一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法与流程

本发明涉及电网拓扑分析，特别涉及一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法。

背景技术：

1、电网因其庞大的规模、大量的电气元件和繁杂的接线而导致电气接线图非常复杂，这也导致了电网接线图的switch/node模型变得十分庞大和复杂，所以许多电网分析系统并不是采用switch/node模型而是采用bus/branch模型来进行各种数据分析。因此通过研究涵盖线路、主变、母线等设备充电规则的电网启动方案的一次设备启动操作关键信息识别方法，基于启动方案模板中操作设备、操作设备关系以及操作事件语义等成分，将switch/node模型转换为bus/branch模型是十分必要的，将switch/node模型转换为bus/branch模型的过程就是电网的拓扑分析。最终将实际的物理连接模型转化为了简洁的数学连接模型。电网启动方案一次设备操作本质上是对电网的拓扑模型的所发生的变化进行分析，然后更新其拓扑模型。

2、拓扑分析方法的原理就是对图进行遍历，找出其连接关系和各个连通区域，主要有矩阵法和树搜索法，其中树搜索算法在电网拓扑分析过程中使用得最为普遍。它是通过深度优先搜索算法或广度优先搜索算法来遍历所有连接节点。在遍历的过程中对每个节点进行母线分析，即将由闭合开关所连接在一起的节点并列成为一条新母线，还要对每一条母线进行电气岛分析，即将所有由线路连接在一起的母线归并成为一个电气岛，最后完成了电网的拓扑分析。这样就将一个switch/node模型的电网接线图转化为了bus/branch模型的电网拓扑图。当电网的开关发生变化时，电网的拓扑结构有可能会发生变化，这时就需要选择合适的方法来对电网的拓扑结构进行重新分析。传统采用的方式是重新对整个主网网络进行拓扑分析，但这样就会导致生成的母线和拓扑岛的编号发生了大规模的改变，会使电网分析系统如潮流计算等系统去重新生成节点导納矩阵，这样会花费大量的时间。实际上开关的变化只是对局部的拓扑网络产生影响，并不会是整个网络的拓扑都发生变化。

3、鉴于此，需要一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中当电网的开关发生变化时，重新对整个主网网络进行拓扑分析会导致生成的母线和拓扑岛的编号发生了大规模的改变，进而需要花费大量时间的问题，本发明提供了一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法，能够在开关变化发生后，只去追踪分析发生变化的开关所引起的母线的并列与分列。它对前一次拓扑分析所生成的母线结构予以保留，将那些没有发生变化的母线编号在这次分析中继续保留，而将因母线分列而新生成的母线的编号设为前次最大母线编号加1，将因母线并列而消失的母线编号删除。这样不需要重新生成导納矩阵，只需要对原有的导納矩阵进行行和列的增删。具体技术方案如下：

2、一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法，包括以下步骤：

3、对整个电网接线图进行一次全局拓扑分析，得到节点与节点之间的关联关系、节点与线路之间的关联关系、线路与母线之间的关联关系以及母线与电气岛之间的关联关系，并将这些关联关系保存于数据库中，得到节点开关关联表、节点线路关联表、母线节点关联表、电气岛母线关联表；

4、在开关变化发生后，进行局部拓扑分析：只去追踪分析发生变化的开关所引起的母线的并列与分列，将没有发生变化的母线编号在这次分析中继续保留，而将因母线分列而新生成的母线的编号设为前次最大母线编号加1，将因母线并列而消失的母线编号删除。

5、优选的，所述全局拓扑分析具体如下：

6、s101：以电源为起点采用广度优先搜索算法对电网进行搜索，将搜索过的节点标记为已搜索；

7、s102：搜索过程中将开关信息及其两端所连接的节点信息保存在开关节点关联表中；

8、s103：搜索过程中将线路、变压器等器件数据信息以及其所连接的线路信息保存在节点线路关联表中；

9、s104：搜索过程中分析开关的状态和线路的状态，将所有由闭合的母线开关和馈线开关所连接在一起的节点组合成为一条母线，将这些母线信息和节点信息保存在母线节点关联表中，并将母线信息保存在母线信息表中，同时要保存该母线的起始节点信息；

10、s105：判断母线是否是有效母线，所谓有效母线应包括以下几种情况：该母线连接两条不同的线路；该母线连接一条线路和一个并联设备；该母线连接一个电源和一个除电源外的并联设备；如果母线是无效母线就删去该母线；

11、s106：进行电气岛分析，具体为扫描母线节点关联表和节点线路关联表，将通过线路连接在一起的母线归并到一个电气岛中，即，将属于该电气岛的母线编号保存在电气岛母线关联表中，最后判断电气岛是活岛还是死岛，活岛是含有电源的电气岛或者外网进线，死岛中不含有电源。

12、优选的，所述局部拓扑分析具体如下：

13、s201：获取电网接线图中开关的开闭的信息；

14、s202：分析开关类型和开关状态，如果开关是母线开关则进行母线分析，如果开关是线路开关则进行支路分析，然后更新开关支路关联表和支路母线关联表；

15、s203：判断母线是否是有效母线，如果是有效母线则进行下一步分析，如果是无效母线则从数据库中删除；

16、s204：进行电气岛分析，通过扫描节点母线关联表与节点支路关联表，将通过支路连接在一起的母线归并入一个电气岛中，并更新电气岛母线关联表，最后判断电气岛是否是活岛。

17、优选的，所述母线分析具体如下：

18、(1)母线开关闭合对电网拓扑结构造成的影响有三种：1、拓扑结构没有发生变化；2、开关所连接的属于同一电气岛的母线并列成为一条母线，并列后的新母线仍属于原来的电气岛；3、开关所连接的母线属于两个不同的电气岛，开关闭合后，造成两母线并列和两条母线所属的电气岛并列；

19、对于情况1，只需要检测该开关两端的两个节点是否属于同一条母线。如果两个节点属于同一条母线则不需要进行其他的操作；

20、对于情况2则是当开关两端的节点分别属于不同的母线且这两条母线属于同一个电气岛，则需要对这两条母线进行合，并把母线编号设为两母线编号中较小的那一个；

21、情况3是当开关两端的节点属于不同母线且两条母线属于不同的电气岛，则需要进行母线并列和电气岛并列，并列后的电气岛的编号设为原来两电气岛编号较小的那个；

22、(2)母线开关断开对电网的拓扑结构造成的影响也分为三种情况：1、拓扑结构没有变化；2、母线分列但仍属于同一个电气岛；3、母线分列并且电气岛也分列；具体如下：

23、情况1的分析方法与开关闭合时的一致，通过检查开关两端的节点编号是否属于同一条母线来判断拓扑是否应发生变化，如果属于则不做任何处理；

24、情况2需要从断开开关的两端分别进行广度优先搜索，将搜索到的具有连通关系的节点进行保存，然后对比这两个节点序列看是否相同，如果相同则说明开关的断开造成了母线的分列；

25、情况3是在情况二的基础上做电气岛检测，其方式是将这两条母线所包含的节点分别于每一个电气岛内的节点进行比较，如果这两组节点都属于同一个电气岛，则不需要进行电气岛分列，如果不属于则需要进行电气岛分列。

26、优选的，所述支路分析具体如下：

27、线路开关闭合时，扫描线路的另一端的线路开关是否也闭合，如果线路另一端的线路开关也是闭合状态，则代表该线路连接两条不同的母线，如果线路所连接母线属于不同的电气岛，则对电气岛进行并列，将两个电气岛并列为一个电气岛，并列后的电气岛编号设为原来两个电气岛编号中小的那一个，如果线路所连接母线不属于不同的电气岛，则不需要进行操作。

28、线路开关断开时，检测线路的另一端的线路开关是否断开，如果断开则无需进行拓扑分析；如果另一端线路开关是闭合状态，则从该断开线路两端的母线中任选其一进行广度优先搜索，如果能从该母线开始搜索到另一条母线，则表示这两条母线属于一个电气岛，如果不能则表示这两条母线处于两个电气岛中，需要重新构建这两个电气岛。

29、优选的，所述电气岛分析具体如下：

30、s301：首先，初始化所有的母线，并将它们标记为未被扫描，然后将初始母线进队列，判断队列是否为空，如果不为空则取出第一条母线，将其标记为已被扫描，然后扫描母线内的所有节点，得到每个节点所连接的线路，再对每一条线路进行搜索，得到线路所连接的另一条母线，将这另一条母线放入队列中，将其标记为已搜索；

31、s302：如s301的步骤搜索得到一个电气岛，记录下该电气岛的拓扑结构，通过图的广度优先搜索法将所有母线都标记为已搜索，进而得到所有电气岛的划分情况。

32、一种基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新系统，应用于如上述的方法，包括拓扑数据库、缓存模块、节点/原件模型模块、图元模型模块、scada系统、母线/之路模型模块、和拓扑分析结果模块；所述拓扑数据库与缓存模块连接，所述缓存模块与所述节点/原件模型模块连接，所述节点/原件模型模块与所述图元模型模块、母线/支路模型模块以及拓扑分析结果模块连接，所述图元模型模块还与所述scada系统连接。

33、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法。

34、一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行如上所述的基于一次设备启动操作的拓扑模型分析及更新方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明在开关变化发生后，只去追踪分析发生变化的开关所引起的母线的并列与分列。它对前一次拓扑分析所生成的母线结构予以保留，将那些没有发生变化的母线编号在这次分析中继续保留，而将因母线分列而新生成的母线的编号设为前次最大母线编号加1，将因母线并列而消失的母线编号删除。这样不需要重新生成导納矩阵，只需要对原有的导納矩阵进行行和列的增删。而且，通过将电网的开关进行分类，将其分为母线开关和线路开关，因为线路开关都是穿连在一起的，并且和其两个出线的端点相连，所以当线路开关发生变化，一定会引起其两端的母线发生变化，因此在进行拓扑分析时不需要去搜索线路开关，只需要直接并列或者分列母线就可以了。这样减少了搜索开关的数量，提高了拓扑分析的速度。