一種高性能電氣網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓?fù)浞治龇椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高性能電氣網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓?fù)浞治龇椒?，屬于電氣網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在各類電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，拓?fù)浞治鍪瞧渌呒?jí)分析功能的基礎(chǔ)。計(jì)算 機(jī)/通訊設(shè)備硬件性能的飛速提升及成熟軟件構(gòu)件技術(shù)帶來的系統(tǒng)開發(fā)成本的下降，使得 構(gòu)建具有數(shù)字化數(shù)據(jù)采集、收發(fā)能力的智能設(shè)備及自動(dòng)化儀表的成本得以迅速地降低。在 終端智能儀表及低成本/高帶寬的現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的支撐下，電力配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)順 應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)的潮流，將越來越多的新建及改造配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)納入各級(jí)SCADA系統(tǒng)中 進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而使得整個(gè)城鄉(xiāng)配網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度得到了極大地提高。在各級(jí)配網(wǎng)自動(dòng) 化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控端后臺(tái)系統(tǒng)所執(zhí)行的功能中，無論是饋線自動(dòng)化、配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、配網(wǎng) 負(fù)荷優(yōu)化、配電圖資系統(tǒng)（AM/FM/GIS)還是自動(dòng)/人工線路故障分析，都對(duì)配線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí) 可視化顯示提出了越來越高的要求。隨著GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）支持被逐步引入到配 網(wǎng)拓?fù)浞治鲋衼?，主流的配網(wǎng)線路的拓?fù)浞治鱿到y(tǒng)已經(jīng)能夠與Arc/Info/Maplnfo進(jìn)行無 縫集成。圖元定義也基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)象化，系統(tǒng)的通用性及軟件界面的友好性也越來越受到 重視。其中對(duì)于配網(wǎng)線路的拓?fù)浞治黾皩?shí)時(shí)狀態(tài)刷新（拓?fù)渲┏蔀樯鲜龈飨嚓P(guān)技術(shù)的 重要基礎(chǔ)。
[0003] 傳統(tǒng)的拓?fù)浞治黾皟?yōu)化方法大多需要在開關(guān)動(dòng)作需要對(duì)全部電氣網(wǎng)絡(luò)重新計(jì)算， 不會(huì)考慮前一次電氣網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)和特點(diǎn)，主要方法有：
[0004] 1)主要針對(duì)鄰接矩陣自乘得到全連通矩陣這一過程進(jìn)行優(yōu)化，該類方法仍然采用 矩陣自乘的方法。如：鄰接矩陣準(zhǔn)平方法中，僅需通過一次矩陣平方運(yùn)算便得到全連通矩 陣。但對(duì)于一個(gè)η階方陣代價(jià)仍然很大，而且該方法還要進(jìn)行行掃描；
[0005] 2)通過具有特殊含義的矩陣進(jìn)行維護(hù)。在關(guān)聯(lián)矩陣標(biāo)記法中，提出了一種根據(jù)回 路矩陣來進(jìn)行拓?fù)浞治龅姆椒?，其避免了鄰接矩陣的自乘運(yùn)算，但需要實(shí)時(shí)的維護(hù)回路矩 陣、樹支、連支集合的判斷和刪減并且需要根據(jù)樹支和連支的情況先判斷再進(jìn)行搜索，復(fù)雜 度仍然較高且不利于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)；
[0006] 3)對(duì)電氣網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行BFS(廣度優(yōu)先搜索）操作：2012年1月18日中國(guó)專利數(shù)據(jù) 庫中公開了一件專利名稱為"基于廣度優(yōu)先遍歷的配網(wǎng)帶電狀態(tài)計(jì)算方法"，其專利號(hào)為： 201110295318. 3,該方法從電源區(qū)域出發(fā)，遍歷所有與電源區(qū)域連通的區(qū)域，從而得到所有 的帶電區(qū)域。雖然該方法復(fù)雜度較低，只在最不理想的情況下才遍歷所有的區(qū)域，但其要求 分別從不同的電源區(qū)域分別遍歷，每次開關(guān)動(dòng)作都要遍歷一次，其中包含大量的重復(fù)操作； 且無法查詢電氣島的組成，不利于擴(kuò)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高性能電氣網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓?fù)浞?析方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中電網(wǎng)拓?fù)浞治龇椒◤?fù)雜度較高、可擴(kuò)展性不強(qiáng)、實(shí)時(shí)性不高的技術(shù) 問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高性能電氣網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓 撲分析方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一：用節(jié)點(diǎn)表示電氣網(wǎng)絡(luò)中的某一區(qū)域，各節(jié)點(diǎn)區(qū)域的所有元器件同時(shí)帶電 或失電；用節(jié)點(diǎn)間連線的有無表示連接兩節(jié)點(diǎn)的開關(guān)閉合與斷開；
[0010] 步驟二：在所有節(jié)點(diǎn)與開關(guān)均未連接時(shí)，進(jìn)行電氣網(wǎng)絡(luò)配置，包括：配置節(jié)點(diǎn)、配 置節(jié)點(diǎn)包含信息及配置關(guān)聯(lián)矩陣S ;
[0011] 步驟三：配電網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)分析：在電氣網(wǎng)絡(luò)投入使用前，根據(jù)電氣網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀 態(tài)以及關(guān)聯(lián)矩陣S，創(chuàng)建電氣網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣C及全連通矩陣L ;
[0012] 步驟四：配電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)分析：根據(jù)電氣網(wǎng)絡(luò)的改變分為開關(guān)閉合和開關(guān)斷開兩 種情況：
[0013] 情況一：開關(guān)閉合狀態(tài)分析：
[0014] 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，先根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣S得到開關(guān)連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)i和j的信息，更新節(jié) 點(diǎn)包含信息以及鄰接矩陣中元素 Cip Cjl的值；
[0015] 查詢?nèi)B通矩陣的第i行及第j行，對(duì)兩行元素中位于相同列的元素進(jìn)行或操作， 得到一個(gè)全新的含有η個(gè)元素的數(shù)組T，即Tk= L lk I I L]k，T中所有為帶電狀態(tài)為連通的元 素的集合即為新得到的電氣島c ;
[0016] 將數(shù)組T重寫到全連通矩陣中的第k行，k為所有1；處于連通狀態(tài)時(shí)k的值，此時(shí) 得到的新的鄰接矩陣和全連通矩陣即為開關(guān)閉合后的鄰接矩陣和全連通矩陣；
[0017] 情況二：開關(guān)斷開狀態(tài)分析：
[0018] 當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，先根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣S得到開關(guān)連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)i和j的信息，更新節(jié) 點(diǎn)包含信息以及鄰接矩陣中元素 Cip Cjl的值；
[0019] 若斷開的開關(guān)與節(jié)點(diǎn)i和j連接，則利用鄰接矩陣中節(jié)點(diǎn)i的信息進(jìn)行一次廣度 優(yōu)先搜索，查詢與節(jié)點(diǎn)i連通的所有節(jié)點(diǎn)，將所有遍歷過的節(jié)點(diǎn)記為電氣島X，用含η個(gè)元素 的數(shù)組X表示，其中Xk= 1，k表示被包含在電氣島X中的節(jié)點(diǎn)的編號(hào)；
[0020] 設(shè)節(jié)點(diǎn)i和j在開關(guān)斷開前屬于同一電氣島M，則將電氣島M內(nèi)未被遍歷的節(jié)點(diǎn)記 為電氣島y，用含η個(gè)元素的數(shù)組Y表示；
[0021] 數(shù)組Y通過將全連通矩陣的第i行與數(shù)組X位于相同列的元素按位進(jìn)行異或操作 得到，即Yg = Xg ? Lig，其中g(shù) e [0, n]，則將全連通矩陣的第k行用數(shù)組X代替，將全連 通矩陣的第g行用Y代替，g為所有使Yg= 1的g的取值，此時(shí)得到的新的鄰接矩陣和全 連通矩陣即為開關(guān)斷開后的鄰接矩陣和全連通矩陣；
[0022] 步驟五：根據(jù)新的鄰接矩陣和全連通矩陣，對(duì)各段線路及電氣設(shè)備、元件進(jìn)行帶電 狀態(tài)分析。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟二中所述配置節(jié)點(diǎn)的方法是：假定所有開關(guān)全部閉合，從電源節(jié)點(diǎn) 開始執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索，標(biāo)注各節(jié)點(diǎn)電壓等級(jí)，遇到變壓器根據(jù)變壓器的配置改變電壓等 級(jí)。
[0024] 進(jìn)一步的，步驟二中所述配置節(jié)點(diǎn)包含信息包括：配置節(jié)點(diǎn)是否帶電的 isEnergized屬性、配置節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻與其他節(jié)點(diǎn)連接的connected_points屬性、配置節(jié) 點(diǎn)電壓等級(jí)的v_level屬性。
[0025] 進(jìn)一步的，步驟三中創(chuàng)建鄰接矩陣C及全連通矩陣L時(shí)，
[0026] 對(duì)于鄰接矩陣C :0表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)未直接連接或開關(guān)斷開，1表示兩節(jié)點(diǎn)直接連接 且開關(guān)閉合；
[0027] 對(duì)于全連通矩陣L :0表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)未連接，1表示兩個(gè)點(diǎn)被直接或間接連接。
[0028] 進(jìn)一步的，步驟四對(duì)于情況一，只有開關(guān)兩端的帶電狀態(tài)不同時(shí)，才會(huì)改變電氣網(wǎng) 絡(luò)的帶電狀態(tài)；若兩節(jié)點(diǎn)均帶電或均不帶電，則電氣網(wǎng)絡(luò)的帶電狀態(tài)不發(fā)生改變。
[0029] 進(jìn)一步的，步驟四對(duì)于情況二，只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都帶電，才會(huì)改變電氣網(wǎng)絡(luò)的帶電狀 態(tài)；若斷開前兩節(jié)點(diǎn)的帶電屬性不同，則拋出錯(cuò)誤。
[0030] 優(yōu)選的，步驟三中創(chuàng)建全連通矩陣L的方法為：連通矩陣準(zhǔn)平方法。
[0031] 進(jìn)一步的，步驟四中情況二所述查詢與節(jié)點(diǎn)i連通的所有節(jié)點(diǎn)的方法是：利用鄰 接矩陣，從節(jié)點(diǎn)i開始執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索，查詢與節(jié)點(diǎn)i連接的節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)得到的節(jié)點(diǎn)，繼 續(xù)向下層訪問，查找與得到的節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：
[0033] 1、本發(fā)明對(duì)于電氣網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞治鼋⒃诰唧w的開關(guān)動(dòng)作基礎(chǔ)上，通過對(duì)電氣系 統(tǒng)開關(guān)動(dòng)作的監(jiān)控，充分利用開關(guān)動(dòng)作前的鄰接矩陣和全連通矩陣的運(yùn)算結(jié)果，得到全新 的鄰接矩陣及全連通矩陣，使得已經(jīng)運(yùn)算過的數(shù)據(jù)得以有效利用，減少了大量的重復(fù)計(jì)算 過程，使電氣網(wǎng)絡(luò)帶電狀態(tài)的拓?fù)浞治鼍哂懈玫膶?shí)時(shí)性；
[0034] 2、通過全連通矩陣可快速的進(jìn)行電氣島的劃分及死島、活島的判定，進(jìn)而為拓?fù)?著色提供了方便，鄰接矩陣及全連通矩陣也為系統(tǒng)其他功能的擴(kuò)展提供了接口，提高了電 氣網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓?fù)浞治龇椒ǖ目蓴U(kuò)展性；
[0035] 3、采用了完全面向?qū)ο蠡脑O(shè)計(jì)，算法中各要素均被定義為相應(yīng)數(shù)據(jù)/圖形對(duì)象 類型的實(shí)例，利用較易于理解和擴(kuò)展的矩陣變換方法進(jìn)行拓?fù)浞治?，即從鄰接矩陣變換到 全連通矩陣的方法，根據(jù)開關(guān)動(dòng)作的不同，在每次開關(guān)動(dòng)作后，對(duì)全連通矩陣產(chǎn)生的影響進(jìn) 行了具體的分析，減少了計(jì)算的復(fù)雜度，在開關(guān)閉合時(shí)只需進(jìn)行或操作及賦值操作即可，無 需進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選取或從其他的節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行遍歷，易于實(shí)現(xiàn)。
[0036] 本發(fā)明可廣泛適用于各類涉及復(fù)雜電路的自動(dòng)化監(jiān)控領(lǐng)域的拓?fù)浞治黾巴負(fù)渲?色，僅需獲得對(duì)象化描述的配網(wǎng)線路區(qū)域及其連接關(guān)系，算法即可結(jié)合電氣元件的動(dòng)