CN111931318B - 一种基于图计算的供电路径分析方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于图计算的供电路径分析方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1、收供电路径分析请求；S2、获取电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；S3、对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；S4、将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。本发明能够提升调控人员对全网新能源信息的精准感知，精准定位运行监视关键设备，提高电网调度人员的工作效率的同时，提高电网运行安全水平。

Description

一种基于图计算的供电路径分析方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，尤其涉及一种基于图计算的供电路径分析方法及系统。
背景技术
随着全球能源互联网的快速建设与发展，新能源及多元化负荷快速发展，电力网架结构和运行方式日渐复杂，电网调度控制逐渐向低电压等级延伸，配电网设备众多，网络结构大多为环式，因此电网拓扑关系尤为复杂。电网拓扑分析遇到的挑战有以下几点：1)随着调度管理的电压等级的延伸，涉及的电网设备呈倍数增长，导致电网拓扑分析数据几何级增长；2)随着用户侧改革带来的服务升级，需要频繁的进行电网拓扑分析，来解决用户侧需求；3)随着人工智能和大数据等新技术的发展，电网拓扑分析作为网络分析的基础应用面临的需求越来越多，拓扑分析的灵活性亟需加强。因此拓扑分析性能受到了极大的考验。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于图计算的供电路径分析方法及系统，基于主配网一体化模型，利用图理论，形成一体化网络拓扑图，对其进行图划分，将不同子图利用局部搜索法进行电力设备上级电源点的逐级追溯，提升调控人员对全网新能源信息的精准感知，精准定位运行监视关键设备，提高电网调度人员的工作效率的同时，提高电网运行安全水平。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于图计算的供电路径分析方法，所述方法包括以下步骤：
S1、接收供电路径分析请求；
S2、获取电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；
S3、对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；
S4、将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。
优选的，步骤S2中电网数据包括：电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
优选的，步骤S2获取电网数据后，对电网数据中需要设置的参数进行调整。
优选的，步骤S2中，根据电网数据中拓扑连接点数据，将拓扑连接点数据中物理模型抽象成计算模型，获得基于图计算的供电路径分析图；利用图划分将整张供电路径分析图划分为不同类型的供电路径分析子图。
优选的，步骤S3中根据设置的搜索条件和边界对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析。
优选的，供电路径拓扑分析时沿着供电的潮流进行拓扑搜索；
所述供电的潮流根据电网数据中经过清洗的电网断面获得。
优选的，电网断面进行清洗的过程包括：
1)、设置总体的残差门槛值；
2)、将状态估计结果和实际量测进行残差计算，取一个最大残差，并排除此不良数据；
3)、排除不良数据后进行残差修正，查看整体残差的变化，是否减少，判断是否是不良数据；
4)重复步骤2)、3)，直到残差小于门槛值。
一种基于图计算的供电路径分析系统，所述系统包括：
接收模块，用于接收供电路径分析请求；
建立模块，获取电网数据，清洗电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；
分析模块，对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；
输出模块，将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。
优选的，电网数据包括：电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
优选的，分析模块根据电网数据中拓扑连接点数据，将拓扑连接点数据中物理模型抽象成计算模型，获得基于图计算的供电路径分析图；利用图划分将整张供电路径分析图划分为不同类型的供电路径分析子图。
有益效果：本发明基于主配网一体化模型，利用图理论，形成一体化网络拓扑图，本发明对其进行图划分，将不同子图利用局部搜索法进行电力设备上级电源点的逐级追溯，提升调控人员对全网新能源信息的精准感知，精准定位运行监视关键设备，提高电网调度人员的工作效率的同时，提高电网运行安全水平。
通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。
附图说明
图1是本发明的基于图计算的供电路径分析方法流程图；
图2是本发明的将图划分为不同的子图示意图；
图3是本发明的供电路径分析流程示意图；
图4是本发明的供电路径图与供电路径存储结构示意图；
图5是本发明的基于图计算的供电路径分析系统示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
图1是本发明的基于图计算的供电路径分析方法流程图。如图1所示，本发明提供一种基于图计算的供电路径分析方法，所述方法包括以下步骤：
S1:接收供电路径分析请求；
本步骤中，用户可以通过分析系统中的用户界面输入请求，以请求系统进行供电路径分析。
S2:获取电网数据，建立基于图计算的供电路径分析模型；
本步骤S2包括：读取电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
具体地，CIME是在IEC61970电力系统公共信息模型的基础上，一种新型高效的电力系统模型数据描述规范。CIME模型数据其中包含了厂站、间隔等电力系统等对象。其描述了电力系统基准电压、厂站等26类对象。以厂站(含发电厂、变电站)为例，其包括(mRID，pathname等)9个域。量测数据包含电网、厂站、断路器等遥测、遥信数据和保护数据等运行数据。
CIME模型数据格式
Figure BDA0002573676660000041
Figure BDA0002573676660000051
CIME量测数据格式
Figure BDA0002573676660000052
本步骤S2还包括：对模拟计算环境进行设置。
具体地，该步骤可改变各种运行方式操作后进行状态估计数据清洗，进行潮流计算生成清洗后的潮流计算结果。能够根据对断路器、负荷开关、隔离开关、线路、发电机、负荷、变压器、容抗器、馈线、配变等设备的人工操作计算设备的运行状态。设备可设置的运行状态可以由运行改为停运、检修，则在后续图计算中不会对此类设备进行存储。设备的类型也可由变压器绕组、开关等双端设备设置成等值负荷，以去掉某些没有量测数据的设备从而提高运行数据质量。
优选地，本步骤S2包括：对电网断面数据进行清洗，检测辨识不良数据，得到筛选后的有效数据。
具体地，电网拓扑数据逻辑关系复杂，电网相关模型和量测数据量巨大，难免中间会出现不良数据，因此需要在构建图数据结构之前对已有设备数据和连接点数据进行清洗。所谓不良数据是指误差大于某一标准(例如310倍标准方差)的量测数据。量测错误数据分为两类：一类是模型维护存在的错误；另一类是在采样周期中随机出现的错误数据(即下一次采样不一定还是那几个错误数据)。正常运行中往往开关状态错误(量测错或无量测)是引起这一类错数的主要原因。
不良数据辨识的流程逻辑为(1)设置总体的残差门槛值(2)将状态估计结果和实际量测进行残差计算，取一个最大残差，并排除此不良数据；(3)排除不良数据后进行残差修正，查看整体残差的变化，是否减少，判断是否是不良数据；(4)重复步骤(2)、(3)，直到残差小于门槛值。
本步骤S2还包括：将物理模型抽象成计算模型，将整张图划分为不同类型的子图。
具体地，基于图论理论，电网拓扑设备抽象成顶点和边来形成计算模型，设备属性存储在节点和边中，设备的连接关系通过边进行描述。将母线和设备连接点抽象成顶点元素，双端元件(如断路器、隔离开关、变压器绕组、串联补偿器等)和单端元件(如负荷、机组、电容器、接地刀闸等)抽象成边元素。形成图类G＝(V,E)，其中V是G的顶点集合，E是G的边集合，且顶点和边均赋予属性。
图划分的目的是将G划分为更小的分量，以加快拓扑搜索速度。给定G＝(V,E)和正整数p，找到V的子集V1,V2,...,VP，使得在同一个图中实现
Figure BDA0002573676660000071
不同Vi∩Vj＝Θ，其中i≠j。任意集合
Figure BDA0002573676660000072
称为p路分区。每个Vi是分区的一部分，称为G的子图。当子图中任意2个顶点均可通过一条或多条边相互连接，同时任何顶点都不与子图外的其他顶点相连接，则称该子图为G的一个连通分量。删去子图间的连接边，形成G的连通分量，如附图2所示。
电力系统网络拓扑一般分为形成计算母线和形成电气岛。计算母线由闭合状态的开关和隔离开关连接起来的物理节点组成，可将连结在一起的物理母线和母联开关形成一个顶点；电气岛是通过变压器和线路等设备元件连接起来的计算母线的集合。计算母线和电气岛均可视为图划分不同阶段的子图。对每个子图内部进行拓扑分析，再结合连接点进行分析，可以实现网络拓扑分析。
计算母线拓扑分析步骤为(1)根据物理母线的母联开关状态将连接在一起的物理母线划分为一条计算母线，存储为点；(2)将该计算母线所属计算节点上的相同电压等级设备按照类别抽象成边并存储为发散边；(3)根据每个边的连接点继续找边设备；(4)找到顶点设备此子图的搜索结束，存储该图结构。
建立计算母线后，通过变压器、线路等支路元件将其连通，电气岛拓扑分析步骤为(1)从计算母线顶点出发，沿出射边搜索其变压器、线路类的边，进而查找该边对应的顶点计算母线；(2)存储图结构，顶点为计算母线，边为变压器绕组或线路的双端设备。
通过以上步骤，形成了计算母线图类，电气岛图类，共同组成了整个图。运用图进行拓扑搜索时可以对顶点进行直接访问，对边的遍历查询要根据所连接顶点开始搜索。
S3:基于建立的计算模型分析供电路径；
优选地，所述步骤S3包括：根据搜索条件和边界对子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备。
具体地，搜索截止的条件为到220kV以上高压环网为止，220kV以上高压环网，即220kv的母联开关为闭合，在供电路径搜索里是220kv及以上计算母线中的物理母线至少有2条。由于供电路径分析是由低电压等级到高电压等级所通过设备的路径搜索，与单纯的拓扑分析不同，供电路径分析要考虑断面的潮流流向，沿着供电的潮流进行拓扑搜索。在进行供电路径分析时，首先按厂站在站内沿着计算母线的电压等级逐级向上搜索设备，直到找到本站进线设备，则进入线路对端厂站进行搜索。但是也会出现跨越相同电压等级计算母线进行搜索的情况，比如在T节点站内需要找到线路所在母线的另一根出线线路。供电路径分析逻辑流程如附图3所示。
供电路径分析逻辑为(1)输入起始设备ID，搜索该设备所属厂站和电压等级；(2)搜索该设备所属计算母线，搜索该计算母线所属变压器绕组；如果没有绕组则搜索所属该母线的进线线端(3)如找到变压器绕组电压等级更高的另一绕组，再搜索所属计算母线，直到找到该厂站内最高电压等级计算母线的进线线路线端；(4)根据进线线端搜索对端线端，以对端线端为起点进行供电路径分析；(5)当有2根及以上物理母线属于一根220kV及以上电压等级的计算母线停止搜索。
本步骤S3还包括：将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。
具体地，在供电路径分析过程中，为了将所有可能的供电路径存储在数据库中，需要将起点设备的供电路径经过的设备的前后顺序进行一一对应。因为起点只有一个，它的前向设备是空，但是供电路径上的其他设备都有一个前向设备，因此只需定义一个结构体对供电路径经过的节点进行记录，得到供电路径通过的全部设备的顺序。针对节点的特性，定义记录结构体如下。
Node{
Ifather；//前向设备的rank
Rank；//本节点设备的rank
Name；//设备名称
Voltage_type；//电压等级
St_id；//所属厂站}
考虑到电网的结构的复杂，在存储节点信息的过程中，同一个设备可能出现在不同的供电路径中。因此，在存储过程中，不区分同一设备是否存储过，只要是在供电路径出现过的设备都会记录，这样可以保证供电路径的完整性，示例如附图4所示。
将路径节点都存储后，还原路径的真实结构的方法采用的是递归法，即遍历存储的节点找到供电路径的终点节点，以终点节点为起点，搜索其父节点，直到搜索到起始节点为止。供电路径存储的表结构如下：
Figure BDA0002573676660000091
S4:输出供电路径分析结果。
本步骤中，可以通过用户界面的显示器向调度人员输出显示供电路径分析的所有结果，以供调度人员进行决策优化。
实施例2
图5是本发明的基于图计算的供电路径分析系统示意图。如图5所示，本发明还提供了一种基于图计算的供电路径分析系统，所述系统包括：
接收模块，用于接收供电路径分析请求；
建立模块，获取电网数据，清洗电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；
分析模块，对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；
输出模块，将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。
电网数据包括：电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
建立模块根据电网数据中拓扑连接点数据，对电网断面数据进行清洗，检测辨识不良数据，得到筛选后的有效数据。
优选地，所述分析模块还用于：将拓扑连接点数据中物理模型抽象成计算模型，获得基于图计算的供电路径分析图；利用图划分将整张供电路径分析图划分为不同类型的供电路径分析子图。
优选地，所述分析模块还用于：根据搜索条件和边界对子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备；将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果。
本发明实施例2中各个模块所执行的方法步骤的具体实施过程与实施例1中的各个步骤的实施过程相同，在此不再赘述。
本发明基于主配网一体化模型，利用图理论，形成一体化网络拓扑图，本发明对其进行图划分，将不同子图利用局部搜索法进行电力设备上级电源点的逐级追溯，提升调控人员对全网新能源信息的精准感知，精准定位运行监视关键设备，提高电网调度人员的工作效率的同时，提高电网运行安全水平。
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。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于图计算的供电路径分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、接收供电路径分析请求；
S2、获取电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；
S3、对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；
S4、将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果；
步骤S3中根据设置的搜索条件和边界对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析；
搜索截止的条件为到220kV以上高压环网为止；在进行供电路径分析时，首先按厂站在站内沿着计算母线的电压等级逐级向上搜索设备，直到找到本站进线设备，则进入线路对端厂站进行搜索；
供电路径拓扑分析逻辑为：（1）输入起始设备ID，搜索起始设备所属厂站和电压等级；（2）搜索起始设备所属计算母线，搜索计算母线所属变压器绕组；如果没有绕组则搜索所属母线的进线线端；（3）如找到变压器绕组电压等级更高的另一绕组，再搜索所属计算母线，直到找到厂站内最高电压等级计算母线的进线线路线端；（4）根据进线线路线端搜索对端线端，以对端线端为起点进行供电路径分析；（5）当有2根及以上物理母线属于一根220kV及以上电压等级的计算母线停止搜索。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中电网数据包括：电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2获取电网数据后，对电网数据中需要设置的参数进行调整。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，根据电网数据中拓扑连接点数据，将拓扑连接点数据中物理模型抽象成计算模型，获得基于图计算的供电路径分析图；利用图划分将整张供电路径分析图划分为不同类型的供电路径分析子图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供电路径拓扑分析时沿着供电的潮流进行拓扑搜索；
所述供电的潮流根据电网数据中经过清洗的电网断面获得。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，电网断面进行清洗的过程包括：
1）、设置总体的残差门槛值；
2）、将状态估计结果和实际量测进行残差计算，取一个最大残差，并排除此不良数据；
3）、排除不良数据后进行残差修正，查看整体残差的变化是否减少，判断是否是不良数据；
4）重复步骤2）、3），直到残差小于门槛值。
7.一种基于图计算的供电路径分析系统，其特征在于，所述系统包括：
接收模块，用于接收供电路径分析请求；
建立模块，获取电网数据，建立基于图计算的供电路径分析子图；
分析模块，对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析，找到到达上级电源点所经过的设备，获得子图的搜索路径；
输出模块，将不同子图的搜索路径按顺序进行排列组合，得到全部的供电路径结果；
分析模块根据设置的搜索条件和边界对供电路径分析子图进行供电路径拓扑分析；
搜索截止的条件为到220kV以上高压环网为止；在进行供电路径分析时，首先按厂站在站内沿着计算母线的电压等级逐级向上搜索设备，直到找到本站进线设备，则进入线路对端厂站进行搜索；
供电路径拓扑分析逻辑为：（1）输入起始设备ID，搜索起始设备所属厂站和电压等级；（2）搜索起始设备所属计算母线，搜索计算母线所属变压器绕组；如果没有绕组则搜索所属母线的进线线端；（3）如找到变压器绕组电压等级更高的另一绕组，再搜索所属计算母线，直到找到厂站内最高电压等级计算母线的进线线路线端；（4）根据进线线路线端搜索对端线端，以对端线端为起点进行供电路径分析；（5）当有2根及以上物理母线属于一根220kV及以上电压等级的计算母线停止搜索。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，电网数据包括：电网断面CIME文件和拓扑连接点数据。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，分析模块根据电网数据中拓扑连接点数据，将拓扑连接点数据中物理模型抽象成计算模型，获得基于图计算的供电路径分析图；利用图划分将整张供电路径分析图划分为不同类型的供电路径分析子图。
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