搜索区域的根节点。

(3)为保证主根节点区同后边各分区计算量相当，主根节点区也需有一定的节点数。在搜索靠近主根节点的分区时，若只用(1)中判断标准，可能出现在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，因没有达到各区可包含的最大节点数F，而一直往电源点方向搜索，因此不能给根节点区留有一定的节点数目。

为避免此种情况发生，另给出一个判断标准，即当“某节点D到主根节点的线段数小于某一个设定值M(M值由馈线数确定)”时，停止搜索，节点D即为该区域的根节点。

以图4的区域划分图解为例来说明馈线上分区搜索停止条件。该图仅包含某网络的部分馈线，并不含主根节点区。假设各区可包含的最大节点数F为8，馈线1的末端节点到主根节点的距离最远，馈线2的末端节点到主根节点的距离次之。

首先从馈线1的末端节点14往电源端搜索分区1，当搜索到节点7时，若继续搜索节点7的上级节点6，那么节点6所含所有后续节点数减去节点14所联所有后续节点数将等于F，满足搜索停止条件(1)，节点7即为分区1的根节点。

以节点6作为分区2的末端节点继续往电源端搜索分区2，当搜索到分支汇合点1时，若只计及馈线1上的1-6节点，很明显不能达到各区可包含的最大节点数F，因此将自动包含分支线即馈线2上的15-16节点。所以节点16和节点6同为分区2的末端节点。此时，分区2的首端节点1的所联所有后续节点数减去末端节点6和末端节点16的所联所有后续节点数等于F，满足搜索停止条件(1)，节点1即为分区2的根节点。

之后对馈线2分区。从馈线2的末端节点26往电源端搜索分区3，当搜索到节点19时，满足分区搜索停止条件(1)，节点19即为分区3的根节点。

继续沿着馈线2进行分区。以节点18作为分区4的末端节点继续往电源端搜索分区4，当搜索到节点17时，若继续搜索节点17的上级节点16，由于节点16已经划分到分区2中，满足搜索停止条件(2)，节点17即为分区4的根节点。

区域划分时对分支线的处理可以为：

在搜索分区的过程中，对于没有分支的线路，只要根据链接关系，从末端节点往电源端搜索，很容易实现区域的划分，但存在分支线时，处理起来比较麻烦。因此，利用链接表第(4)信息“节点所联所有后续节点数”进行处理。当往电源端搜索节点时，如果遇到有分支的节点，那么该节点所联所有后续节点数中，自动包含了分支线上的节点数。

分布式状态估计的基本思路为：

首先对馈线上的各分区进行状态估计，再对主根节点区进行状态估计。最后采用各分区前后迭代的方式，对全网进行迭代计算。在前后迭代的过程当中，把下游区块的根节点视为上游区块的负荷节点。

状态估计时对联络线的处理采用搭接式的方法，即在对一个分区进行状态估计时，将联络线以及联络线上的对侧节点也包含在内，这样相当于对联络线上的节点状态及联络线上的潮流进行了重复计算。

优选的，所述求取步骤S102，可以具体为：根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

优选的，所述分区步骤103，可以具体为：利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

优选的，所述主根步骤S104中，由主根节点正向联接还未分区的节点，形成主根节点区。

优选的，所述调整步骤S105，可以具体为：如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。该步骤在分区完成后，可从两方面对区域进行适当的调整。一方面，若根节点区所含节点数过多，可将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；另一方面，为避免分区数目过多，可将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。

现在以IEEE-118节点系统为算例进行分析。该系统的网络拓扑结构如图5所示，其中有132条支路，15条联络开关和117条分段开关。另外，节点1向左引出短支路，添加节点号150为总电源点，该系统共有119个节点。节点27接入风电机组，1.5+j0.726 483MVA；节点62接入风电机组，1.5+j0.726 483MVA；节点77接入垃圾焚烧电厂，4+j1.937 288MW；节点113接入沼气发电厂，3+j1.452966MW。

所有计算可以在FORTRAN 6.5环境下编程实现，考虑到编程时所用计算机可并行计算的线程数为8，所以可将该系统分成8个分区。根据本发明实施例提供的方法，分成8个分区的结果可以如表1所示。各分区所包含的节点数在可调整范围内基本均衡，各分区计算规模相当，采取8线程计算机对各区进行状态估计并行计算，能够达到较快的计算速度。

表1 8分区情况表

各区总负荷情况如表2所示。表2中各分区子根节点的负荷，指该节点后续所联所有节点的功率，正数的值表示流入该节点的功率，负数的值表示流出该节点的功率。

表2各区总负荷情况表

对各分区进行状态估计后，再对全网进行前后迭代计算，把这整个过程看做是一次大迭代。经计算，在本算例中，全网经过三次大迭代后收敛。

由于节点较多，受篇幅所限，以第7个分区为例，把第7分区的最终状态估计结果列于表3、表4。表3中第7分区所包含节点的功率，指的是该节点的注入功率，正负号的含义同表2。表4中的支路功率，正号表示从首端到末端的功率，负号表示从末端到首端的功率。

表3第7分区节点电压及注入功率(全网第三次大迭代)

表4第7分区支路功率(全网第三次大迭代)

本发明实施例根据辐射型电网的网络结构特点，按照各分区计算量均衡的原则，借助图论方法中网络的快速搜索能力，依据计算机各线程需要的计算量实现对辐射型电网的自动合理分区，用于状态估计的并行计算，减小计算规模，有效提高状态估计的计算速度，缩短计算时间。

在上述的具体实施例一中，提供了用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，与之相对应的，本申请还提供用于辐射型电网状态估计的自动分区装置。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。

具体实施例二

如图6所示，本发明实施例提供了一种用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，包括：

成表模块201，用于根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取模块202，用于根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区模块203，用于对各馈线分区；

主根模块204，用于从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整模块205，用于进行区域调整，实现全网的自动分区。

优选的，所述求取模块202可以用于：

根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；

依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

本发明实施例对F的确定方式不做限定，优选的，从计算量均衡的角度出发，在给定网络接线条件下，由分区数目和网络总节点数，可以确定每区可包含的最大节点数：

其中，F(整型变量)为每区可包含的最大节点数；K为分区数目；N为网络总节点数；t为调整系数，在正常情况时，t可在1-2之间取值，但当进行区域调整时，可将t取一个较大的值。

优选的，所述分区模块203可以用于：

利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

馈线上分区搜索停止条件可以包括：

(1)在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，搜索到某节点D时，继续搜索节点D的上级节点，令此节点为节点H，若“节点H所联所有后续节点数，减去该区域所有末端节点的所联所有后续节点数的差值，大于等于各区可包含的最大节点数F”时，表明该区域所含的节点数已经达到最大限值，应停止搜索，节点D即为正在搜索区域的根节点。

(2)在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，搜索到某节点D时，继续搜索节点D的上级节点，令此节点为节点H，若发现“节点H已被划分过区域”，应停止搜索，节点D即为正在搜索区域的根节点。

(3)为保证主根节点区同后边各分区计算量相当，主根节点区也需有一定的节点数。在搜索靠近主根节点的分区时，若只用(1)中判断标准，可能出现在从末端节点往电源端搜索某分区的过程中，因没有达到各区可包含的最大节点数F，而一直往电源点方向搜索，因此不能给根节点区留有一定的节点数目。

为避免此种情况发生，另给出一个判断标准，即当“某节点D到主根节点的线段数小于某一个设定值M(M值由馈线数确定)”时，停止搜索，节点D即为该区域的根节点。

优选的，所述调整模块205可以用于：

如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，

将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。

本发明实施例根据辐射型电网的网络结构特点，按照各分区计算量均衡的原则，借助图论方法中网络的快速搜索能力，依据计算机各线程需要的计算量实现对辐射型电网的自动合理分区，用于状态估计的并行计算，减小计算规模，有效提高状态估计的计算速度，缩短计算时间。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，包括：

成表步骤，根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取步骤，根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区步骤，对各馈线分区；

主根步骤，从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整步骤，进行区域调整，实现全网的自动分区。

2.根据权利要求1所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，所述成表步骤，具体为：

根据原始网络结构数据，利用图论中的快速搜索能力形成网络结构链接表，用于描述各节点之间的关联性。

3.根据权利要求1所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，所述求取步骤，具体为：

根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；

依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

4.根据权利要求1所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，所述分区步骤，具体为：

利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

5.根据权利要求1所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，所述主根步骤中，由主根节点正向联接还未分区的节点，形成主根节点区。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区方法，其特征在于，所述调整步骤，具体为：

如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，

将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。

7.一种用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，其特征在于，包括：

成表模块，用于根据原始网络结构数据，形成网络结构链接表；

求取模块，用于根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数，求取每区最大节点数F；

分区模块，用于对各馈线分区；

主根模块，用于从主根节点开始，正向联接还未联接上的节点，形成主根节点区；

调整模块，用于进行区域调整，实现全网的自动分区。

8.根据权利要求7所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，其特征在于，所述求取模块用于：

根据网络结构链接表中的网络接线特点及规模，并考虑计算机并行计算的线程数，确定分区个数；

依据网络结构链接表的信息，采用深度优先搜索与广度优先搜索相结合的方法，以各分区计算量均衡为基础，求取每区可包含的最大节点数F。

9.根据权利要求7所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，其特征在于，所述分区模块用于：

利用网络结构链接表中的信息，依次寻找末端节点距离主根节点最远的馈线，沿此馈线，由馈线末端节点往电源端搜索分区，完成对各馈线的分区。

10.根据权利要求7-9任一项所述的用于辐射型电网状态估计的自动分区装置，其特征在于，所述调整模块用于：

如果根节点区所含节点数过多，则将根节点区的部分节点划分到后续相连分区，以保证根节点区与后边各分区的计算量均衡；和/或，

将含节点数较少的区域合并入与它相连通的相邻区域。