倒闸操作路径的生成方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

本申请涉及电力系统调度业务技术领域，特别是涉及一种倒闸操作路径的生成方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术：

随着电力系统的不断发展，电力系统调度业务呈现出复杂性和多样性，调度业务工作量不断增加。

目前，变电站倒闸操作票专家系统多是基于典型接线人工设置的系统，不具备灵活性和广泛性。同时，在同类技术应用中，多数都只是通过设计独特的启发式函数来达到提高效率的目的，这使搜索方法的效率仅仅取决于启发式函数，因此搜索较大空间时，效率提升不多。

考虑到日常调度中经常涉及一些基本不变且相对简单的操作，若能采用计算机完成这一部分简单的工作，则不仅会减少调度员的工作量，而且还能够实现更准确更便捷的调度，因此有必要研究能够智能生成倒闸操作顺序的方法。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高路径生成效率的倒闸操作路径的生成方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种倒闸操作路径的生成方法，该方法包括：

根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

根据所需的所述电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，所述目标拓扑结构的节点个数与所述初始拓扑结构的节点个数相同；

根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出所述最短路径依次历经的所有结点。

在其中一个实施例中，该构建电网络接线的初始拓扑结构的步骤包括：

构建电网络接线的初始状态矩阵，该初始状态矩阵中的元素表示该电网络接线中各节点与支路的连接关系；

该构建电网络接线的目标拓扑结构的步骤包括：

构建电网络接线的目标状态矩阵，该目标状态矩阵的行数与该初始状态矩阵的行数相等，该目标状态矩阵的列数与该初始状态矩阵的列数相等。

在其中一个实施例中，该通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径的步骤包括：

根据以下公式(1)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数

f(n)＝g(n)+h(n)(1)；

其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

在其中一个实施例中，在该通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径的步骤之前，该方法还包括：

将不满足预设条件的结点删除。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

将所述最优路径依次经过的结点确定为需要倒闸操作的位置点。

在其中一个实施例中，该预设条件包括：

有支路相连的两条母线电位相等；和/或

负荷节点与电源节点的连通状态与预设相同。

一种倒闸操作路径的生成装置，该装置包括：

第一构建模块，用于根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

第二构建模块，用于根据所需的该电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，该目标拓扑结构的节点个数与该初始拓扑结构的节点个数相同；

结点确定模块，用于根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

路径确定模块，用于将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

迭代模块，用于将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出模块，用于输出所述最短路径依次历经的所有结点。

在其中一个实施例中，该迭代模块包括：

计算单元，用于计根据公式f(n)＝g(n)+h(n)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数，其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

路径确定单元，用于将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

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以下步骤：

根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

根据所需的所述电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，所述目标拓扑结构的节点个数与所述初始拓扑结构的节点个数相同；

根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出所述最短路径依次历经的所有结点。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

根据所需的所述电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，所述目标拓扑结构的节点个数与所述初始拓扑结构的节点个数相同；

根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出所述最短路径依次历经的所有结点。

上述倒闸操作路径的生成方法、装置、计算机设备和存储介质，通过构建电网络接线的初始拓扑结构和目标拓扑结构，比较这两种拓扑结构，将接线状态不同的位置确定下来，然后通过启发式算法搜索从初始接线状态至目标接线状态依次需要倒闸的结点，自动获取到倒闸操作路径，减少搜索空间，提高效率。

附图说明

图1为一个实施例中倒闸操作路径的生成方法的应用环境图；

图2为一个实施例中倒闸操作路径的生成方法的流程示意图；

图3为另一实施例中倒闸操作路径的生成方法的流程示意图；

图4为一个实施例中倒闸操作路径的生成装置的结构框图；

图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的倒闸操作路径的生成方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与服务器104通过网络进行通信。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种倒闸操作路径的生成方法，以该方法应用于图1中的终端为例进行说明，包括以下步骤：

步骤201，根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

步骤202，根据所需的该电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，该目标拓扑结构的节点个数与该初始拓扑结构的节点个数相同；

步骤203，根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

步骤204，将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

步骤205，将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

步骤206，输出所述最短路径依次历经的所有结点。

其中，该最优路径依次经过的结点即为需要倒闸操作的位置点。

启发式搜索算法是利用问题拥有的启发信息来引导搜索方向，达到降低问题复杂度的目的，目前，该搜索算法广泛应用于各行各业。在生物医学领域，曾提出一种小众和谐搜索算法，该算法以联合熵作为启发式因子来指导无边际效应模型的搜索，以适应各种疾病模型；在无人机领域，曾提出一种基于高斯混合模型的层次化启发式搜索，对搜索区域进行优先排序得到飞行路径；在网络安全领域，曾提出一种双目标优化的超启发式算法，该算法将精度和模型复杂度作为两个相互冲突的目标，对处理大数据网络安全问题有较好的效果。

上述倒闸操作路径的生成方法中，通过构建电网络接线的初始拓扑结构和目标拓扑结构，比较这两种拓扑结构，将接线状态不同的位置确定下来，然后通过启发式算法搜索从初始接线状态至目标接线状态依次需要倒闸的结点，自动获取到倒闸操作路径，减少搜索空间，提高效率。

在其中一个实施例中，该构建电网络接线的初始拓扑结构的步骤包括：

构建电网络接线的初始状态矩阵，该初始状态矩阵中的元素表示该电网络接线中各节点与支路的连接关系；

该构建电网络接线的目标拓扑结构的步骤包括：

构建电网络接线的目标状态矩阵，该目标状态矩阵的行数与该初始状态矩阵的行数相等，该目标状态矩阵的列数与该初始状态矩阵的列数相等。

其中，所述初始状态矩阵的行表示所述电网络接线的节点数，所述初始状态矩阵的列表示所述电网络接线的支路数。目标状态矩阵的行与列的表征与初始状态矩阵的行与列相同，不同的是电网络的接线状态。

在其中一个实施例中，该通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径的步骤包括：

根据以下公式(1)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数

f(n)＝g(n)+h(n)(1)；

其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

在其中一个实施例中，在该所述通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径的步骤之前，该方法还包括：

将不满足预设条件的结点删除。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

将所述最优路径依次经过的结点确定为需要倒闸操作的位置点。

在其中一个实施例中，该预设条件包括：

有支路相连的两条母线电位相等；和/或

负荷节点与电源节点的连通状态与预设相同。

本申请提出一种基于启发式约束满足搜索的智能倒闸操作路径生成方法，该方法能够实现变电站主接线倒闸操作序列的自动生成。首先通过拓扑矩阵的方式建立变电站主接线的网络拓扑结构，然后通过约束条件排除不满足约束条件的方案。接着在满足条件的方案中计算启发式函数值，并选取启发式函数值最小的方案不断进行扩展。

本实施例的实现方法的流程如下：

一、构建电网络接线的拓扑结构

在实时电网络接线状态中，读取初始接线情况，构造n行m列矩阵，称为初始状态矩阵，其中n为结点数，m为支路数；矩阵元素代表结点与支路的连接关系，具体元素含义如下：

(1)元素‘0’代表该结点与支路没有任何关联关系；

(2)元素‘1’代表该结点与支路有关联关系，且目前该支路接通；

(3)元素‘-1’代表该结点与支路有关联关系，且目前该支路断开。

确定目标接线情况、构造n行m列矩阵，称为目标状态矩阵。

初始化close_path表、open_path表和voltage表，并把代表网络初始状态的初始结点添加到close_path表中。

结点：网络的一种接线状态，即一种接线状态矩阵。

节点：主要为母线、出线端和进线端。

voltage表：用于存储实时节点电位。

close_path表：用于存储已扩展的子结点。迭代的结果

open_path表：用于存储下一步中等待扩展的子结点，即存储下一步可以倒闸的结点。

二、设计合适的启发式函数

启发式函数采用经典形式：

f(n)＝g(n)+h(n)

n为当前启发式搜索所扩展的子结点，是表示当前接线状态的矩阵。

f(n)为从起始结点到目标结点的计算代价。

g(n)为从起始结点到当前结点n的实际代价，在本实施例中，g(n)为从起始结点到当前结点n的步数；

h(n)为从当前结点n到目标结点的估计代价，在本实施例中，获取h(n)值的方法如下：

(1)比较当前结点n(接线状态的矩阵)和目标结点的(接线状态的)矩阵元素，得到两个矩阵中元素值不同的元素位置。

(2)统计两矩阵中元素值不同的个数，作为h(n)值，代表当前主接线到目标主接线仍需走的步数。

三、构建完备的约束条件

其中，约束条件包括：

(1)有支路相连的两条母线电位应相等；

(2)除非要求负荷节点停电，否则该负荷节点不能停电，保证负荷节点与电源节点连通；

(3)与电源节点没有连接关系的节点视为无电压节点。

四、采用启发式搜索算法，循环迭代，直到找到路径

图3为另一实施例中倒闸操作路径的生成方法的流程示意图，根据本实施例的一种实现方法如图3所示，迭代过程如图3所示，包括：

步骤s301：构建初始结点。

步骤s306：依次遍历该次搜索中能被扩展的子结点。

步骤s303；调用约束条件，剔除不满足条件的子结点。

步骤s304：计算并更新所有满足条件的子结点的启发式函数值。

步骤s305：更新open_path表。如果该子结点已在open_path表中，则跳转至步骤s306。

步骤s306：比较当前路径中到该子结点的路径与open_path中已存储的到该子结点的路径的启发式函数值，保留其中更小的路径，并更新open_path表；如果该子结点不在open_path表，则把该子结点加入open_path表中，把启发式函数值最小的子结点作为该层搜索中需要扩展的子结点，从open_path表中删除，并添加到close_path表。

步骤s307：如果步骤s306中扩展的子结点是目标结点，则搜索有解，得到路径方案，停止搜索；如果步骤s306中扩展的子结点不是目标结点，则返回步骤s302继续循环迭代。

最后输出搜索得到的动作路径，作为该启发式搜索的方案。

该理解的是，虽然图2和图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2和图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种倒闸操作路径的生成装置10，该装置包括第一构建模块11、第二构建模块12、结点确定模块13、路径确定模块14、迭代模块15和输出模块16，其中：

第一构建模块11，用于根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

第二构建模块12，用于根据所需的该电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，该目标拓扑结构的节点个数与该初始拓扑结构的节点个数相同；

结点确定模块13，用于根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

路径确定模块14，用于将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

迭代模块15，用于将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出模块16，用于输出所述最短路径依次历经的所有结点。

在其中一个实施例中，上述第一构建模块11具体用于构建电网络接线的初始状态矩阵，该初始状态矩阵中的元素表示该电网络接线中各节点与支路的连接关系；上述第二构建模块12具体用于构建电网络接线的目标状态矩阵，该目标状态矩阵的行数与该初始状态矩阵的行数相等，该目标状态矩阵的列数与该初始状态矩阵的列数相等。

在其中一个实施例中，该迭代模块14包括：

计算单元，用于根据公式f(n)＝g(n)+h(n)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数，其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

路径确定单元，用于将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

在其中一个实施例中，该倒闸操作路径的生成装置10还包括：

删除模块，用于将不满足预设条件的结点删除。

在其中一个实施例中，该倒闸操作路径的生成装置10还包括：

位置点确定模块，用于将所述最优路径依次经过的结点确定为需要倒闸操作的位置点。

在其中一个实施例中，该预设条件包括：

有支路相连的两条母线电位相等；和/或

负荷节点与电源节点的连通状态与预设相同。

关于倒闸操作路径的生成装置的具体限定可以参见上文中对于倒闸操作路径的生成方法的限定，在此不再赘述。上述倒闸操作路径的生成装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种倒闸操作路径的生成方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，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，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

根据所需的所述电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，所述目标拓扑结构的节点个数与所述初始拓扑结构的节点个数相同；

根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出所述最短路径依次历经的所有结点。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

构建电网络接线的初始状态矩阵，该初始状态矩阵中的元素表示该电网络接线中各节点与支路的连接关系；

构建电网络接线的目标状态矩阵，该目标状态矩阵的行数与该初始状态矩阵的行数相等，该目标状态矩阵的列数与该初始状态矩阵的列数相等。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据以下公式(1)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数

f(n)＝g(n)+h(n)(1)；

其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

将不满足预设条件的结点删除。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

将所述最优路径依次经过的结点确定为需要倒闸操作的位置点。

在一个实施例中，所述预设条件包括：与该结点有支路相连的两条母线电位相等；和/或该结点与电源结点的连通状态与预设相同。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据电网络的当前接线情况，构建电网络接线的初始拓扑结构；

根据所需的所述电网络的接线情况，构建电网络接线的目标拓扑结构，所述目标拓扑结构的节点个数与所述初始拓扑结构的节点个数相同；

根据所述初始拓扑结构确定初始结点，根据所述目标拓扑结构确定目标结点；

将所述初始结点的相邻结点作为当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径；

将所述相邻结点的下一相邻结点作为新的当前结点，通过启发式搜索算法确定所述初始结点到所述当前结点之间的最短路径，直到所述相邻结点为所述目标结点；

输出所述最短路径依次历经的所有结点。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

构建电网络接线的初始状态矩阵，该初始状态矩阵中的元素表示该电网络接线中各结点与支路的连接关系；

构建电网络接线的目标状态矩阵，该目标状态矩阵的行数与该初始状态矩阵的行数相等，该目标状态矩阵的列数与该初始状态矩阵的列数相等。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据以下公式(1)计算所述初始结点通过各支路到达所述当前结点之间的步数

f(n)＝g(n)+h(n)(1)；

其中，g(n)表示从所述初始结点通过一条支路到达所述当前结点n的步数，h(n)表示从当前结点n到所述目标结点仍需走的步数；

将f(n)值最小的一条支路确定为最短路径。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

将不满足预设条件的结点删除。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

将所述最优路径依次经过的结点确定为需要倒闸操作的位置点。

在一个实施例中，所述预设条件包括：与该结点有支路相连的两条母线电位相等；和/或该结点与电源结点的连通状态与预设相同。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。