CN113515826A - 配电网合环线路拓扑搜索方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了配电网合环线路拓扑搜索方法及系统，该方法包括：获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1；遍历当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与第一电气设备相连接且尚未被搜索的第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至下一搜索层数对应的集合中存在配电网合环线路的第二馈线开关；从第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在第一层集合连接到第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。本发明能够快速锁定搜索范围，减少搜索次数，提升搜索效率。

Description

配电网合环线路拓扑搜索方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网拓扑搜索的技术领域，特别涉及一种配电网合环线路拓扑搜索方法及系统。

背景技术

国内配电网一般采用闭环设计，开环运行的供电方式。在负荷转供或者线路检修时，通过合、解环操作可以减少停电时间，提高供电可靠性。然而这种“热倒负荷”的方式会引发环流，当环流过大时，会对整个电力系统安全运行造成影响。因此在合环操作之前，需要对合环电流进行预测并评估合环风险。这就需要获得合环回路在主配网的拓扑结构，从而通过潮流计算，叠加定理，以及戴维南等效等方法对合环电流进行计算。

拓扑搜索主要是基于公共信息模型(Common Information Model，简称CIM)的配电网设备及其连接关系描述，通过对导出的xml文件进行解析再应用具体的搜索算法实现网络的拓扑搜索。基于IEC61970/IEC61968标准的CIM模型为描述电力系统的所有对象提供了一套标准，即通过对象类、属性以及他们之间的关系表示电力系统资源，为实现不同系统的互联与集成提供了可能性。

拓扑搜索通常基于图论算法，利用邻接表或者邻接矩阵对图进行描述。广度优先算法是一种常见的基于图论的搜索算法，因其算法简单易于实现，且适用于大多网络的拓扑分析被广泛应用到配电网的拓扑分析当中：配电网状态估计、配电网故障定位与故障恢复、配电网孤点检测以及配电网重构以及配电网优化规划等。然而城区配电网络规模大、设备多、网络复杂，因此在应用传统搜索算法获得合环在配网部分的拓扑结构时需要遍历的设备巨大，搜索到目标所需要的循环次数较多，无疑需要消耗大量的时间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种配电网合环线路拓扑搜索方法，能够快速锁定搜索范围，减少搜索次数。

本发明还提出一种具有上述配电网合环线路拓扑搜索方法的配电网合环线路拓扑搜索系统。

本发明还提出一种具有上述配电网合环线路拓扑搜索方法的计算机可读存储介质。

根据本发明的第一方面实施例的配电网合环线路拓扑搜索方法，包括以下步骤：S100，获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1；S200，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接且尚未被搜索的第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至所述下一搜索层数对应的集合中存在所述配电网合环线路的第二馈线开关；S300，从所述第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在所述第一层集合连接到所述第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

根据本发明实施例的配电网合环线路拓扑搜索方法，至少具有如下有益效果：通过利用了配电网呈现辐射状分布的特点减小搜索范围，同时利用合环搜索有明确目标的特点前后夹击进行搜索，能够显著减少搜索次数，提升搜索效率。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S200包括：S210，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的所述第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接的第三电气设备；S220，对所述第三电气设备进行筛选，删除在第一层至所述当前搜索层数对应的集合中存在的电气设备，得到第二电气设备，存入所述下一搜索层数对应的集合；S230，确定所述第二电气设备中是否存在所述第二馈线开关，若不存在所述第二馈线开关，将所述当前搜索层数加1，返回所述步骤S210；若存在，则转入步骤S300。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S220还包括：若不存在所述第二电气设备，则搜索失败，结束搜索。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S300包括：S310，获取所述第二馈线开关对应的第二搜索层数，仅将所述第二馈线开关存入所述第二搜索层数对应的集合中，将当前回溯层数配置为所述第二搜索层数减1，上一回溯层数配置为所述第二搜索层数；S320，确定所述当前回溯层数是否为第一层；S330，若所述当前回溯层数不为第一层，则移除所述当前回溯层数中不与所述上一回溯层数所对应的集合中的结点相连接的第四电气设备，所述当前回溯层数及所述上一回溯层数分别减1，返回所述步骤S320；S340，若所述当前回溯层数为第一层，则根据所述第一层至所述第二搜索层数的集合中的电气设备，生成所述拓扑结构。

根据本发明的一些实施例，基于CIM模型的CN结点信息，获取连接对应关系的方法包括：若目标电气设备对应的一个CN结点信息与待搜索电气设备的CN结点信息相同，则所述目标电气设备与所述待搜索电气设备相连接。

根据本发明的一些实施例，还包括：获取第三方提供的待搜索的所述配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电网设备及其连接关系。

根据本发明的第二方面实施例的配电网合环线路拓扑搜索系统，包括：目标馈线搜索模块，用于获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1，以及，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接且尚未被搜索的所述第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至所述下一搜索层数对应的集合中存在所述配电网合环线路的第二馈线开关；拓扑结构生成模块，用于从所述第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在所述第一层集合连接到所述第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

根据本发明实施例的配电网合环线路拓扑搜索系统，至少具有如下有益效果：通过利用了配电网呈现辐射状分布的特点减小搜索范围，同时利用合环搜索有明确目标的特点前后夹击进行搜索，能够显著减少搜索次数，提升搜索效率。

根据本发明的一些实施例，还包括：数据解析模块，用于获取第三方提供的待搜索的所述配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电设备及连接关系数据，并按照CIM模型类型将所述配电设备及所述配电设备的连接关系存入动态数据库。

根据本发明的第三方面实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据本发明的第一方面实施例的方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，至少具有与本发明的第一方面实施例的方法同样的有益效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的步骤流程概要示意图；

图2为本发明实施例的方法中的步骤流程详细示意图；

图3为本发明实施例中对第三方数据中心推送的XML文件的解析及环路的检测流程示意；

图4为本发明实施例的系统的模块示意框图。

附图标记：

目标馈线搜索模块100、拓扑结构生成模块200、数据解析模块300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。在本发明的描述中，步骤标号仅是为了描述的方便或者引述的方便所作出的标识，各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参照图1，本发明的实施例的方法包括：S100，获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1；S200，遍历当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与第一电气设备相连接且尚未被搜索的第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至下一搜索层数对应的集合中存在配电网合环线路的第二馈线开关；S300，从第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在第一层集合连接到第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

而配网合环搜索的特点则是始末结点具有确定性，即可以确定配电合环线路的两条馈线。本发明的实施例的方法中，将配电合环线路的第一馈线开关(即两条馈线中的其中一条的馈线开关)作为源结点进行搜索，将配电合环线路的第一馈线开关(即两条馈线中的另一条的馈线开关)作为目标结点，进行搜索。详细的搜索过程，如图2所示。

首先，输入第一馈线开关及第二馈线开关，然后将第一馈线开关放入第一层的集合，并配置当前搜索层次k为1。

接着，遍历当前搜索层次k对应的集合中的所有电气设备(相当于第一电气设备)，基于CIM模型的CN结点信息，搜索与第k层集合中的第一电气设备连接的那些电气设备(相当于第三电气设备)，获取第三电气设备完成，即将k自加1。在配网CIM模型中，不同的电网设备属于不同的类，包括Breaker断路器类，TransformeWinding变压器绕组类，ACLineSegment交流输电线类，Disconnector断路器类，以及一些负荷开关类，避雷器，故障指示器等等。这些设备均关联Terminal端点类，单端设备会关联一个端点，而双端设备则对应两个。而Terminal类又会关联一个ConnectivityNode类，且ConnectivityNode和Terminal是一对多的关系，反映了设备端点的连接关系，也就是说具有相同ConnectivityNode信息的Terminal是物理连接在一起的，同时可通过Terminal关联的设备，反应电力系统对象的连接关系。因此，可通过基于CIM模型的CN信息，搜索与指定结点相连接的结点。即：若目标电气设备对应的一个CN结点信息与待搜索电气设备的CN结点信息相同，则所述目标电气设备与所述待搜索电气设备相连接。

然后，判断搜索到的第三电气设备是否为新的电气设备，即：之前搜索过程中尚未被搜索过的电气设备。本实施例中，通过查询第三电气设备是否存在于第1层至第k层的集合中即可判断是否为新的电气设备。对第三电气设备进行筛选，获取新的电气设备(相当于第二电气设备)，若不存在第二电气设备，此时，搜索失败，结束，并输出相应的提示，表明给定的两个馈线无联络开关，无法进行合环。

若存在第二电气设备，则继续判断其中是否存在第二馈线开关。若未找到第二馈线开关，则将这些第二电气设备(即图2中所示的新的电气设备)入第k+1层集合，继续对下一层，即第k+1层集合进行搜索处理，直至找到第二馈线开关或者不存在相应的第二电气设备。

若找到第二馈线开关，即搜索完成，将第二馈线开关作为最后一层搜索(相当于第二搜索层数)对应的集合，继续通过回溯生成拓扑结构。

如图2所示，第二馈线开关所在的集合对应的第二搜索层数当前为k，则搜索k-1层集合，移除在第k-1层集合中、不与第k层集合中的电气设备相连接的那些电气设备(相当于第四电气设备)；然后，k自减1，继续对k-1层进行处理，直到回溯到第一层。最后，输出第1层至第二搜索层数对应的集合中的元素，即得到配电合环网的拓扑结构。

本发明的实施例中，从一条馈线的馈线开关出发，根据CIM模型的CN结点信息，搜索与之相连的所有设备，并将这些设备从搜索范围的集合中移除并放入新的集合中，命名为第一层搜索集合；然后在在剩余搜索范围集合中搜索包含一步搜索集合中所有CN结点信息的设备，并将这些设备移入新的集合，命名为第二层集合。依此类推，搜索至找到另一条10kV馈线为止，或者没有新的设备对应上一层集合中的CN。若找到目标馈线，则从目标馈线开始，向上一层集合回溯，根据结点信息，逐层确定对应关系，并确定配网拓扑；若没有找到目标馈线，则输出两条馈线之间不存在联络开关，无法进行合环。

本发实施例中，搜索的过程是每一层之间的关系而并没有建立拓扑的对应联系，搜索次数较少，同时起到一个预判的作用，当两条馈线不存在联络点时直接终止程序。且由于配电网辐射状分布的特点，在处理流程中前面遍历过的设备不会出现在下一次搜索的范围当中，因此搜索范围是一个收缩的过程，而BFS算法中的搜索范围则是固定不变的。回溯的过程则是从目标结点反向查找初始结点的过程，只需要从目标结点上一层的设备中搜索与之连接的设备即可，依次类推，直到搜索到初始结点。搜索范围较小，且具有一定的目的性。由此可见，本发明的实施例通过利用了配电网呈现辐射状分布的特点可减小搜索范围，同时利用合环搜索有明确目标的特点前后夹击减小搜索次数，能够显著减少搜索次数，降低搜索处理的复杂性，提高搜索效率。

本发明的实施例中，还对第三方数据中心推送的配电网结构XML文件进行处理，参照图3，包括：获取第三方提供的待搜索的配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电网设备及其连接关系数据。在这些数据中，将各配电设备信息按照CIM模型分类进行存储，其Terminal端点与ConnectivityNode信息作为设备的属性与配电设备关联，同配电设备信息一起存储到动态数据库中，当有拓扑分析需要的时候访问。解析的同时，获取待合环的配电网线路信息，确定起始的馈线开关(即第一馈线开关)以及目标的馈线开关(即第二馈线开关)，本实施例中，起始的馈线开关及目标的馈线开关被配置为两条10kV馈线开关。数据解析完成后，启动搜索，若存在形成合环，则输出相应的拓扑结构，否则，提示无法合环。通过对某城市电网的数据中心某两地配电网xml文件进行搜索，其中涉及到交流线路(ACLineSegment)158条，断路器(Breaker)77个，44个隔离开关(Disconnector)，73个熔断器(fuse)，116个负荷开关(LoadBreakSwitch)，46个变压器(PowerTransformer)等设备，在如表1所示的环境中，分别通过BFS(广度优先搜索)及本发明的实施例的方法进行拓扑搜索。

表1

软硬件	配置
		CPU	Intel Core i5 9500@3GHz
内存	DDR4@2666MHz、8Gb×2
		系统	Windows10
数据库	MySQL

测试结果发现，两种搜索方法所确定的合环路径是相同的，但BFS搜索338次，而本发明的实施例的方法只需要70次搜索就找到了目标开关，可见本发明能够大幅降低搜索次数，减少搜索运行时间，提升检索效率。

参照图4，本发明的实施例的系统包括：目标馈线搜索模块100，用于获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1，以及，遍历当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与第一电气设备相连接且尚未被搜索的第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至下一搜索层数对应的集合中存在配电网合环线路的第二馈线开关；拓扑结构生成模块200，用于从第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在第一层集合连接到第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

本发明的实施例中，还包括：数据解析模块300，参照图3(虚线框)，用于获取第三方提供的待搜索的配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电设备及连接关系数据，并按照CIM模型类型将配电设备及配电设备的连接关系存入动态数据库。这些数据将会在拓扑搜索中被使用。显然，若已有基于CIM模型的配电数据，本发明的实施例中也可不包括数据解析模块300。

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。

软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。

软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1；

S200，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接且尚未被搜索的第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至所述下一搜索层数对应的集合中存在所述配电网合环线路的第二馈线开关；

S300，从所述第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在所述第一层集合连接到所述第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，所述步骤S200包括：

S210，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的所述第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接的第三电气设备；

S220，对所述第三电气设备进行筛选，删除在第一层至所述当前搜索层数对应的集合中存在的电气设备，得到第二电气设备，存入所述下一搜索层数对应的集合；

S230，确定所述第二电气设备中是否存在所述第二馈线开关，若不存在所述第二馈线开关，将所述当前搜索层数加1，返回所述步骤S210；若存在，则转入步骤S300。

3.根据权利要求2所述的配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，所述步骤S220还包括：若不存在所述第二电气设备，则搜索失败，结束搜索。

4.根据权利要求1所述的配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，所述步骤S300包括：

S310，获取所述第二馈线开关对应的第二搜索层数，仅将所述第二馈线开关存入所述第二搜索层数对应的集合中，将当前回溯层数配置为所述第二搜索层数减1，上一回溯层数配置为所述第二搜索层数；

S320，确定所述当前回溯层数是否为第一层；

S330，若所述当前回溯层数不为第一层，则移除所述当前回溯层数中不与所述上一回溯层数所对应的集合中的结点相连接的第四电气设备，所述当前回溯层数及所述上一回溯层数分别减1，返回所述步骤S320；

S340，若所述当前回溯层数为第一层，则根据所述第一层至所述第二搜索层数的集合中的电气设备，生成所述拓扑结构。

5.根据权利要求1所述的配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，基于CIM模型的CN结点信息，获取连接对应关系的方法包括：若目标电气设备对应的一个CN结点信息与待搜索电气设备的CN结点信息相同，则所述目标电气设备与所述待搜索电气设备相连接。

6.根据权利要求1所述的配电网合环线路拓扑搜索方法，其特征在于，还包括：获取第三方提供的待搜索的所述配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电网设备及其连接关系数据。

7.一种配电网合环线路拓扑搜索系统，使用权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于，包括：

目标馈线搜索模块，用于获取待搜索的配电网合环线路的第一馈线开关，存入第一层集合，并配置当前搜索层数为1，以及，遍历所述当前搜索层数对应的集合中的第一电气设备，基于CIM模型的CN结点信息，获取与所述第一电气设备相连接且尚未被搜索的的所述第二电气设备，得到下一搜索层数对应的集合，直至所述下一搜索层数对应的集合中存在所述配电网合环线路的第二馈线开关；

拓扑结构生成模块，用于从所述第二馈线开关所对应的搜索层数的集合开始，向上一层集合回溯，基于CIM模型的CN结点信息，逐层确定连接对应关系，直至在所述第一层集合连接到所述第一馈线开关，得到配电网合环线路的拓扑结构。

8.根据权利要求7所述的配电网合环线路拓扑搜索系统，其特征在于，还包括：数据解析模块，用于获取第三方提供的待搜索的所述配电网合环线路的XML数据，进行解析，生成基于CIM模型的配电设备及连接关系数据，并按照CIM模型类型将所述配电设备及所述配电设备的连接关系存入动态数据库。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项的方法。

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