CN110879913A - 一种用于电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法，其特征在于，包括:根据电网一次设备的电气特性和电网固有特点，将电网的一次设备拓扑网络分解为两级网络；第一层网络由厂站和线路组成，形成厂站级的拓扑网络；所述拓扑网络同源同构，应用图论的子网同构算法拓扑映射；第二层网络由每个厂站的一次设备组成，离线数据和在线数据根据一次设备和一次设备之间的连接关系形成拓扑网络；第一层网络和第二层网络通过母线和线路的连接关系，把第一层网络的厂站和线路的拓扑网络扩展到一次设备的拓扑网络，实现离线和在线数据的整网拓扑映射，实现离线数据和在线数据的一次设备“节点对应”到整网“拓扑网络”映射。

Description

一种用于电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法

技术领域

本申请涉及电力系统仿真技术领域，具体涉及一种电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法。

背景技术

目前国内做电网仿真分析大致分为两种模式，离线与在线模式。离线模式通常是通过BPA和PSASP电力计算分析程序，对预先搭建好的电网模型进行仿真分析。本专利采用电网计算数据库(PSDB)的离线数据模型，支持不同种类计算程序的电网数学模型导出。一种是基于在线数据，如D5000的运行状态估计的QS文件，结合电网离线数据进行模型映射等步骤，生成一套符合电网运行工况的计算模型，然后通过前面说的BPA或者PSASP软件进行各类潮流、稳定等分析计算。

目前离线和在线数据映射主要指把在线数据的一次设备(不包括母线节点) 运行信息，映射到离线数据对应设备上，结合离线数据的拓扑网络进行电网分析，近似模拟在线电网的真实运行工况。没有实现精确的网络拓扑映射，即一次设备(包括母线节点)以及设备之间连接关系的一一对应。

发明内容

本申请提供一种电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法，实现离线数据和在线数据的一次设备的“节点对应”到整个电网的“拓扑网络”映射。

本申请提供一种用于电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法，其特征在于，包括:

根据电网一次设备的电气特性和电网固有特点，将电网的一次设备拓扑网络分解为两级网络；

第一层网络由厂站和线路组成，形成厂站级的拓扑网络；所述拓扑网络同源同构，应用图论的子网同构算法拓扑映射；

第二层网络由每个厂站的一次设备组成，离线数据和在线数据根据一次设备和一次设备之间的连接关系形成拓扑网络；

第一层网络和第二层网络通过母线和线路的连接关系，把第一层网络的厂站和线路的拓扑网络扩展到一次设备的拓扑网络，实现离线和在线数据的整网拓扑映射。

优选的，所述两级网络，第一层网络与第二层网络彼此包含和联通，可以独立拓扑分析。

优选的，所述电网一次设备，包括：发电机、变压器、电容、电抗。

优选的，所述第二层网络，还包括：

在形成拓扑网络的同时，还形成在线系统和离线系统各自的母线集合和连接到同一母线节点的一次设备集合。

优选的，本申请提供的方法，还包括：

在线系统和离线系统各自的拓扑网络的一次设备连接关系一致，进而设置一次设备和母线节点的连接状态，实现站内设备拓扑网络一致。

本申请提供一种电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法，根据图论理论结合电网网架和一次设备电气特性，把电网抽象成两层拓扑，把一张复杂无向有环一次设备网，分解成两层，简化了电网拓扑模型，根据每层网络特点逐层拓扑分析，提高拓扑分析效率，第二层的站内设备子网，从一次设备网络与母线节点的连接关系，结合集合操作，实现离线数据和在线数据的一次设备“节点对应”到整网“拓扑网络”映射。从而实现由电网在线运行状态形成离线运行方式，设置一次设备状态，并保持两个系统拓扑一致。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的某部分电网拓扑网络(一次设备为节点)；

图3是本申请实施例涉及的某部分电网拓扑网络(一次设备为节点，区分厂站)；

图4是本申请实施例涉及的某部分电网拓扑网络(厂站为节点)；

图5是本申请实施例涉及的某厂站双母线一次接线图；

图6是本申请实施例涉及的PSDB或D5000站内简化一次接线图；

图7是本申请实施例涉及的图6-1主接线拓扑以及母线节点集合、设备集合；

图8是本申请实施例涉及的图6-4主接线拓扑以及母线节点集合、设备集合；

图9是本申请实施例涉及的图6-3主接线拓扑以及母线节点集合、设备集合；

图10是本申请实施例涉及的站内简化一次接线图的转换；

图11是本申请实施例涉及的PSDB母线节点到D5000的母线节点映射；

图12是本申请实施例涉及的D5000和PSDB系统站内拓扑网络映射流程；

图13是本申请实施例涉及的图6-4到图6-1的一次设备集合对应关系。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法流程示意图，下面结合图1对本申请实施例提供的方法进行详细说明。

步骤S101，根据电网一次设备的电气特性和电网固有特点，将电网的一次设备拓扑网络分解为两级网络。

本专利基于PSDB和D5000两个典型的离线和在线系统，对电网的拓扑映射进行分析。两者都对电网进行了数学模型搭建，但侧重点不同，数据结构也不同。PSDB侧重一次设备的全生命周期维护，以及在其之上的电网区域拼接，某时间段的电网运行方式管理与仿真分析计算。在一次设备描述上，简化了开关设备和母线，刀闸开关，断路器等抽象成开关线，母线合并抽象成节点。在设备的运行状态描述上，通过节点的分裂和开关线的开断实现对电网运行工况描述。D5000系统对整个电网的一次设备进行运行状态实测，包括一次设备投运状态和电气距离为零的节点。

根据图论中关于节点和连接线的描述，PSDB和D5000是同一个电网的同源异构描述，如图2所示，虽然图2-1、图2-2、图2-3、图2-4都是对某电网部分电气网络的描述，但可能形成的拓扑结构有多种。如果不考虑电网的拓扑结构，一次设备(除母线节点)可以一一对应，也就是节点对应。但D5000中的节点是动态的，根据刀闸断路器等开关设备状态，时刻改变，不能直接映射到PSDB的节点，设备和节点的连接关系也无法映射，无法直接实现图论中的网络映射，也就是节点和边的一一映射。

图论中两个网络的拓扑映射问题，也就是图同构问题，点和边一一对应，或者一个网络是另一个网络的子网络。对于电网形成的一次设备拓扑网，设备为节点，连接关系为边，形成图，图同构算法理论是适用的，但离线模型PSDB 和在线模型D5000因为各自对电网设备模型描述不同，形成的拓扑网络也不同，不能直接应用图同构算法进行映射。

步骤S102，第一层网络由厂站和线路组成，形成厂站级的拓扑网络；所述拓扑网络同源同构，应用图论的子网同构算法拓扑映射。

本发明的做法是根据电网一次设备的电气特性和电网固有特点，把整网的一次设备拓扑网，抽线分解为两级网络，即：厂站和线路一层，站内一次设备一层，层与层彼此包含、联通，可独立拓扑分析。

第一层网络，由厂站和线路组成，PSDB和D5000系统中都有厂站、线路、厂站和线路连接关系的描述，都可直接形成厂站级的拓扑网络，如图3，图4 所示。这一级网络同源同构，可以直接应用图论的子网同构算法拓扑映射。

步骤S103，第二层网络由每个厂站的一次设备组成，离线数据和在线数据根据一次设备和一次设备之间的连接关系形成拓扑网络。

第二层网络，由每个厂站的一次设备组成。离线和在线数据都能对母线节点，发电机，变压器，电容电抗器等一次设备和之间的连接关系抽象出拓扑网络，但对母线节点的描述不同。PSDB的站内拓扑描述，可以认为是真实电网一次接线图的简化，抽像开关设备(开关刀闸、断路器等)为开关线，对母线抽线成母线节点，是静态的，创建一次，以后不会改变。D5000量测数据中，母线节点是基于刀闸断路器状态抽线到电气为零的节点，且是动态的，每个时刻的节点描述可能不同。

步骤S104，第一层网络和第二层网络通过母线和线路的连接关系，把第一层网络的厂站和线路的拓扑网络扩展到一次设备的拓扑网络，实现离线和在线数据的整网拓扑映射。

图5展示的某站内一次接线图，主接线方式为双母线运行。根据厂站运行状态可以衍生出很多种一次设备运行方式，如图6展示的4种。在D5000中，站内一次接线图是根据开关设备的投运状态，抽象出的电气距离为零的最简接线方式，只能是图6-3，图6-4，动态变化。在PSDB系统中，使用者根据一定原则，对开关设备，母线进行合理简化，图6-1，图6-2，图6-3都有可能，图 6-4也可能，但不推荐，限制了主接线的灵活性，可能会造成拓扑映射失败。

D5000系统虽然母线节点是动态的，一次设备和母线节点的连接关系也是动态的，但组合是有穷尽的，因为厂站主接线方式确定之后，开关设备的投运状态组合有一定规则，且有穷尽。PSDB系统，关于母线节点和站内开关线的描述，也是基于厂站常用的运行方式，进行合理简化，降低母线接线方式的灵活性，但增加了可读性，也是有穷尽的。两者都抽象出母线节点集合，和与母线节点相连的一次设备集合，如图7，图8，图9，两个系统站内拓扑映射问题，可以转变为集合的交并集问题。

PSDB的站内一次接线图可以理解为介于真实一次接线图和D5000电气为零简化一次接线图之间的过渡状态，是静态的。通过分裂母线节点，设置开关线状态，可转变到D5000动态的简化站内一次接线图，从静态转变为动态。也就是分裂母线对应某个母线节点设备集合拆分为多子集，设置站内线有效，对应两个节点设备集求并集。如图10所示，理论上每一种PSDB的静态拓扑网络，都可以映射到D5000动态拓扑网络。

以上的方法是建立在PSDB系统对站内主接线方式进行合理简化基础上，如果不合理，如图6-2，如果没有母线节点间的开关线，那么基于b11和b12 的设备，不能合母运行，即：求集合并集，也就不能转化到图6-3这种运行状态。

通过以上的方法，第一层网络和第二层网络通过母线和线路的连接关系，把第一层网络的厂站和线路的拓扑网络扩展到一次设备的拓扑网络，实现离线和在线数据的整网拓扑映射。

本发明应用的最佳实施例如下：

对于第一层网络，也就是厂站线路组成的拓扑网络，同源同构，可以直接网络映射。有成熟的图同构算法实现，如：Ullmann算法、Nauty算法、SD算法、VF算法等，具体公式和步骤在此发明中不在重复。

对于第二层网络，在厂站线路这一级拓扑映射的基础上，两个系统对各自每个厂站的一次设备拓扑进行简化，根据出线端、发电机端或PSDB站内开关线组成的简化拓扑网络，并形成各自的母线节点集合和连接到同一母线节点的一次设备集合，如图7，图8，图9所示。

在D5000中，站内一次接线图所有节点电气距离为零，只能是图6-3，图 6-4，是动态的。但在PSDB系统中，对开关设备，母线进行合理简化，可能为图6-1，图6-2，图6-3，是静态的。PSDB系统通过分裂母线，设置开关线状态，可模拟出D5000站内拓扑图，也就是设备集合(出线端、变压器端)求交并，实现两个拓扑网络一次设备连接关系一致，进而设置一次设备和母线节点连接状态，实现站内设备拓扑网络一致，如图11所示。这样站内一次设备拓扑映射问题转换为设备集合求交并的过程。

图6-3用集合表述分属不同节点设备集合S31＝{11，12，T1}和S32＝{13， 14，15，T2}，图6-4用集合表述分属不同节点设备集合S4＝{11，12，13，14， 15，T1，T2}，假设D5000系统的图6-3映射到PSDB系统的图6-4，两个网络拓扑映射问题，可以转变为求解集合S31，S32和S4的交并问题，因为S4＝S31 ∪S32，所以，PSDB系统的母线需要分裂为包含设备{11，12，T1}，{13，14， 15，T2}两段母线，分母运行实现两个系统的拓扑一致。

如果是复杂的映射关系，如D5000系统的图6-4映射到PSDB系统的图6-1，图6-4的设备集合表述为：S41＝{11，12，T1}和S42＝{13，14，15，T2}。图 6-1的设备用集合表述为S11＝{11，12}，S12＝{13，14}，S13＝{15，T1，T2}，因为：

S13＝(S13∩S41)∪(S13∩S42)，如图13所示。所以：图6-1的母线节点b3分裂运行，拆分为b31，b32两个母线节点，也就是S131＝{T1}，S132＝{15，T2}两个子集，b1-b2开关线断开，b1-b3开关线有效，b1和b31合母运行，b2-b3开关线有效，b2和b32和母运行，从而实现两个系统的拓扑一致。

通过如图9步骤，实现每个厂站的拓扑映射。第一层和第二层通过母线和线路的连接关系，从而把第一层厂站线路拓扑网扩展到一次设备拓扑网，从而实现离线和在线数据的整网拓扑映射。

本发明提出一种用于电网离线与在线数据的同源异构网架拓扑映射方法，核心思想是：1)根据图论理论结合电网网架和一次设备电气特性，把电网抽象成两层拓扑，把一张复杂无向有环一次设备网，分解成两层，简化了电网拓扑模型，根据每层网络特点逐层拓扑分析，提高拓扑分析效率；2)第二层的站内设备子网，从一次设备网络与母线节点的连接关系，结合集合操作，实现离线数据和在线数据的一次设备“节点对应”到整网“拓扑网络”映射。从而实现由电网在线运行状态形成PSDB运行方式，设置一次设备状态，并保持两个系统拓扑一致。

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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电网离线和在线数据的异构网架拓扑映射方法，其特征在于，包括:

根据电网一次设备的电气特性和电网固有特点，将电网的一次设备拓扑网络分解为两级网络；

第一层网络由厂站和线路组成，形成厂站级的拓扑网络；所述拓扑网络同源同构，应用图论的子网同构算法拓扑映射；

第二层网络由每个厂站的一次设备组成，离线数据和在线数据根据一次设备和一次设备之间的连接关系形成拓扑网络；

第一层网络和第二层网络通过母线和线路的连接关系，把第一层网络的厂站和线路的拓扑网络扩展到一次设备的拓扑网络，实现离线和在线数据的整网拓扑映射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两级网络，第一层网络与第二层网络彼此包含和联通，可以独立拓扑分析。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网一次设备，包括：发电机、变压器、电容、电抗。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二层网络，还包括：

在形成拓扑网络的同时，还形成在线系统和离线系统各自的母线集合和连接到同一母线节点的一次设备集合。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，还包括：

在线系统和离线系统各自的拓扑网络的一次设备连接关系一致，进而设置一次设备和母线节点的连接状态，实现站内设备拓扑网络一致。

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