CN112015953A - 基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，能够拓扑开关、母线等设备的关联关系，根据拓扑追踪技术能够更加快速简单地找到有变化的设备，然后扫描设备实时状态，追踪到故障设备；能够快速根据故障设备组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助调度员开展事故处置；能够根据故障设备做出风险预警和相应的降风险措施，提高电网安全。

Description

基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法

技术领域

本发明涉及电网拓扑技术领域，特别涉及一种基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩张，尤其是互联大电网的形成，电厂的作用相对弱化，于是电力系统网络主结构的规划设计变得尤为重要，电网互联，是各国电业工业发展的客观规律，是世界各国电力发展的必然趋势。在如此庞大的电网中，电网拓扑结构无疑直接决定着电力系统是否稳定，是否存在安全隐患，能否在意外发生的第一时间发现故障和解决故障等等。

电网元件在电网长期运行中可能会发生故障，而通过网络拓扑追踪技术追踪定位到故障电网元件，结合故障电网元件组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助调度员开展事故处置。考虑到现有技术的不足，我们根据实际经验情况反复改进，通过网络拓扑追踪技术追踪定位到故障电网元件，结合故障电网元件组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助调度员开展事故处置，保证电网安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一方面的目的是提供一种基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法。

本发明的第一方面的目的是通过以下技术方案实现的：

基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述方法包括,

步骤S1,建立电网对象的全部节点指针链表，依次访问电网的所有节点，将通过合闸断路器和/或隔离开关连接的节点处理为一个母线，然后将这些节点都添加到该母线的节点链表中；

步骤S2，依次遍历母线的节点指针链表，搜索链表中节点的新邻接节点并将其再添加到母线的链表中；按照元素存储在链表的先后顺序来访问指针链表元素，在搜索过程中，每次把节点的新邻近节点添加到母线的节点指针链表的末端，然后再访问这些节点；通过一个搜索循环，即可完成一个母线的拓扑分析；

步骤S3，在拓扑分析的过程中，如果发现有变化的设备，通过对设备的实时状态扫描，追踪到故障设备。

特别地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21:从电网对象节点指针链表中依次取节点，如果取完则结束；如果没有取完则进入步骤S2；

步骤S22：判断节点是否处理，如果处理完成则回到步骤S1，重新依次取节点；如果处理未完成则生成新的等值节点，将该节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记；

步骤S23：从等值节点的节点指针链表中依次取节点；

步骤S24：判断是否取完，如果取完则回到步骤S1；如果未取完则通过其所连闭合断路器端口节点指针数组，搜索其新邻近节点；

步骤S25:判断是否搜索完，如果搜索完成则回到步骤S3；如果未搜索完则将新邻近节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记。

特别地，所述步骤S3中，根据故障设备组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助开展事故处置。

特别地，所述实时状态扫描是扫描电网元件的实时状态，利用拓扑追踪到故障设备。

特别地，所述拓扑分析是分析设备状态以及设备之间的连接关系。

特别地，所述设备状态包括断开、运行、冷备用、热备用、检修状态。

特别地，通过矩阵数据寻找出两个设备是否有连接关系。

本发明的第二方面的目的是提供一种计算机装置，包括存储器、处理器及储存在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述的方法。

本发明的第三方面的目的是提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。

本发明的有益效果是：

1、本发明的方法能够拓扑开关、母线等设备的关联关系，根据拓扑追踪技术能够更加快速简单地找到有变化的设备，然后扫描设备实时状态，追踪到故障设备。

2、能够快速根据故障设备组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助调度员开展事故处置。

3、能够根据故障设备做出风险预警和相应的降风险措施，提高电网安全。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的电网拓扑搜索和分析具体流程图；

图2为实施例中某变电站电网元件的矩阵数据图；

图3为实施例中某变电站拓扑图；

图4为实施例中根据图3得到的电网元件关系图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

网络拓扑是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，特别是计算机分布的位置以及电缆如何通过它们。

拓扑是一种不考虑物体的大小、形状等物理属性，而仅仅使用点或者线描述多个物体实际位置与关系的抽象表示方法。拓扑不关心事物的细节，也不在乎相互的比例关系，而只是以图的形式表示一定范围内多个物体之间的相互关系。

在实际生活中，计算机与网络设备要实现互联，就必须使用一定的组织结构进行连接，这种组织结构就叫做“拓扑结构”。网络拓扑结构形象地描述了网络的安排和配置方式，以及各节点之间的相互关系，通俗地说，“拓扑结构”就是指这些计算机与通讯设备是如何连接在一起的。

电网实时拓扑动态技术：电力网络实时拓扑动态分区的任务是实时处理开关信息的变化，其本质是把用节点描述的物理模型转化为用母线描述的数学模型，给有关的应用程序提供新的结线接线方式下的信息与数据。电力系统实时开关状态的变化，可能是切除或投入发电机、负荷、电容器、电抗器，可能是母线分列或合并、支路开断，也可能是电网的开环、合环、解列或并列等。因此，网络实时拓扑动态分区技术需要准确而迅速地进行大量复杂的逻辑运算。

电力系统的网络拓扑可以转化为一个有向图来描述：G＝(V，E(S))。其中V为节点集合，S为有向边的状态(断开与否)。在网络拓扑分析中，描述开关的物理连接点称为节点，有向边则包括电力系统的依次设备线路、开关/刀闸、负荷、发电机、电容/电抗器、线路等，而通过闭合开关连接在一起的节点集合称为母线。节点是静态的，开关状态的变化不会影响节点，而母线是动态的，开关状态的变化可能使母线状态发生变化。除开母线与节点之外，电力系统包括有向边在内的其他元件进一步抽象而成的拓扑单元可分为如下几类：

(1)单端口支路类：描述只有一端和电网挂接的设备，综合了负荷、电容/电抗器、发电机和等值电源等设备的拓扑和物理属性；

(2)有源单端口支路类：它是单端口支路类，是电网的能量输入单元，综合了发电机、等值电源等设备的拓扑和物理属性。

(3)双端口支路类：描述首末节点都与电网连接的设备，综合了线路、开关/刀闸等设备的物理属性。

(4)可开合双端口支路类：双端口支路类的派生类，描述连接状态可变化的双端口支路，如开关/刀闸。

(5)联络线类：跨接两个厂站的双端口支路类，它是双端口支路类的派生类，如线路。

(6)多端口支路类：描述通过多个节点与电网连接的设备(如变压器等)。

(7)电压岛：描述在厂站内部以变压器为边界的所有连接在一起的设备和节点的集合类。

(8)电气岛：在电气上连通的所有设备和节点的集合的类。

网络实时拓扑动态分区通常由两步组成。第一步是厂站的结线接线分析，也称母线分析。具体方法是利用堆栈技术进行搜索，即从一个节点出发，利用一个堆栈存放有中间分支的节点，沿

条路径向前搜索，把由闭合开关连接在一起的节点划分为一个母线；再从另一个未划分母线号的节点出发，采用同样方法搜索，直到所有节点都分配母线号。第二步是系统网络分析，将整个系统的母线由支路连接成若干子系统(岛)。在系统不解列的情况下，全网是一个子系统。

在电网拓扑结构中，相关术语解释如下：

1)端点(Terminal)类：导电设备的电气连接点。端点连接于称为“连接节点(ConnectivityNodes)”的物理连接点。表示每个导电设备的电气连接端点。

2)连接节点容器(ConnectivityNodeContainer)类：包括了连接节点和拓扑节点的基类。本规范中对该类无实例化。

3)连接节点(ConnectivityNode)类：连接节点是这样的一些点，在这些点上导电设备的端点通过零阻抗连接在一起。表示将两个导电设备的端点接合起来，形成一个连接点，表示两个导电设备之间的电气连接关系。

通过使用Terminal和ConnectivityNode，就可以描述整个电网的电气拓扑连接关系。

本发明的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，采用按电压等级分层遍历与同一电压等级广度优先搜索相结合的方法进行实时拓扑分析，完成风险预警。搜索的顺序可描述为：访问了起始节点v后，依次访问v的各个未访问的邻节点v1、v2、…vt，然后顺序访问v1、v2、…vt的所有未访问的邻近节点，直到寻访完网络中所有的节点。拓扑分析对象是网络中的节点与断路器以及隔离开关，包括的步骤有：

步骤S1,建立电网对象的全部节点指针链表，依次访问电网的所有节点，将通过合闸断路器和/或隔离开关连接的节点处理为一个母线，然后将这些节点都添加到该母线的节点链表中；

步骤S2，依次遍历母线的节点指针链表，搜索链表中节点的新邻接节点并将其再添加到母线的链表中；按照元素存储在链表的先后顺序来访问指针链表元素，在搜索过程中，每次把节点的新邻近节点添加到母线的节点指针链表的末端，然后再访问这些节点；通过一个搜索循环，即可完成一个母线的拓扑分析处理；

步骤S3，在拓扑分析处理的过程中，如果发现有变化的设备，通过对设备的实时状态扫描，追踪到故障设备。实时状态扫描是扫描电网元件的实时状态，利用拓扑追踪到故障设备。本实施例中的拓扑分析是分析设备状态以及设备之间的连接关系。设备状态包括断开、运行、冷备用、热备用、检修状态，通过矩阵数据寻找出两个设备是否有连接关系。

其中，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21:从电网对象节点指针链表中依次取节点，如果取完则结束；如果没有取完则进入步骤S2；

步骤S22：判断节点是否处理，如果处理完成则回到步骤S1，重新依次取节点；如果处理未完成则生成新的等值节点，将该节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记；

步骤S23：从等值节点的节点指针链表中依次取节点；

步骤S24：判断是否取完，如果取完则回到步骤S1；如果未取完则通过其所连闭合断路器端口节点指针数组，搜索其新邻近节点；

步骤S25:判断是否搜索完，如果搜索完成则回到步骤S3；如果未搜索完则将新邻近节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记。

在步骤S3中，根据故障设备组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助开展事故处置。

本实施例中的拓扑追踪算法通过设备与设备之间物理连接关系，虚拟出设备端点和设备连接点的连接关系，实现程序层面的逻辑连接关系。通过选中设备追踪设备端点，以及通过设备端点追踪连接点，再通过连接点追踪其他设备端点，逐层搜索以完成通过设备找到其他相关联的所有设备。

运用实例：

图2为某变电站所涉电网元件的矩阵数据图，图3为某变电站所涉电网元件的拓扑图，图4为根据图3得到的电网元件关系图，如果需要判断线路4是否与右边的1B连接；

说明：1代表两个设备之间有一个开关连接并且是闭合状态；则，可以根据上面图1得出以下如图3的关系图：由图3可见，线路4是否与右边的1B连接有两个方案；

方案1：线路4→Ⅰ母线→1B；

说明：

1、线路4与Ⅰ母线之间有一个开关(5041)并且是闭合状态，说明线路4与Ⅰ母线之间是连接的；

2、Ⅰ母线与1B之间有一个开关(5011)并且是闭合状态，说明Ⅰ母线与1B之间是连接的；

3、所以得出线路4与右边的1B是连接的。

方案2：线路4→线路1→Ⅱ母线→线路3→1B；

说明：

1、线路4与线路1之间有一个开关(5042)并且是闭合状态，说明线路4与线路1之间是连接的；

2、线路1与Ⅱ母线之间有一个开关(5043)并且是闭合状态，说明线路1与Ⅱ母线之间是连接的；

3、Ⅱ母Ⅱ母线与线路3之间有一个开关(5013)并且是闭合状态，说明Ⅱ母Ⅱ母线与线路3之间是连接的；

4、线路3与1B之间有一个开关(5012)并且是闭合状态，说明线路3与1B之间是连接的；

5、所以得出线路4与右边的1B是连接的。

最后需要强调的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述方法包括,

步骤S1,建立电网对象的全部节点指针链表，依次访问电网的所有节点，将通过合闸断路器和/或隔离开关连接的节点处理为一个母线，然后将这些节点都添加到该母线的节点链表中；

步骤S2，依次遍历母线的节点指针链表，搜索链表中节点的新邻接节点并将其再添加到母线的链表中；按照元素存储在链表的先后顺序来访问指针链表元素，在搜索过程中，每次把节点的新邻近节点添加到母线的节点指针链表的末端，然后再访问这些节点；通过一个搜索循环，即可完成一个母线的拓扑分析；

步骤S3，在拓扑分析的过程中，如果发现有变化的设备，通过对设备的实时状态扫描，追踪到故障设备。

2.根据权利要求1所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21:从电网对象节点指针链表中依次取节点，如果取完则结束；如果没有取完则进入步骤S2；

步骤S22：判断节点是否处理，如果处理完成则回到步骤S1，重新依次取节点；如果处理未完成则生成新的等值节点，将该节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记；

步骤S23：从等值节点的节点指针链表中依次取节点；

步骤S24：判断是否取完，如果取完则回到步骤S1；如果未取完则通过其所连闭合断路器端口节点指针数组，搜索其新邻近节点；

步骤S25:判断是否搜索完，如果搜索完成则回到步骤S3；如果未搜索完则将新邻近节点添加到等值节点的节点链表中，并对其做处理标记。

3.根据权利要求1所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据故障设备组成风险点，给出实时运行风险事故事件等级在线预判，辅助开展事故处置。

4.根据权利要求1所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述实时状态扫描是扫描电网元件的实时状态，利用拓扑追踪到故障设备。

5.根据权利要求1所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述拓扑分析是分析设备状态以及设备之间的连接关系。

6.根据权利要求5所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：所述设备状态包括断开、运行、冷备用、热备用、检修状态。

7.根据权利要求5所述的基于网络拓扑追踪技术的电网元件实时风险预警方法，其特征在于：通过矩阵数据寻找出两个设备是否有连接关系。

8.一种计算机装置，包括存储器、处理器及储存在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

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