一种基于图论的电网拓扑建模方法、计算机设备及系统与流程

本发明涉及智能电网，具体涉及一种基于图论的电网拓扑建模方法、计算机设备及系统。

背景技术：

1、电力系统仿真和分析计算过程中电网拓扑分析是基础技术之一，通过电力设备模型、连接关系模型构建拓扑分析模型。图论和图计算方法可将电网结构抽象为图结构进行电网拓扑分析，如公开号为cn113051694b提出了一种基于图论的电网拓扑建模方法，该方法通过合并线类型设备的顶点以及相连的边，为开关类设备建立开关状态与段子连通状态的映射关系，从而减少图结构中的顶点以及边的数量，有效降低了电网拓扑分析的计算量，能够提高电网分析的效率。现有技术虽然对电网图结构进行了一定的优化以及简化，但是对于大型电网而言，简化后的图结构仍然包含大量较多的节点以及边，在进行拓扑分析时仍需要大量的计算资源进行拓扑分析，即现有技术对于大型电网的拓扑结构的优化效果较差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术对于大型电网的拓扑结构的优化效果较差的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于图论的电网拓扑建模方法、计算机设备及系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于图论的电网拓扑建模方法，所述方法包括：

3、获得电网的第一拓扑图结构；对于初始拓扑图结构中的每个节点，获取所述节点在不同尺度的邻域范围内的拓扑向量；

4、对于每个所述节点，根据邻域范围大小将所述拓扑向量构成拓扑向量序列；根据所述拓扑向量序列中相邻元素之间相似度获得相邻尺度相似度序列；根据连续元素的大小确定所述相邻尺度相似度序列中的分割点以及在所述节点中的分割效果；统计所有节点的分割点以及分割效果，根据分割点所属邻域范围下每个节点的分割效果，获得每个邻域范围的分割性，根据所述分割性筛选出分割邻域；

5、对于每个分割邻域，将每个节点的节点值设置为对应的拓扑向量，获得第二拓扑图结构；获得所述第二拓扑图结构中的节点类别区域；在所述节点类别区域中的拓扑向量进行筛选，确定所述节点类别区域的代表拓扑向量并将其作为所述节点类别区域的电网结构描述子。

6、进一步地，利用node2vec方法获得所述节点在不同尺度的邻域范围内的拓扑向量。

7、进一步地，相邻尺度相似度序列的获取方法包括：

8、所述拓扑向量序列为根据邻域范围从小到大进行排序的序列，对于所述拓扑向量序列中的每个拓扑向量，将所述拓扑向量与每个前序拓扑向量之间的余弦相似度的平均值作为对应拓扑向量的相邻尺度相似度；所有拓扑向量的所述相邻尺度相似度组成所述相邻尺度相似度序列。

9、进一步地，利用otsu多阈值分割算法获得所述相邻尺度相似度序列中的分割点。

10、进一步地，所述分割效果的获取方法包括：

11、在所述相邻尺度相似度序列中，将所述分割点对应元素与前一个分割段的最小值之间的比值作为第一比值，所述分割点对应元素与前一个分割段的最大值之间的比值作为第二比值，将所述第一比值和所述第二比值的均值进行负相关映射并归一化，获得所述分割点的所述分割效果。

12、进一步地，所述分割性的获取方法包括：

13、将任意一个邻域范围作为目标尺度，若节点的所述分割点所属邻域范围为所述目标尺度，则将所述节点作为目标节点；将所有目标节点在所述目标尺度下的分割点的分割效果累加，获得目标尺度的分割性。

14、进一步地，所述节点类别区域的获取方法包括：

15、在所述第二拓扑图结构中，根据每个节点之间节点值的相似度获得多个初始节点类别并根据所述初始节点类别对每个节点赋标签，利用slpa算法对所述标签进行更新，获得最终的标签结果，在最终标签结果中，相同标签且相连的节点组成一个节点类别区域。

16、进一步地，所述代表拓扑向量的获取方法包括：

17、在所述节点类别区域中，计算每个拓扑向量与其他拓扑向量之间的余弦相似度并累加，获得每个拓扑向量的整体相似度，将所述整体相似度最大的拓扑向量作为所述代表拓扑向量。

18、本发明还提出了一种基于图论的电网拓扑建模计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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任意一项所述一种基于图论的电网拓扑建模方法的步骤。

19、本发明还提出了一种基于图论的电网拓扑建模系统，所述系统包括：

20、电网第一拓扑图结构获取模块，用于获得电网的第一拓扑图结构；对于初始拓扑图结构中的每个节点，获取所述节点在不同尺度的邻域范围内的拓扑向量；

21、第一拓扑图分析模块，用于对于每个所述节点，根据邻域范围大小将所述拓扑向量构成拓扑向量序列；根据所述拓扑向量序列中相邻元素之间相似度获得相邻尺度相似度序列；根据连续元素的大小确定所述相邻尺度相似度序列中的分割点以及在所述节点中的分割效果；统计所有节点的分割点以及分割效果，根据分割点所属邻域范围下每个节点的分割效果，获得每个邻域范围的分割性，根据所述分割性筛选出分割邻域；

22、电网拓扑建模模块，用于对于每个分割邻域，将每个节点的节点值设置为对应的拓扑向量，获得第二拓扑图结构；获得所述第二拓扑图结构中的节点类别区域；在所述节点类别区域中的拓扑向量进行筛选，确定所述节点类别区域的代表拓扑向量并将其作为所述节点类别区域的电网结构描述子。

23、本发明具有如下有益效果：

24、本发明首先设置不同尺度的邻域范围，并获得第一拓扑图结构中节点在不同邻域范围内的拓扑向量。通过设置不同尺度的邻域范围可使得最终结果为多尺度结果，最终的电网拓扑建模具有多尺度信息，能够根据分析需求自适应选择合适的尺度进行分析处理，降低了电网拓扑分析的计算量的同时，保证了最终模型的信息丰富度，提高了智能电网的分析处理效率。进一步考虑到不是每个邻域范围均能够使得节点包含准确原始电网中边的信息，如果邻域范围不合适，会使得最终的建模结果中对原始电网的大尺度信息难以进行表示，因此通过分析每个邻域范围下节点表征出来的拓扑向量的分布特征，获得邻域范围的分割性，进而筛选出分割邻域。在分割邻域下基于对应的拓扑向量构建第二拓扑图结构，通过对第二拓扑图结构中的节点进行分类，即可进一步将节点进行合并，通过电网结构描述子在一个节点类别区域中进行整体分析，使得最终的建模结果中具有更大尺度的信息同时，包含了原始电网中的有效信息，防止信息失真。

技术特征：

1.一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，利用node2vec方法获得所述节点在不同尺度的邻域范围内的拓扑向量。

3.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，相邻尺度相似度序列的获取方法包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，利用otsu多阈值分割算法获得所述相邻尺度相似度序列中的分割点。

5.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，所述分割效果的获取方法包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，所述分割性的获取方法包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，所述节点类别区域的获取方法包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于图论的电网拓扑建模方法，其特征在于，所述代表拓扑向量的获取方法包括：

9.一种基于图论的电网拓扑建模计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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1~8任意一项所述一种基于图论的电网拓扑建模方法的步骤。

10.一种基于图论的电网拓扑建模系统，其特征在于，所述系统包括：

技术总结
本发明涉及智能电网技术领域，具体涉及一种基于图论的电网拓扑建模方法、计算机设备及系统。该方法获得电网第一拓扑图结构中每个节点在不同尺度下邻域范围内的拓扑向量。在拓扑向量序列中，分析相邻元素之间的相似度确定分割点对应的邻域范围以及分割效果。通过统计所有节点的分割点以及分割效果，获得每个邻域范围内的分割性，筛选出分割邻域。在每个分割邻域下，基于节点的拓扑向量构建第二拓扑图结构并对节点进行分类，获得节点类别区域及其电网结构描述子。本发明最终的电网拓扑建模具有多尺度信息，并且每个尺度下的图结构均包含大尺度信息，降低了电网拓扑分析的计算量的同时，保证信息丰富度，提高了智能电网的分析处理效率。

技术研发人员：刘英杰,张婷娟,高玉辉,于波,张旭
受保护的技术使用者：国网黑龙江省电力有限公司伊春供电公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/28