CN111969601A - 基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网拓扑分析技术领域，具体公开了一种基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法包括获取电网内全部电气设备模型；将所述电网内全部电气设备模型中相互连接在一起的节点组成一个成环运行的区块，建立分区块电网电气设备模型；根据分区块电网电气设备模型建立各个区块的区块拓扑图：每一区块实施并行计算；当各区块内部发生变化时，重新进行计算；根据各区块内最终的电气岛信息进行拓扑着色。本方案缩短分析时间，保证了电网拓扑分析的时效性。

Description

基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法

技术领域

本发明属于电网拓扑分析技术领域，具体涉及一种基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法。

背景技术

目前，电网的拓扑分析方法一般采用集中式、一体化的架构，即通过读取系统中的全部设备模型数据和遥信遥测数据，基于设备的连接点号，确定一次设备之间的物理连接关系，将整个电力网络抽象成由“点”和“边”组成的拓扑图，之后采用深度优先搜寻或广度优先搜索的方法对全部设备完成电气岛分析、逻辑母线分析等拓扑分析。以全网拓扑分析的结果为基础，进一步完成不平衡量分析、可疑量测分析、故障分析等一系列设备状态分析。

但是，随着电力网络的规模日益增大，以及分布式电网的并网，电网复杂程度呈指数增加，如果仍旧采用集中式的拓扑分析算法，分析的耗时会大大增加，分析效率底下，另外，在此类集中式的拓扑分析算法中，使一个设备状态变更，也需要进行全网拓扑计算，导致拓扑分析在时效上越来越无法保证，成为制约电网调度自动化系统的实时性的一个重要瓶颈。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，将电网内全部电气设备模型划分多个成环运行的区块电网电气设备模型，以各区块内拓扑图为基础进行多计算点的并行处理，从而实现电网拓扑分析的并行计算，缩短分析时间进而提高分析的效率。

为了达成上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，包括以下步骤：

步骤1：获取电网内全部电气设备模型；

步骤2：对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分，将电气设备模型中相互连接在一起的节点组成一个成环运行的区块，将电网划分为多个区块，建立分区块电网电气设备模型；

步骤3：根据分区块电网电气设备模型，以各区块内的母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边建立各个区块的区块拓扑图，并通过区块相邻关系表建立区块拓扑图集合；所述区块拓扑图集合中包含多个连通子图；

步骤4：每一区块对应一单独的计算点，实施并行计算，通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，以每个连通子图为一个电气岛获得电气岛信息；

步骤5：判断各区块内部是否发生变化，无变化则根据电气岛信息对各区块进行拓扑着色，否则重新进行电气岛信息计算后得到最终电气岛信息，并据此对各区块进行拓扑着色。

优选的方案中，所述电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息。

优选的方案中，所述步骤5中，否则重新进行电气岛信息计算后得到最终电气岛信息，并据此对各区块进行拓扑着色具体包括：

步骤51：当各区块内部发生变化时，对变化区块重新进行电气岛信息计算；

步骤52：将重新计算获得的电气岛信息与上一次计算获得的电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的电气岛信息通过消息报文发往其他各区块的计算节点，并转至步骤53；

步骤53：各计算节点接收到来自其他计算节点的电气岛信息，以此为基础数据进行一次协同计算；

步骤54，根据协同计算获得的各区块内最终电气岛信息，对各区块进行拓扑着色。

优选的方案中，所述协同计算的过程为：各计算节点将自身区块以及来自其他区块的各个电气岛抽象为一点，每条分区边界线路抽象为一条边，更新区块相邻关系表，使用深度优先遍历算法，获取各区块内最终的电气岛信息。

优选的方案中，各区块内的电气岛信息均存储在电气岛信息表中供所述计算节点读取，每一计算点均可读取完整的电气岛信息表。

优选的方案中，协同计算后，各计算节点获得的最终的电气岛信息完全一致。

优选的方案中，步骤2中，采用基于社团发现的分区算法对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分。

优选的方案中，步骤2中建立分区块电网电气设备模型时，对于跨接在相邻的两个区块上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的区块。

优选的方案中，步骤3中建立各区块的区块拓扑图时，采取冗余建模，即相邻的两个区块内均包含边界线路的全部信息。

本发明所达到的有益效果：本发明通过将电网内全部电气设备模型，拆分为分区块电网电气设备模型，实现了以区块内拓扑图为基础的多计算点的独立并行计算。当区块内发生变化时，重新计算电气岛信息而后将各计算节点结果进行交互，联合完成协同计算，得到最终的电气岛分析结果；该算法可以解决大电网模型拓扑结构分析耗时长的问题，显著提高电网拓扑分析效率，缩短分析时间，保证了电网拓扑分析的时效性。

附图说明

图1为本发明实施例1中的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法的流程图。

图2为本发明实施例2中的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法的流程图。

图3为本发明实施例3中的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，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的一部分实施例，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作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。

随着科技的发展和设备的进步，并行计算(Parallel Computing)的概念被广泛的应用到了各类分析和模拟仿真计算中。并行计算概念就是多个线程同时进行工作。并行计算可以降低解决问题的运行时间，也可增大要解决问题的尺度。根据并行算法设计，将要解决的问题分解到子任务中，将这些任务映射到不同进程，可同时使用多种计算资源解决计算问题。本发明提供了一种基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，将电网内全部电气设备模型划分多个成环运行的区块电网电气设备模型，以个各区块内拓扑图为基础进行多计算点的并行处理，从而实现电网拓扑分析的并行计算，缩短分析时间进而提高分析的效率。

图1所示为本发明基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法实施例1的流程图，包括以下步骤：

步骤S101：获取电网内全部电气设备模型；

步骤S102：对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分；将电气设备模型中相互连接在一起的节点组成一个成环运行的区块，将电网划分为多个区块，建立分区块电网电气设备模型；

本实施例中，采用基于社团发现的分区算法对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分。社团结构及社团发现是近年来发展迅速的复杂网络理论中最重要的分支之一，在社会关系学、互联网以及商业行为聚类等领域得到了广泛的应用并取得了重要的成果，现已被逐渐引入到电力网络的复杂行为研究中，现有技术对该分区算法已有大量记载，在此不再赘述。

另外，本实施例中，在建立分区块电网电气设备模型时，对于跨接在相邻的两个区块上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的区块。

步骤S103：根据分区块电网电气设备模型，以各区块内的母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边建立各个区块的区块拓扑图，并通过区块相邻关系表建立区块拓扑图集合；区块拓扑图中包含多个连通子图。当对于跨接在相邻的两个区块上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的区块时，在建立各区块的区块拓扑图时，可以采取冗余建模，即相邻的两个区块内均包含边界线路的全部信息。

步骤S104：每一区块对应一单独的计算点，实施并行计算，通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，以每个连通子图为一个电气岛获得电气岛信息。

具体的，电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息。

步骤S105：判断各区块内部是否发生变化，无变化则根据电气岛信息对各区块进行拓扑着色，否则重新进行电气岛信息计算后得到最终电气岛信息，并据此对各区块进行拓扑着色。

具体的判断各岛逻辑母线数、是否带电、是否接地、边界线路等这些状态是否发生变化，如果发生变化，则重新进行电气岛信息计算。

结合图2所示的流程图，详细介绍重新进行电气岛信息计算得到最终电气岛信息并对各区块进行拓扑着色的具体步骤，包括：

步骤S51：当各区块内部发生变化时，对变化区块重新进行电气岛信息计算；

步骤S52：将重新计算获得的电气岛信息与上一次计算获得的电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的电气岛信息通过消息报文发往其他各区块的计算节点，并转至步骤S53；

步骤S53：各计算节点接收到来自其他计算节点的电气岛信息，以此为基础数据进行一次协同计算；本实施例中协同计算的过程为：各计算节点将自身区块以及来自其他区块的各个电气岛抽象为一点，每条分区边界线路抽象为一条边，更新区块相邻关系表，使用深度优先遍历算法，获取各区块内最终的电气岛信息。

步骤S54，根据协同计算获得的各区块内最终的电气岛信息，对各区块进行拓扑着色。

本实施例中，各区块内的电气岛信息均存储在电气岛信息表中供所述计算节点读取，每一计算点均可读取完整的电气岛信息表。协同计算后，各计算节点获得的最终的电气岛信息完全一致。

如图3所示的实施例3流程图整个算法分为了独立并行计算和协同计算两个阶段进行，以电气岛信息表为中间结果，该表中存储了各区块内的电气岛信息，属于本计算节点的电气岛信息由本计算节点进行维护，其余计算节点的电气岛信息通过信息报文实现交互。

在独立并行计算阶段，各计算节点均以区块内模型为基础，完成对应的区块内的电气岛分析，包括各岛逻辑母线数、是否带电、是否接地、边界线路等，结果存储在电气岛信息表中。通过消息报文完成信息交互后，开始第二阶段的协同计算，对各计算节点的第一阶段计算结果中形成的电气岛及其边界线路进行点边建模，完成联合电气岛的协同分析，为本区块内的各设备分配最终电气岛号，完成统一拓扑着色。

在第一阶段的独立并行计算中，若计算后结果与计算前未发生显著变化，则不需要进行信息交互以及第二阶段计算，可简化拓扑分析流程。

综上所述，上述算法可以解决大电网模型拓扑结构分析非常缓慢的问题，只需要增加区块以及相应的计算节点的数量就可有效降低计算时间，减轻各计算节点的负载，显著提高电网拓扑分析的效率，保证其时效性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取电网内全部电气设备模型；

步骤2：对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分，将电气设备模型中相互连接在一起的节点组成一个成环运行的区块，将电网划分为多个区块，建立分区块电网电气设备模型；

步骤3：根据分区块电网电气设备模型，以各区块内的母线、发电机、终端设备为点，以电网线路、开关刀闸、变压器为边建立各个区块的区块拓扑图，并通过区块相邻关系表建立区块拓扑图集合；所述区块拓扑图集合中包含多个连通子图；

步骤4：每一区块对应一单独的计算点，实施并行计算，通过深度优先遍历算法，遍历所有的连通子图，以每个连通子图为一个电气岛获得电气岛信息；

步骤5：判断各区块内部是否发生变化，无变化则根据电气岛信息对各区块进行拓扑着色，否则重新进行电气岛信息计算后得到最终电气岛信息，并据此对各区块进行拓扑着色。

2.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，所述电气岛信息包括岛内逻辑母线数目信息、带电信息、接地信息和分区边界线路信息。

3.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，所述步骤5中，否则重新进行电气岛信息计算后得到最终电气岛信息，并据此对各区块进行拓扑着色具体包括：步骤51：当各区块内部发生变化时，对变化区块重新进行电气岛信息计算；

步骤52：将重新计算获得的电气岛信息与上一次计算获得的电气岛信息进行比较；若带电信息与分区边界信息未发生变化，则不做任何后续操作；若发生变化，则将重新计算获得的电气岛信息通过消息报文发往其他各区块的计算节点，并转至步骤53；

步骤53：各计算节点接收到来自其他计算节点的电气岛信息，以此为基础数据进行一次协同计算；

步骤54，根据协同计算获得的各区块内最终电气岛信息，对各区块进行拓扑着色。

4.根据权利要求3所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，所述协同计算的过程为：各计算节点将自身区块以及来自其他区块的各个电气岛抽象为一点，每条分区边界线路抽象为一条边，更新区块相邻关系表，使用深度优先遍历算法，获取各区块内最终的电气岛信息。

5.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，各区块内的电气岛信息均存储在电气岛信息表中供所述计算节点读取，每一计算点均可读取完整的电气岛信息表。

6.根据权利要求3所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，协同计算后，各计算节点获得的最终的电气岛信息完全一致。

7.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，步骤2中，采用基于社团发现的分区算法对所述电网内全部电气设备模型进行区块划分。

8.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，步骤2中建立分区块电网电气设备模型时，对于跨接在相邻的两个区块上的交流线路，两个交流线端分别属于各自对应的区块。

9.根据权利要求1所述的基于区块成环网络模型的电网拓扑分析方法，其特征在于，步骤3中建立各区块的区块拓扑图时，采取冗余建模，即相邻的两个区块内均包含边界线路的全部信息。

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