CN113987724A - 基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统，包括对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；获取电网第二层结构之间的物理连接模型，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测，本方法实现了从电网的层面分析设备运行风险，可通过故障设备预测其余设备故障风险，全面反映电网的整体风险状态，降低了电网整体运行风险。
Description
技术领域
本发明属于电网安全技术领域，特别涉及基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统。
背景技术
在电力行业，电网的安全运行是极为重要的问题，输电站点运行风险或故障会给电力运输带来极大的危害，不能及时的辨别存在故障的输电站点可能进一步导致电网事故升级，甚至会引起大规模的停电和局部电网瘫痪，并且还需考虑输电站点故障对电网中其他供电站点所带来的危害，即需要从电网的层面分析设备运行风险。
此外，城市电网规模庞大，输电站点数量众多，在电网中一般针对单独的设备进行运行风险分析,难以全面反映电网的整体风险状态，也不利于降低电网整体运行风险。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统，以输电站点为对象通过拓扑模型进行电网风险辨识和预测，降低了电网的运行风险。
本发明实施例的第一方面提供了基于拓扑分析的电网风险辨识方法，所述方法包括：
对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
获取电网第二层结构之间的物理连接模型，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
作为上述方案的进一步优化，所述将电网划分为三层具体包括：将电网划分为电网、供电站点、电网设备三层结构，其中供电节点为电网第二层结构。
作为上述方案的进一步优化，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型具体步骤为：
S1.依次选取物理连接模型中两个电网第二层结构；
S2.判断选取的两个电网第二层结构是否物理连接，若不是则重新选取；
S3.若是，则进一步判断选取的两个电网第二层结构是否电气连接，若是则保留选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S4.若不是，则删除选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S5.重复上述步骤S1-S4，直到所述物理连接模型中的电网第二层结构全部判断完毕，得到的模型即为拓扑模型。
作为上述方案的进一步优化，所述电网第二层结构的各项参数包括：第二层结构的最大负载、第二层结构的额定输出电压、第二层结构的额定输入电压，所述加权拓扑模型的权数为电网第二层结构之间供电电压。
作为上述方案的进一步优化，所述电网第二层结构之间的影响因数的具体获取过程为：
随机选取一个电网第二层结构，获取加权拓扑模型中所有包含所选取的电网第二层结构的拓扑路径；
从选取的电网第二层结构依次向其所在拓扑路径两端遍历，检测拓扑路径上的电网第二层结构是否均向选取的电网第二层结构输出电压；
若是则保留该拓扑路径，若不是则筛除第一个不输出电压的电网第二层结构和其之前或之后的拓扑路径；
基于筛除后的拓扑路径依次计算拓扑路径中电网第二层结构对所选取的电网第二层结构的影响因数。
作为上述方案的进一步优化，所述电网第二层结构之间的影响因数由电网第二层结构之间的供电电压决定，其中在同一条拓扑路径上的两个电网第二层结构越接近，影响因数越大。
作为上述方案的进一步优化，所述根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测具体包括：
获取电网的实时加权拓扑模型，将获取的实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型进行匹配；
若匹配结果不相同，则说明电网存在故障；
判断实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型的节点数是否相同，若节点数不同，则说明发生了电网第二层结构断电故障；
若相同则比较实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值；
若实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值不同，则说明该第二层结构存在故障；
基于存在故障的第二层结构，可以预测出其余第二层结构的故障风险。
本发明实施例的第二方面提供了基于拓扑分析的电网风险辨识系统，所述系统包括：
分层模块，用于对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
模型构造模块，用于获取电网第二层结构之间的物理连接模型；
拓扑构造模块，用于基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
风险分析模块，用于根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
本发明实施例的第三方面提供了一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
本发明实施例的第三方面提供了一种设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的可执行程序，所述处理器执行程序时实现上述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
本发明的基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统，具备如下有益效果：
本发明通过将电网划分为三层，以电网中的输电站点为对象，构建电网中各个输电站点之间的拓扑模型，在根据输电站点的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型，基于加权拓扑模型对电网运行中的风险进行辨识和预测，实现了从电网的层面分析设备运行风险；同时本发明通过加权拓扑模型和输电站点的各项参数获取电网中各个输电站点之间的影响因数，当电网中输电站点出现故障时，基于该影响因数可以预测电网中其他输电站点出现故障的概率，实现了全面反映电网的整体风险状态，降低了电网整体运行风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于拓扑分析的电网风险辨识方法的整体流程图；
图2是电网的物理连接模型示意图；
图3是电网的拓扑模型示意图
图4是电网的加权拓扑模型示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明实施例提供了基于拓扑分析的电网风险辨识方法，上述方法包括：
对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
获取电网第二层结构之间的物理连接模型，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
在本实施例中，根据电网的组成关系将电网划分为电网、供电站点、电网设备三层结构，以电网第二层结构供电站点为对象，获取电网中各个供电站点之间的物理连接模型，然后根据各个供电站点之间的电气连接关系对物理连接模型转化为拓扑模型，其中拓扑模型中相连接的两点表示该两点电气连接，即该两个站点存在供电关系，在获取供电站点的参数，具体包括供电站点的最大负载、额定电压等，根据供电站点的参数和供电站点的电气连接关系，获取各个供电站点之间连接线路的供电电压，将供电电压的值作为权数对拓扑模型进行转换得到加权拓扑模型，根据供电站点之间的加权拓扑模型可以得到供电站点之间的影响因数，当电网出现故障时，可以根据供电设备加权拓扑图的变化辨识出发生故障的供电站点，当电网某个供电站点出现故障或进行检修时，可以根据供电站点之间的影响因数预测其他供电站点受到影响的风险，通过该方法可以对电网的风险进行辨识和预测。
基于上述方法，上述将电网划分为三层具体包括：将电网划分为电网、供电站点、电网设备三层结构，其中供电节点为电网第二层结构。
具体的是，根据电网的组成关系将电网划分为了三层结构，其中第一层结构为电网、第二层结构为供电站点，例如电厂、变电站等、第三层结构为电网设备，例如发电机、变压器等，其中电网由若干供电站点组成，供电站点包含若干供电设备，在本发明申请中以供电站点为对象构建拓扑进行电网故障分析，实现了电网整体安全检测，同时减小了计算量。
基于上述方法，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型具体步骤为：
S1.依次选取物理连接模型中两个电网第二层结构；
S2.判断选取的两个电网第二层结构是否物理连接，若不是则重新选取；
S3.若是，则进一步判断选取的两个电网第二层结构是否电气连接，若是则保留选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S4.若不是，则删除选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S5.重复上述步骤S1-S4，直到所述物理连接模型中的电网第二层结构全部判断完毕，得到的模型即为拓扑模型。
需要说明的是，在拓扑模型中仅考虑供电站点之间的供电连接，因此需要对供电站点的物理连接模型进行转化，保留物理连接模型存在电气连接关系的物理连接关系，具体的是选取物理连接模型中一个供电站点，依次该供电站点与物理连接模型中的其他供电站点是否物理连接，如果两个供电站点物理连接，则进一步判断这个两个供电站点是否电气连接，如果电气连接则保留这两个供电站点之间的物理连接关系，否则删除这两个供电站点之间的物理连接关系，依次重复，直到所有供电站点全部判断完成，即可得到拓扑模型。
例如，参考图2，其中1、2、3、4、5、6、7为供电站点，a、b、c、d、e、f、g、h为物理连接模型中的物理连接关系，若其中供电站点1和4以及6和7之间不存在电气连接关系则需要将供电站点1和4以及6和7之间的物理连接关系b和h删除，保留其余物理连接关系，得到如图3所示的拓扑模型。
基于上述方法，上述电网第二层结构的各项参数包括：第二层结构的最大负载、第二层结构的额定输出电压、第二层结构的额定输入电压，所述加权拓扑模型的权数为电网第二层结构之间供电电压。
具体的是，获取电网第二层结构供电站点的最大负载、额定输出电压、额定输入电压等参数，根据供电站点的参数结合潮流算法可以计算出，电网中各个供电站点之间的供电电压，将供电站点之间的供电电压的数值作为权值加入到拓扑模型中，即可得到电网的加权拓扑模型。参考图4，需要说明的是，供电站点之间的电压包括输入电压和输出电压，其中输入电压用负数表示，输出电压用正数表示。
基于上述方法，上述电网第二层结构之间的影响因数的具体获取过程为：
随机选取一个电网第二层结构，获取加权拓扑模型中所有包含所选取的电网第二层结构的拓扑路径；
从选取的电网第二层结构依次向其所在拓扑路径两端遍历，检测拓扑路径上的电网第二层结构是否均向选取的电网第二层结构输出电压；
若是则保留该拓扑路径，若不是则筛除第一个不输出电压的电网第二层结构和其之前或之后的拓扑路径；
基于筛除后的拓扑路径依次计算拓扑路径中电网第二层结构对所选取的电网第二层结构的影响因数。
在本实施例中，根据加权拓扑模型可以获取各个供电站点之间的影响因数。首先从加权拓扑模型中随机选取一个供电站点，获取加权拓扑模型中所有包含该供电站点的拓扑路径，将得到的拓扑路径从选取的供电站点开始依次向两端遍历，检测是否拓扑路径上的供电站点均向选取的供电站点输出电压，即拓扑路径上选取的供电站之前的各个供电站点之间的权值均存在正数，之后的均存在负数，若是则保留该站点，若不是则筛除第一个不输出电压的供电站点和其之前或之后的拓扑路径，剩余路径上的供电站点则均对选取的供电站点存在影响，根据拓扑路径上供电站点之间的电压关系即可求得拓扑路径上供电站点对选取的供电站点的影响因数。
举例来说，参考图4，若选取的供电站点为3，则3所在的拓扑路径有3条，分别是1-2-3-4、1-2-3-5-6、1-2-3-5-7，采用上述条件进行筛选，其中5未向3输出电压，因此删除5之后的路径，那么剩余的拓扑路径就只有1-2-3-4，基于该拓扑路径求解其余各个供电站点对供电站点3的影响因数即可。
基于上述方法，上述电网第二层结构之间的影响因数由电网第二层结构之间的供电电压决定，其中在同一条拓扑路径上的两个电网第二层结构越接近，影响因数越大。
需要说明的是，参考图4，经过筛选对供电站点3而言，拓扑路径仅剩下了1-2-3-4，根据拓扑路径1-2-3-4可得供电站点2对供电站点3的输出电压为1，供电站点4对供电站点3的输出电压为-1，则供电站点3的输入电压为2，基于此可计算得供电站点2和4对供电站点3的影响因数均为0.5，进一步可得供电站点1对供电站点2的影响因数也为0.5，则供电站点1对供电站点3的影响因数均为0.5*0.5＝0.25，由此可知同一条拓扑路径上的两个供电站点越接近，相互间存在的影响因数越大。
基于上述方法，上述根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测具体包括：
获取电网的实时加权拓扑模型，将获取的实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型进行匹配；
若匹配结果不相同，则说明电网存在故障；
判断实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型的节点数是否相同，若节点数不同，则说明发生了电网第二层结构断电故障；
若相同则比较实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值；
若实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值不同，则说明该第二层结构存在故障；
基于存在故障的第二层结构，可以预测出其余第二层结构的故障风险。
在本实施例中，通过实时获取电网的加权拓扑模型对电网进行风险辨识和预测，将获取的电网实时加权拓扑模型与电网安全状态下的标准加权拓扑模型进行对比，如果两者相同则说明电网不存在故障或风险，如果两者不同则需要进一步比较电网实时加权拓扑模型与电网安全状态下的标准加权拓扑模型中的节点数是否相同，如果不相同，则说明电网中存在供电站点断电，根据缺失的供电站点在拓扑模型中的位置可以辨识出该供电站点在现实中的位置，根据辨识出的供电站点在拓扑模型中的位置，可以获取电网中其余供电站点与故障供电站点之间的影响因数，从而可以计算出在该供电站点断线的情况下，其余供电站点出现故障的可能性，进行故障风险预测。如果电网实时加权拓扑模型与电网安全状态下的标准加权拓扑模型中的节点数相同，则进一步比较实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的供电站点之间的权值，若对应的供电站点之间的权值不同，则说明该两个站点存在一个或以上发生了障碍，从而识别故障供电站点的位置，同理可根据故障供电站点的位置计算其余供电站点出现故障的可能性，进行故障风险预测，通过该方法可以实现电网层面的风险辨识，同时可以根据故障站点预测其余站点的风险，实现了全面反映电网的整体风险状态，降低了电网整体运行风险。
本发明实施例提供了基于拓扑分析的电网风险辨识系统，上述系统包括：
分层模块，用于对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
模型构造模块，用于获取电网第二层结构之间的物理连接模型；
拓扑构造模块，用于基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
风险分析模块，用于根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
本发明实施例的基于拓扑分析的电网风险辨识系统与本发明实施例的基于拓扑分析的电网风险辨识方法相对应，在上述基于拓扑分析的电网风险辨识方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于基于拓扑分析的电网风险辨识系统的实施例。
本发明实施例提供了一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，程序被处理器执行时实现上述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
可以理解，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。本发明实施例中的存储器能够存储数据以支持终端的操作。这些数据的示例包括：用于在终端上操作的任何计算机程序，如操作系统和应用程序。其中，操作系统包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序可以包含各种应用程序。
本发明实施例提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的可执行程序，处理器执行程序时实现上述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
该设备包括：至少一个处理器、存储器、用户接口和至少一个网络接口。设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可以理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于拓扑分析的电网风险辨识方法，其特征在于，所述方法包括：
对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
获取电网第二层结构之间的物理连接模型，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述将电网划分为三层具体包括：将电网划分为电网、供电站点、电网设备三层结构，其中供电节点为电网第二层结构。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型具体步骤为：
S1.依次选取物理连接模型中两个电网第二层结构；
S2.判断选取的两个电网第二层结构是否物理连接，若不是则重新选取；
S3.若是，则进一步判断选取的两个电网第二层结构是否电气连接，若是则保留选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S4.若不是，则删除选取的两个电网第二层结构之间的物理连接关系；
S5.重复上述步骤S1-S4，直到所述物理连接模型中的电网第二层结构全部判断完毕，得到的模型即为拓扑模型。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述电网第二层结构的各项参数包括：第二层结构的最大负载、第二层结构的额定输出电压、第二层结构的额定输入电压，所述加权拓扑模型的权数为电网第二层结构之间供电电压。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述电网第二层结构之间的影响因数的具体获取过程为：
随机选取一个电网第二层结构，获取加权拓扑模型中所有包含所选取的电网第二层结构的拓扑路径；
从选取的电网第二层结构依次向其所在拓扑路径两端遍历，检测拓扑路径上的电网第二层结构是否均向选取的电网第二层结构输出电压；
若是则保留该拓扑路径，若不是则筛除第一个不输出电压的电网第二层结构和其之前或之后的拓扑路径；
基于筛除后的拓扑路径依次计算拓扑路径中电网第二层结构对所选取的电网第二层结构的影响因数。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述电网第二层结构之间的影响因数由电网第二层结构之间的供电电压决定，其中在同一条拓扑路径上的两个电网第二层结构越接近，影响因数越大。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测具体包括：
获取电网的实时加权拓扑模型，将获取的实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型进行匹配；
若匹配结果不相同，则说明电网存在故障；
判断实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型的节点数是否相同，若节点数不同，则说明发生了电网第二层结构断电故障；
若相同则比较实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值；
若实时加权模型与电网的标准加权拓扑模型中相对应的第二层结构之间的权值不同，则说明该第二层结构存在故障；
基于存在故障的第二层结构，可以预测出其余第二层结构的故障风险。
8.基于拓扑分析的电网风险辨识系统，其特征在于，所述系统包括：
分层模块，用于对电网进行层次划分，根据电网的组成关系将电网划分为三层；
模型构造模块，用于获取电网第二层结构之间的物理连接模型；
拓扑构造模块，用于基于所述电网第二层结构之间的电气连接关系将所述物理连接模型转化为拓扑模型；
获取电网第二层结构的各项参数，基于电网第二层结构的各项参数将拓扑模型转化加权拓扑模型；
基于所述加权拓扑模型结合电网第二层结构的各项参数，获取电网第二层结构之间的影响因数；
风险分析模块，用于根据所述电网第二层结构之间的影响因数对电网风险进行辨识和预测。
9.一种可读存储介质，其特征在于,其上存储有可执行程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
10.一种设备,其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的可执行程序，所述处理器执行程序时实现权利要求1至7中任意一项所述的基于拓扑分析的电网风险辨识方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111233996.7A CN113987724A (zh) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 基于拓扑分析的电网风险辨识方法及系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115800272A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-03-14 | 国网山东省电力公司东营供电公司 | 基于拓扑识别的电网故障分析方法、系统、终端及介质 |
| CN116633005A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-08-22 | 宁波送变电建设有限公司运维分公司 | 基于拓扑分析技术的电力设备状态监控、控制方法及系统 |
-
2021
- 2021-10-22 CN CN202111233996.7A patent/CN113987724A/zh active Pending
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| CN116633005B (zh) * | 2023-04-07 | 2023-11-10 | 宁波送变电建设有限公司运维分公司 | 基于拓扑分析技术的电力设备状态监控、控制方法及系统 |
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