CN117828796B

CN117828796B - 一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法

Info

Publication number: CN117828796B
Application number: CN202410022170.3A
Authority: CN
Inventors: 刘文霞; 李承泽; 刘岩东; 曹宇
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2024-01-05
Filing date: 2024-01-05
Publication date: 2024-07-05
Anticipated expiration: 2044-01-05
Also published as: CN117828796A

Abstract

本申请涉及电力系统领域，公开了一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，包括以下步骤：S1、构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标；S2、进行社团划分；S3、构建全连通的网架拓扑；S4、评价拓扑的真实可靠性；S5、更新社团划分的阈值，并计算合理性指标；S6、判断当前拓扑的整体合理性指标是否大于设定阈值，若满足，则保留并输出当前拓扑连接关系。本发明通过综合考虑电网的结构特征、运行模拟以及线路的真实存在性，来评价和优化电网的拓扑结构。这种方法能够在有限的信息条件下，合理地补全和优化城市电网的拓扑结构。

Description

一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体为一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法。

背景技术

在现代城市电网的规划、建设和运维过程中，由于城市化进程的加速和电力系统复杂性的增加，传统的电网拓扑设计和优化方法面临诸多挑战，如电网数据不完整、城市发展迅速导致的电网拓扑频繁变更等。因此，如何在有限的数据和快速变化的环境中，准确、高效地进行电网拓扑的补全和优化，成了一个亟待解决的问题。

现有技术中，电网拓扑补全多依赖精确的电网数据和复杂的模拟计算，这在数据缺乏和计算资源受限的情况下显得尤为困难。同时，这些方法往往忽略了电网拓扑的实际运行条件和维护成本，导致得到的拓扑方案可能在实际应用中并不合理或难以实施。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，通过收集电网参数，计算节点间的距离相似度和结构相似度，进行社团划分，并选择可靠线路进行拓扑构建。在此基础上，综合评价拓扑的真实可靠性，并针对性地更新社团划分阈值和计算合理性指标，实现对城市电网拓扑的补全和优化。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，包括以下步骤：

计算任意两个节点之间沿道路的最小距离以及两节点间经过道路上的平均电缆数量，构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标；

基于满足特定阈值条件的线路数量，进行社团划分；

选择满足一定可靠性阈值的线路，构建全连通的网架拓扑；

根据抽取的线路上的损耗值、线路整体可靠性和节点负荷不平衡量评价拓扑的真实可靠性；

基于当前拓扑的可靠性，更新社团划分的阈值，并计算合理性指标；

判断当前拓扑的整体合理性指标是否大于设定阈值，若满足，则保留并输出当前拓扑连接关系。

优选的，所述距离相似度表示为：

dis(u，x)＝1-e^-1/d(u，x)

其中，dis(u，x)表示距离相似度，d(u，x)表示节点u，x之间的可观测线路长度，若u，x之间不存在已知线路，则d(u，x)取节点u，x之间连接道路通路的平均距离(单位为/10km)。

优选的，所述结构相似度表示为：

其中，τ(u，x)表示结构相似度，a_ux表示节点u，x之间存在主干道路l_ux直接相连情况下，两节点间存在电缆相连的支持性参数，由l_ux的电缆可观标识数量、分布以及路径敷设合理程度等因素决定；λ_ux表示节点u，x之间是否存在可见架空线的0-1指示标志，若存在则λ_ux＝1。

优选的，所述模块化评价指标表示为：

ω(u，x)＝τ(u，x)·dis(u，x)

其中，ω(u，x)表示模块化评价指标，τ(u，x)表示结构相似度，dis(u，x)表示距离相似度。

优选的，所述选择满足一定可靠性阈值的线路的步骤是通过蒙特卡洛抽样方法选择的。

优选的，所述评价拓扑的真实可靠性的指标表示如下：

其中，R_l表示还原线路l存在合理性指标，NL表示反演网架中线路数量。

优选的，所述计算任意两个节点之间沿道路的最小距离以及两节点间经过道路上的平均电缆数量，构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标的步骤前，还包括收集电网拓扑结构、道路连接情况、道路电缆标志数量、线路潮流、节点注入功率参数。

本发明还提供一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全装置，包括：

数据收集模块，用于收集电网拓扑结构、道路连接情况、道路电缆标志数量、线路潮流、节点注入功率参数；

相似度计算模块，用于计算任意两个节点之间沿道路的最小距离以及两节点间经过道路上的平均电缆数量，构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标；

社团划分模块，基于满足特定阈值条件的线路数量，进行社团划分；

网架拓扑构建模块，用于选择满足一定可靠性阈值的线路，构建全连通的网架拓扑；

可靠性评价模块，用于根据抽取的线路上的损耗值、线路整体可靠性和节点负荷不平衡量评价拓扑的真实可靠性；

合理性指标计算模块，基于当前拓扑的可靠性，更新社团划分的阈值，并计算合理性指标；

判断模块，用于判断当前拓扑的整体合理性指标是否大于设定阈值，若满足，则保留并输出当前拓扑连接关系。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可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，实现如上述的方法。

本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。

本发明提供了一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法。具备以下有益效果：

1、本发明通过选取满足特定可靠性条件的线路来构建拓扑，有助于确保电网的稳定运行。同时通过评价拓扑的真实可靠性并进行优化，可以减少线路损耗和不平衡负荷，提高电网的运行效率。并且通过社团划分帮助识别电网中的关键区域，便于在发生故障时快速定位问题并进行修复。能够适应城市电网随着城市发展变化而进行的更新和扩展。

2、本发明通过综合考虑电网的结构特征、运行模拟以及线路的真实存在性，来评价和优化电网的拓扑结构。这种方法能够在有限的信息条件下，合理地补全和优化城市电网的拓扑结构。

附图说明

图1为本发明的不完全信息网架结构分区示意图；

图2为本发明的方法流程示意图；

图3为本发明的不完全网架结构拓扑还原结构图；

图4为本发明的蒙特卡洛抽样获取高合理性拓扑集NW示意图；

图5为本发明的不完全拓扑还原步骤流程示意图；

图6为本发明的装置结构示意图；

图7为本发明的计算机设备结构示意图。

其中，100、数据收集模块；200、相似度计算模块；300、社团划分模块；400、网架拓扑构建模块；500、可靠性评价模块；600、合理性指标计算模块；700、判断模块；40、计算机设备；41、处理器；42、存储器；43、存储介质。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，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。

本发明首先建立不完整信息城市电网拓扑模型，构建城市输电网拓扑合理性的三步判别准则，进一步提出拓扑存在合理性指标计算方法。

对于不完全城市电力系统网架结构，首先从结构层面，对不完全拓扑信息的网架结构进行拓扑分区检测，寻找电力场站节点间潜在相似性；然后提出分区内和分区间的隐藏线路存在合理性评价标准；最后基于网架整体合理性评价原则，从输电损耗估算和拓扑合理性的角度评价某补全网架存在的真实合理性。

本发明模型以攻击者视角构建不完全城市电力系统网架结构，其反演构建过程如下：

一、网架信息不完全下的电力拓扑分区检测模型

本发明基于已有线路的电气距离以及两点间存在隐藏电缆线路可能性，构建电力系统场站节点相似度，基于相似度高节点共处一个分区的原则，提出改进的SHRINK-E算法对不完全网架信息电网进行初步分区，以服务于后续隐藏线路存在合理性的判断。

此外，由于反演网架为不完全网架，基于已有线路连接关系进行社团划分并不能体现现实网架的真实社团结构。因此，基于上述构建的场站节点相似度，将一定误差内的相似度最高的节点划分到同一个社团内更能体现节点间相似特性。最后在子网划分时，考虑到电网在故障后仍能正常工作，需要在每个子网内至少划分一个发电厂节点，以实现在同一个社区内的节点能保持基本的源荷平衡。

首先定义不完全信息电网：G＝(V,E)，其中V、E分别表示场站节点集、已有连接线路集。其中V＝(VG，VT)，VG、VT分别表示发电厂和变电站节点。

首先介绍距离度量的概念，假设不完全信息网架存在分区C＝{C1，C2，...，Ck}，定义基于距离的整网模块化度量Qd为：

式中：表示分区C_i中任意一对节点之间的模块化相似度之和，表示分区C_i中任意节点到网络G中任意其它节点的模块化相似度之和，D^T表示网络G中任意两个节点之间的模块化相似度之和。

因此D^T表示为：

D^T＝∑_u，v∈Vσ_uv (4)

式中：σ_uv表示节点u、v之间的模块化关联性指标。

σ_uv由余弦相似度扩展而来，余弦相似度能有效地表示加权网络中任意两个相邻节点的局部连通性密度，因此σ_uv表示为：

式中：ω(u，x)表示节点u，x之间的模块化关联性评价值。ω(v，x)同理；Γ(u)表示网架中与场站节点u存在较大模块化关联性的节点集合，对于若ω(u，x)≥ε，则x∈Γ(u)，ε表示最低关联性常数，Γ(v)同理。

以ω(u，x)为例，ω(u，x)表示为：

ω(u，x)＝τ(u，x)·dis(u，x) (6)

式中：τ(u，x)以及dis(u，x)分别表示节点u、x之间的结构相似度与距离相似度。

距离相似度dis(u，x)表示为：

dis(u，x)＝1-e^-1/d(u，x) (7)

式中：其中d(u，x)表示节点u，x之间的可观测线路长度，若u，x之间不存在已知线路，则d(u，x)取节点u，x之间连接道路通路的平均距离(单位为/10km)。

结构相似度τ(u，x)表示为：

式中：a_ux表示节点u，x之间存在主干道路l_ux直接相连情况下，两节点间存在电缆相连的支持性参数，由l_ux的电缆可观标识数量、分布以及路径敷设合理程度等因素决定；λ_ux表示节点u，x之间是否存在可见架空线的0-1指示标志，若存在则λ_ux＝1。

由于节点u，x之间可能存在不止一条道路相连，因此a_ux表示为：

式中：Nl_ux表示节点u，x之间可见直接相连的道路通路条数，l_ux表示节点u，x之间可见直接相连道路通路集合；a_l表示节点u，x之间连接道路通路l的电缆存在支持性参数，由l的电缆可观标识数量、分布以及路径敷设合理程度等因素决定。

由于各类可见标识对电缆存在支持性不同，因此根据支持性由高到低对各类标识进行分类，分为A/B/C三个等级，如表1所示：

表1电缆可见标志分类

因此，式(9)中a_l表示如下：

式中：mra_l、mrb_l、mrc_l表示l_l附近A/B/C三类标识的数量，mra_l≥0，mrb_l≥0，mrc_l≥0，标志数量越多表示越能够支持l_ij有地下电缆经过。σ₁，σ₂，σ₃表示三类标识权重，σ₁＞σ₂＞σ₃。表示专家对于l电缆敷设合理程度的综合评分归一化值，评分越高表示具有越低的电缆敷设难度以及越高的敷设合理性。

E_l表示为l电缆敷设强影响因素λl与环境因素el、社会因素sl等次要因素之和的乘积，表示如下：

E_l＝λ_l(s_l+e_l) (11)

根据公式(5)以及上述分析，可知，对于ω(u，u)＝1；对于若u，v之间不存在任意已知线路以及主干道路相连，或存在主干道相连，但是道路上无任何可观察到的输电电缆标志，则ω(u，u)＝0。

若将两个分区C_s和C_t结合为一个分区，那么系统Q_d变化量为：

式中：表示分区C_s、C_t间任意节点间模块化相似度。

与公式(2)一(4)同理，表示为：

基于公式(12)进一步可以推出，若将社团C1，C2，...，Cj结合，那么ΔQd为：

最后，定义节点关联微社区的概念：

对于G＝(V，E，ω)，c(a)＝(V′，E′，ε)为G中的某连接子图，若满足以下条件，则C(a)为G中节点a的节点关联微社区：1)a∈V′；2)对于

其中，表示节点对(u，v)为紧密节点对，ε表示紧密标准：ε＝max{σ_xy|(x＝u，y∈Γ(u)-{u})V(x＝v，y∈Γ(v)-{v})。

因此，基于贪心算法，对于一个存在孤立节点或区域以及不完全连接关系的电力网架，提出适用于不完全网架信息电网的SHRINK-E算法，基于以下步骤进行结构分区：

1)为了保证结果中的每个分区供电功能的合理性，将整个可观察网架中每一个发电机节点均视为一个初始分区；

2)对于每个节点，寻找并初始化其微社区；

3)计算每个微社区的模块化增益初始值ΔQd，若ΔQd＞0，则将该微社区视为广义节点，网架结构进行广义收缩；

4)对收缩后的网架重复步骤1)-3)，直到所有社区均满足Qd<0。

5)获得最终的不完全信息网架结构分区。

上述步骤快速减小了网络的规模，具有较高的效率。在每次迭代中，一个节点只被访问一次，最终分区结果不依赖于节点被访问的顺序。

综上，上述网架信息在不完全场景下的节点分区与节点间连接关系与基于加权距离的紧密程度有关，往往是多层社区相互嵌套的最终结果，每个分区均表示该分区内电力节点距离较短、往往存在道路直接相连并且相连道路存在较多电缆可见标志，因此越有可能存在地下电缆线路相连。图1为经过二级分区后的某城市局部电网，对本节分区理念进行形象表示。

二、基于分区特征与节点相似性的隐藏线路存在合理性指标建立

对于拓扑信息不完整的城市输电网络，攻击者视角下场站节点间是否存在隐藏线路，应当考虑电力系统可能的供电功能特性以及节点间是否存在依附于连通道路的隐藏线路标等，既要考虑节点的模块化关联相似度。同时，基于节点所在分区，不完全信息网络中节点与自身分区之内的节点更容易产生线路连接，与区域外节点则较低，但是该可能性并不为零，因为存在较少的中远距离输电情况，如高压、超高压变电站和电厂往往需要对偏远距离的变电站输电。

因此对于不完整的城市输电网络，本节基于上节提出的节点间模块化关联相似度ω，以及节点在系统中的功能属性，提出城市电网场站节点间隐藏线路连接的存在合理性计算模型。本节模型假设：攻击者对可观测到的场站规模、电压等级等信息以及线路信息都是完全已知的。这符合实际，除拓扑结构外的场站信息均有可能从地方电网官网查到，可见线路参数信息可以通过侦察方式获取。

(1)对于节点i，j处于同一分区的情况

对于相同分区内的节点i，j，存在隐藏线路相连的存在合理性γ_ij由节点i，j模块化关联相似度ω(i，j)以及相关节点的结构特性指标决定：

式中：μ_i，μ_j分别为基于节点i，j电压等级的折算参数，μ_i∈[0，1]；

α≥0；K_i，K_j代表节点在网架中的重要度，其用度数表示。

在式(15)中，以节点i为例，若其为最高电压等级，则μ_i＝1，若节点j电压等级小于i，则μ_j<μ_i；若节点i为末端低压节点，则μ_i＝0。

式(15)中以K_i为例，K_i表示为：

式中：loij表示节点i，j共同的社团分区；k_i表示节点i在攻击者观测网架中的度数，为复杂网络理论中的指标，表示节点i在网络中的重要程度，度数越高表明与其它节点连接越紧密。

公式(15)表明，在观测网架中，度数连接较稀疏的节点间更可能存在隐藏线路；同时，节点间存在线路连接也取决于距离相似度以及结构上是否具备依附于连通道路的隐藏线路标志，及模块化关联相似度有关系；另外，在区域城市电网中，跨电压等级输电一般为小概率事件，因此根据公式(15)第三项乘子，对于同一分区内的两节点，其电压等级越接近，则存在输电线路的概率越高。

(2)对于节点i，j处于不同分区的情况

对于不同分区内的节点i，j，基于上述的分区原则，其不仅在结构上缺乏一定的紧密关联性，在距离上也较远。因此，i，j之间必须存在较强的功能关联性，才有可能出现隐藏线路连接。

所谓功能关联性，即i，j之间存在中远距离输电的可能。在电力系统中，高压节点一般为大容量高中压变电站和发电厂，与其它节点间线路传输距离和功率一般都比较大，节点i，j间存在远距离输电的可能。对于中压节点，即中型变电站和发电厂，在拓扑上的特点为：自行发电或从大容量的变电站接收电能，然后分配给多个下级用户，存在部分中距离输电的情况，但几乎不存在远距离输电的情况。

综上所述，对于节点i，j处于不同分区的情况，若i，j均为中高压节点，其存在隐藏线路连接概率应当与i，j电压等级正相关，与i，j间距离负相关：

式中：表示节点i与其分区内其他节点可观测线路的平均长度，同理。与式(15)不同，式(17)中K_i，K_j分别基于i，j各自分区计算。

公式(17)表明，对于处于不同分区的中高压节点i，j，其存在隐藏线路连接的概率应在公式(15)的基础上，基于距离与电压等级进行折算。

三、整体反演网架真实存在的合理性评价

上述分析了不完全信息电网中，节点之间存在线路连接的合理性与节点模块关联相似度电压等级之间的关系。然而某补全后的拓扑对攻击者而言真实可信的程度不仅仅与每条线路的存在合理性有关，还应评价该拓扑是否符合电力网架的结构合理性。

在计算反演拓扑结构合理性之前，本文做出几个假设：

1、攻击者可估算还原电缆线路的参数

对于被反演补全的线路，其参数型号对攻击者而言并未直接可知，但是在当地城市的电力管网以及电网设计导则中，往往规定了各电压等级输电电缆线路的常用型号与电阻电抗等线路参数，对于攻击者而言并不难查到。因此对于反演拓扑中的某条还原电缆线路，本发明认为攻击者应当取上述可查型号参数的平均值作为当前反演电缆线路的参数。

2、攻击者知道所有发电节点实时出力与负荷节点实时负荷

对于发电机节点与负荷节点的实时数据，往往也会在当地电力官网实时公布，本文假设除线路参数之外的场站信息对攻击者而言完全已知。

因此，对于反演拓扑的结构合理性，攻击者可以基于潮流计算结果，考虑以下准则：

(1)反演网架供电损耗估算值应尽可能小

一般来说，输电网任意支路l的线损为：

式中：ρ_l表示与支路l导线材料相关的电阻系数，J_l＝I_l/S_l，表示经济电流密度，U_l和cosφ_l分别表示支路l的电压和功率因数，p_l表示通过支路的有功功率。

对于某反演网架，其线路集为L，基于直流潮流计算的全网总有功损耗可近似为常熟参数与负荷矩pd的乘积：

因此在直流潮流计算中，考虑到电压和相角都设置为定值，上式K_l也近似为定值，输电网有功损耗近似与线路潮流和线路长度有关。

对于某反演拓扑，基于前文假设，攻击者可以获取计算潮流所需的真实或估算参数，可以计算出上述全网有功损耗的近似值。该损耗越小，则攻击者有理由认为该拓扑有更大可能为实际拓扑。

对于式(18)中的d_l计算，若l是可见的已知架空线，则l为已知量，若l是还原出的电缆线路，两场站节点之间存在的任意道路通路都可能成为电缆敷设路径。假如l两端场站之间存在R_al条道路通路，则al应当由这些通路长度，以及这些通路是否足够支持电缆敷设这两个条件加权表示：

式中：a_pl表示通路pl的电缆存在支持性指标，由第一节求得。

(2)反演电网是否能够满足为所有负荷正常供电

对反演网架做最优直流潮流(OPF)计算，目标函数为负荷切除量最小。假设某反演网架最优潮流结果所得负荷切除量为ΔQT，则若该网架为真实网架，应较少甚至不出现切负荷：

上述指标CL_T越小，则攻击者认为当前拓扑更为合理。

(3)反演网架应满足可靠连通性

对当前反演网架每个场站节点做广度优先算法搜索，检测其到所有其他节点的通路，若对所有其它节点均存在通路，则拓扑连通性指标Γ_T＝1，否则为零：

式中：r_mn表示节点m、n是否满足连通性的指示量，若连通则r_mn＝1，否则r_mn＝0。只有当前网架的Γ_T＝1，该网架才是合理的。

(4)反演网架末端结构应满足典型模式

城市输电网末端同属于高压配电网，上级变电站给末端变电站输电通常有不同的典型接线模式，如环形、n回链式、辐射状等。因此对于末端变电站集合V_l，对于n∈V_l，均满足最多与两个电力节点相连。因此假设末端变电站q的连接线路总数为nlq，其连接方式合理性指标Co_q表示为：

反补全网架末端结构合理性指标Co_T表示为：

式中：N_Vl表示末端变电站的数量。

最后，基于不完全信息拓扑反演出的补全拓扑，获取了每两个节点之间连接线路的存在合理性，以及整体拓扑的网架合理性指标EQ_T、Co_T之后，将该反演拓扑其真实存在的整体可靠性评价指标表示如下：

式中：R_l表示第二节求得的还原线路l存在合理性指标，NL表示反演网架中线路数量。

基于式(25)可以看出，在满足可靠连通性的基础上，若反演拓扑的每条还原线路存在合理性越高、整体拓扑供电损耗估计值越小、供电合理性越高、补全网架末端结构合理性越高，则整体拓扑对于攻击者而言真实存在的合理性越高，越接近于约为1的理想值。

反演网架整体存在合理性的本质含义是：对于攻击者通过某种途径反演补全的的城市电网拓扑结构，其整体存在合理性越高，表明攻击者客观上越有可能认可该网架为真实网架，因为其能较为充分相信每条电缆线路的真实存在性，同时充分认可该拓扑在结构上的合理性以及在运行上的经济性。

本发明该拓扑是否具备较高的合理性以支撑其存在性，需要基于以下三重判别准则进行评判：首先，判断当前获取的拓扑在结构特征上是否合理；其次，对当前拓扑进行运行模拟，获取系统常规运行状态，判断运行合理性；然后，针对当前拓扑中被补全的电缆线路，通过其所在路段观察到的可见标志信息是否充足，判断其真实存在的合理性，判断所有线路合理性指标平均值是否大于阈值λ。最后，基于上述三重合理性指标计算当前拓扑的整体合理性指标RT指标，若合理性指标大于设定阈值ξ，则保留并输出当前拓扑连接关系。

基于上述，请参阅附图2-5，本发明提供一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，包括步骤S1～S7,具体如下：

其中，步骤S1、数据收集

在这一步骤中，首先需要收集有关城市电网的详细信息。这包括电网的现有拓扑结构，这是通过分析变电站、配电房、电缆井和其他关键电网元件的位置关系来实现的。道路连接情况的数据可通过城市规划部门提供的地图获得。道路电缆标志数量是通过实地调查或使用遥感技术来确认电缆线路沿特定道路的标记数量。线路潮流数据通过电网运维记录获取，它反映了电流在电网中的流动情况。节点注入功率参数是通过测量各节点的电能消耗来获得的，这是评估电网负载情况的重要数据。

其中，步骤S2、相似度计算与模块化评价指标

在这一步骤中，使用算法计算任意两个节点之间沿道路的最短距离以及平均电缆数量。这些数据用来建立距离相似度和结构相似度的量化指标。距离相似度可以通过指数衰减函数来表示，而结构相似度则通过节点间电缆数量的比例来定义。这两个指标的综合给出了任意两个节点之间的模块化评价指标ω，它是社团划分的依据之一。

其中，步骤S3、社团划分

社团划分的目的是将电网中的节点划分成多个社团，每个社团内部的节点连接紧密，而与其他社团的节点连接相对较少。这一步骤依据线路数量和模块化评价指标ω是否满足特定阈值条件来执行。社团划分可以帮助识别电网中的关键区域，并且为后续的拓扑补全提供依据。

其中，步骤S4、全连通网架拓扑构建

在这一步骤中，通过蒙特卡洛方法抽样选取线路，只有那些满足一定可靠性阈值γ的线路才会被选中，以此来构建一个全连通的网架拓扑。这样的抽样方法能够确保所构建的拓扑在一定程度上反映了电网的可靠性要求。

其中，步骤S5、真实可靠性评价

在拓扑结构构建完成后，需要对其进行真实可靠性的评价。这包括计算线路上的损耗值、线路整体的可靠性γ和节点负荷不平衡量。这些指标综合反映了拓扑结构在实际电网运行中的性能。

其中，步骤S6、社团划分阈值更新与合理性指标计算

基于步骤S5中评价得到的可靠性结果，更新社团划分中使用的阈值ω。随后，计算整个拓扑的合理性指标R_T，该指标综合考虑了结构特征、运行模拟和真实存在的合理性。

其中，步骤S7、拓扑合理性判断

最后，将计算得到的整体合理性指标R_T与预设的阈值进行比较。如果R_T大于或等于该阈值，则认为当前的拓扑连接关系是合理的，可以保留并输出作为电网的拓扑补全结果。

本发明的原理在于通过综合考虑电网的结构特征、运行模拟以及线路的真实存在性，来评价和优化电网的拓扑结构。这种方法能够在有限的信息条件下，合理地补全和优化城市电网的拓扑结构。

总的来说，本发明通过选取满足特定可靠性条件的线路来构建拓扑，有助于确保电网的稳定运行。同时通过评价拓扑的真实可靠性并进行优化，可以减少线路损耗和不平衡负荷，提高电网的运行效率。并且通过社团划分帮助识别电网中的关键区域，便于在发生故障时快速定位问题并进行修复。能够适应城市电网随着城市发展变化而进行的更新和扩展。

下文描述的基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全装置与上文描述的基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法可相互对应参照。

请参阅附图6，本发明还提供一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全装置，包括：

数据收集模块100，用于收集电网拓扑结构、道路连接情况、道路电缆标志数量、线路潮流、节点注入功率参数；

相似度计算模块200，用于计算任意两个节点之间沿道路的最小距离以及两节点间经过道路上的平均电缆数量，构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标；

社团划分模块300，基于满足特定阈值条件的线路数量，进行社团划分；

网架拓扑构建模块400，用于选择满足一定可靠性阈值的线路，构建全连通的网架拓扑；

可靠性评价模块500，用于根据抽取的线路上的损耗值、线路整体可靠性和节点负荷不平衡量评价拓扑的真实可靠性；

合理性指标计算模块600，基于当前拓扑的可靠性，更新社团划分的阈值，并计算合理性指标；

判断模块700，用于判断当前拓扑的整体合理性指标是否大于设定阈值，若满足，则保留并输出当前拓扑连接关系。

本实施例装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

请参阅附图7，本发明还提供一种计算机设备40，包括：处理器41和存储器42，存储器42存储有处理器可执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时执行如上的方法。

本发明还提供了一种存储介质43，该存储介质43上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器41运行时执行如上的方法。

其中，存储介质43可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory,简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory,简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory,简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于满足特定阈值条件的线路数量，进行社团划分；

选择满足一定可靠性阈值的线路，构建全连通的网架拓扑；

判断当前拓扑的整体合理性指标是否大于设定阈值，若满足，则保留并输出当前拓扑连接关系；

所述距离相似度表示为：

其中，表示距离相似度，表示节点之间的可观测线路长度，若之间不存在已知线路，则取节点之间连接道路通路的平均距离，单位为/10km；

所述结构相似度表示为：

其中，表示结构相似度，表示节点之间存在主干道路直接相连情况下，两节点间存在电缆相连的支持性参数，由的电缆可观标识数量、分布以及路径敷设合理程度因素决定；表示节点之间是否存在可见架空线的0-1指示标志，若存在则；

所述模块化评价指标表示为：

其中，表示模块化评价指标，表示结构相似度，表示距离相似度；

所述评价拓扑的真实可靠性的指标表示如下：

其中，表示拓扑连通性指标，表示全网总有功损耗，表示负荷切除量指标，表示反补全网架末端结构合理性指标，表示还原线路存在合理性指标，表示反演网架中线路数量。

2.根据权利要求1所述的一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，其特征在于，所述选择满足一定可靠性阈值的线路的步骤是通过蒙特卡洛抽样方法选择的。

3.根据权利要求1所述的一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，其特征在于，所述计算任意两个节点之间沿道路的最小距离以及两节点间经过道路上的平均电缆数量，构建距离相似度与结构相似度，并得到任意两节点之间的模块化评价指标的步骤前，还包括收集电网拓扑结构、道路连接情况、道路电缆标志数量、线路潮流、节点注入功率参数。

4.一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全装置，基于如权利要求1-3任一项所述的一种基于存在合理性评价的城市电网拓扑补全方法，其特征在于，包括：

5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可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1-3任一项所述的方法。

6.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的方法。