CN112365180A - 配电网节点重要度评估方法、系统、存储介质及计算设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网节点重要度评估方法、系统、存储介质及计算设备，根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图；根据抽象得到的配电网拓扑图计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，综合分析配电网节点的全局重要性，生成配电网重要节点集，实现配电网节点重要度评估。本发明以加权介数中心度为指标，实现对配电网节点重要度的评估，能够准确有效地为配电网的分析、建设、升级、改造、运行优化控制等探测出重要的节点。
Description
技术领域
本发明属于配电网分析技术领域，具体涉及一种基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估方法、系统、存储介质及计算设备。
背景技术
配电网是电力系统的末端，直接与电力用户相连接。保障配电网的安全可靠运行，是保证供电质量、实现电力工业现代化的重要手段，对促进和改善电力工业生产技术和管理、提高经济效益和社会效益、推进城市网络建设和改造有着重要作用。但是由于配电网本身结构复杂，运行条件千差万别，其经济、安全、可靠供电的任务十分艰巨。在配电网中，少数起关键作用的节点在故障的传播过程中起着推波助澜的作用。如何挑选重要节点并利用有限的应急资源对其优先进行加固是维持配电网安全可靠运行的重要手段。因此，有效辨识电网中的重要节点，进而有针对性地在重要节点处增设保护装置来加强网架结构建设，对于提高配电网可靠性具有重要的应用价值。
配电网主要有辐射状、环状、网格式等接线方式，一般节点众多且分布广泛，分散分布着负荷、电源以及各种配电设备。配电网拓扑结构分析时，需要先将其抽象化为一般的平面拓扑图。于是，配电网节点重要度分析即为一种网络拓扑分析，可以结合并应用图论中的重要知识。图论中现有的探测重要节点的方法一般基于点的中心度，但是这些方法往往只考虑了网络的拓扑结构，而丢失了网络中的其他一些特性。就配电网的特殊性而言，节点的重要度还应当与节点上的负荷有关。因此，常用的网络重要节点探测方法应用于配电网节点重要度评估时，准确性与有效性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估方法、系统、存储介质及计算设备，对配电网拓扑结构进行分析，同时考虑各个节点上的负荷，建立对配电网节点重要度评估方法。
本发明采用以下技术方案：
配电网节点重要度评估方法，根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图；根据抽象得到的配电网拓扑图计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，综合分析配电网节点的全局重要性，生成配电网重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
具体的，配电网实际布线信息包括变电站或开关站的母线、配电线路、各种开关及负荷母线的位置、电气设备的基本参数、各条线路的最大传输功率和各个节点上的负荷容量。
具体的，抽象出的配电网平面拓扑图包括用以表示网络节点之间连接关系的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息；为配电网的节点逐一编号；绘制配电网的平面拓扑示意图，给出相应的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息。
进一步的，在配电网平面拓扑图中，两个相邻节点间的距离按线路长度设置或设为某一定值。
具体的，加权介数中心度的权重系数与节点上的负荷有关，节点ni的加权介数中心度CWB(i)具体为：
其中，wst为加权系数；σst为从节点ns到节点nt的最短路径条数，σst(i)为从节点ns到节点nt的最短路径中，经过节点ni的条数。
具体的，将配电网中各个节点按节点的加权介数中心度按从大到小的顺序排列；选取排序后的前m个节点，作为重要节点集的元素，m表示重要节点的个数。
进一步的，预先给定所需重要节点的个数m，或者预先给定所需重要节点的比例δ后，按m＝δ·N计算出所需重要节点的个数，N为配电网平面拓扑图中节点的总数。
本发明的另一个技术方案是，一种配电网节点重要度评估系统，包括：
采集单元，获取配电网实际布线信息；
处理单元，根据配电网实际布线信息，抽象出配电网平面拓扑图；
计算单元，根据配电网平面拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度指标，加权介数中心度的权重系数为与节点上的负荷有关；
评估单元，根据节点的加权介数中心度，对配电网节点进行重要度评估，生成重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
本发明的另一个技术方案是，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
本发明的另一个技术方案是，一种计算设备，包括：
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种配电网节点重要度评估方法，将配电网络抽象成平面拓扑图的形式，为配电网分析建立基础；考虑到节点上的负荷，更加准确有效地探测出配电网中的重要节点，生成重要节点集，为配电网网架结构建设升级、维持配电网安全可靠运行提供具有参考价值的信息。
进一步的，获取配电网实际布线信息，有助于明确配电网的配电设施组成、网络基本结构和关键特点，为绘制能够准确反映真实应用场景的配电网平面拓扑图奠定重要基础。
进一步的，根据配电网实际布线信息抽象出包括节点编号、邻接矩阵和节点负荷信息的配电网平面拓扑图，便于直观地看出配电网的网络基本结构、节点之间的连接关系以及节点上的负荷信息；同时，有利于对配电网的实际情况进行准确的描述。
进一步的，在配电网平面拓扑图中，两个相邻节点间的距离按线路长度设置或设为某一定值，一方面符合实际应用的需要；另一方面，为加权介数中心度中选取“最短路径”提供判定的标准。
进一步的，节点ni的加权介数中心度指标CWB(i)在传统介数中心度的基础上，以配电网节点上负荷作为权重系数。如此，既能探测出处于网络中心位置的节点，同时考虑了节点上的负荷对于节点重要度的影响，能够准确有效地对配电网中的节点重要度进行评估，探测出配电网中的重要节点。
进一步的，将节点按加权介数中心度从大到小排序后，选取前m个作为重要节点集的元素，可以保证落入重要节点集的节点与未落入重要节点集的节点相比，加权介数中心度更大，相对更加重要，符合重要节点集的要求。
进一步的，预先给定所需重要节点的个数m，或者预先给定所需重要节点的比例，可以确定重要节点集的元素个数，有助于重要节点集的生成。
综上所述，本发明以加权介数中心度为指标，实现对配电网节点重要度的评估，能够准确有效地为配电网的分析、建设、升级、改造、运行优化控制等探测出重要的节点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种配电网节点重要度评估方法流程示意图；
图2为本发明实施例公开的一种配电网平面拓扑图及相应的邻接矩阵与节点上的负荷示意图。
具体实施方式
下面将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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估方法，根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图，为配电网分析建立基础；根据抽象得到的配电网拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，对配电网进行节点重要度评估，生成配电网重要节点集。如此，可以实现对配电网重要节点的辨识，为配电网网架结构建设升级、维持配电网安全可靠运行提供参考。
请参阅图1，本发明一种基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估方法，包括以下步骤：
S1、获取配电网实际布线信息；
配电网实际布线信息包括变电站或开关站的母线、配电线路、各种开关及负荷母线的位置、电气设备的基本参数、各条线路的最大传输功率和各个节点上的负荷容量。
S2、根据配电网实际布线信息，抽象出配电网平面拓扑图，包括用以表示网络节点之间连接关系的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息；
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的一种配电网平面拓扑图及相应的邻接矩阵与节点上的负荷示意图，将所获取的配电网实际布线信息抽象成配电网平面拓扑图及相应的邻接矩阵、节点负荷表。
构建配电网平面拓扑图为：为配电网的节点逐一编号；绘制配电网的平面拓扑示意图，给出相应的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息。
可选的，在配电网平面拓扑图中，两个相邻节点间的距离可以按线路长度来设置，也可以直接简化地设为某一定值。
S3、根据配电网平面拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度指标；
可选的，在配电网平面拓扑图中，求从节点ns到节点nt的最短路径的方法可以是深度或广度优先搜索算法、Floyd算法、Dijkstra算法、Bellman-Ford算法等。
加权介数中心度的权重系数与节点上的负荷有关；节点ni的加权介数中心度CWB(i)的表达式为：
加权系数wst＝(ps+pt)/2；σst表示从节点ns到节点nt的最短路径条数，σst(i)从节点ns到节点nt的最短路径中，经过节点ni的条数；加权系数wst的表达式中，ps和pt分别表示节点ns和节点nt的负荷。
S4、根据节点的加权介数中心度，对配电网节点进行重要度评估，生成重要节点集。
进行配电网节点重要度评估时，将加权介数中心度大的节点认为是相对重要的节点；根据节点重要度评估结果，生成配电网重要节点集。
将配电网平面拓扑图中各个节点按其加权介数中心度按从大到小的顺序排列；选取所述排序后的前m个节点，作为重要节点集的元素，其中m为重要节点的个数。
可选的，预先直接给定所需重要节点的个数m，或者预先给定所需重要节点的比例δ后，按表达式m＝δ·N计算出所需重要节点的个数，其中，N为配电网平面拓扑图中节点的总数。
本发明再一个实施例中，提供一种基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估系统，该系统能够用于实现上述配电网节点重要度评估方法、存储介质及计算设备，具体的，该配电网节点重要度评估系统包括采集单元、处理单元、计算单元以及评估单元。
其中，采集单元用于获取配电网实际布线信息；
处理单元用于根据配电网实际布线信息，抽象出配电网平面拓扑图；
计算单元用于根据配电网平面拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度指标，加权介数中心度的权重系数为与节点上的负荷有关；
评估单元用于根据节点的加权介数中心度，对配电网节点进行重要度评估，生成重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于加权介数中心度指标的配电网节点重要度评估操作，包括：根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图；根据抽象得到的配电网拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，综合分析配电网节点的全局重要性，生成配电网重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关电网中长期检修计划的校核方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图；根据抽象得到的配电网拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，综合分析配电网节点的全局重要性，生成配电网重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
综上所述，本发明一种配电网节点重要度评估方法、系统、存储介质及计算设备，可以准确有效地探测出配电网中的重要节点，生成重要节点集，为配电网网架结构建设升级、维持配电网安全可靠运行提供参考。
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。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.配电网节点重要度评估方法，其特征在于，根据配电网的实际布线情况，将配电网络抽象成平面拓扑图；根据抽象得到的配电网拓扑图计算各个节点的加权介数中心度；以加权介数中心度为依据，综合分析配电网节点的全局重要性，生成配电网重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配电网实际布线信息包括变电站或开关站的母线、配电线路、各种开关及负荷母线的位置、电气设备的基本参数、各条线路的最大传输功率和各个节点上的负荷容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抽象出的配电网平面拓扑图包括用以表示网络节点之间连接关系的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息；为配电网的节点逐一编号；绘制配电网的平面拓扑示意图，给出相应的邻接矩阵以及各个节点上的负荷信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在配电网平面拓扑图中，两个相邻节点间的距离按线路长度设置或设为某一定值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加权介数中心度的权重系数与节点上的负荷有关，节点ni的加权介数中心度CWB(i)具体为：
其中，wst为加权系数；σst为从节点ns到节点nt的最短路径条数，σst(i)为从节点ns到节点nt的最短路径中，经过节点ni的条数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将配电网中各个节点按节点的加权介数中心度按从大到小的顺序排列；选取排序后的前m个节点，作为重要节点集的元素，m表示重要节点的个数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，预先给定所需重要节点的个数m，或者预先给定所需重要节点的比例δ后，按m＝δ·N计算出所需重要节点的个数，N为配电网平面拓扑图中节点的总数。
8.一种配电网节点重要度评估系统，其特征在于，包括：
采集单元，获取配电网实际布线信息；
处理单元，根据配电网实际布线信息，抽象出配电网平面拓扑图；
计算单元，根据配电网平面拓扑图，计算各个节点的加权介数中心度指标，加权介数中心度的权重系数为与节点上的负荷有关；
评估单元，根据节点的加权介数中心度，对配电网节点进行重要度评估，生成重要节点集，实现配电网节点重要度评估。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法的指令。
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