专利名称：基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法
技术领域：
数据监控与采集系统(SCADA)是构建众多供电、配网自动化应用系统的基础，作为SCADA系统功能的重要组成部分，受控电气网络中各母线、设备、元件的实时带电状态的计算及显示为各级调度、决策功能的实现提供了重要的参考信息。随着计算机软硬件系统性能的提高，用户对于系统功能可视化提出了越来越高的要求，配网带电状态计算方法的效率及有效性也成为评价SCADA系统性能的重要技术指标。
背景技术：
电气网络中各母线、设备、元件的实时带电状态是受控系统运行状态的重要指针， 实时、正确地对其进行计算和显示是SCADA系统功能的重要组成部分，也是各级调度人员做出各种诊断、决策的重要依据。计算机软/硬件技术的发展及SCADA系统的演进对于配网带电状态计算方法的正确性、效率、可靠性、可配置性都提出了更高的要求。传统的配网带电状态计算方法主要依据如下几种技术路线进行设计(1)人工置位方式，即由系统配置人员或调度人员根据系统中各母线、开关、刀闸的实时状态，手动对相关元件、设备的带电状态进行设置，该方法工作量大且效率低下；( 全局编程方式，由系统配置人员依据受控电气网络中各进线、元件、设备的连接关系对其进行描述性编程，即为SCADA系统中的每一幅接线图提供一个带电状态计算程序/脚本，这些程序/脚本运行在后台并依据从现场采集的开关、断路器实时状态等信息，即时地对配网带电状态进行计算和刷新，该方法虽较前一种方法具有较好的性能及自动化程度，但同样具有配置工作量较大的缺点；C3)局部编程方式，该方法通过将电气网络进行区域分割，简化了电路带电计算逻辑的编程，不必为每幅接线图提供一个复杂的计算程序而只需为电气网络的各个子区域提供负责计算局部设备、元件带电状态的逻辑，该方法在一定程序上简化了配置工作量， 但却对运行系统的容量及可靠性提出了更高的要求。在电路中的某个节点带电状态变化时，依照方案2、3设计的配网带电状态计算系统/程序通常都会主动或被动地对整个接线图中的所有设备、节点进行扫描，从而导致大量的重复计算，也在一定程度上降低了整个系统的执行效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，相对传统带电计算方法，该方法具有更好的灵活性、可配置性和执行效率，通过对问题域对象的高度抽象，将通用的计算逻辑隐藏在带电计算服务进程内部，工程人员仅需通过配置给出电气网络的设备及其连接关系而不必给出任何计算逻辑，带电计算服务进程将自动对分析梳理电气网络的结构，各种链状、分支、环路、旁路的电路连接方式均可按照统一的描述方式进行定义。基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法能够做到在电路中设备/元件实时带电状态发生改变时，仅对与于其相关的电路组件的带电状态进行处理，从而提高配网带电状态计算的效率。
基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法的程序实现基于申请人先期研发的高性能面向对象实时数据库ChRDB。实时数据库是SCADA系统中各子系统、模块进行数据交换的中介，工程项目配置中的数据以面向对象的方式保存在内存实时数据库中，实时数据库为SCADA系统中的各功能模块、子进程提供高速、实时的数据操作和访问支持。本发明的技术方案为一种基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，它包括电气网络，其特征在于所述电气网络为通过链接相连的一组带电区域的集合，所述电气网络的进线作为电源、通过层层链接及其通断状态决定其余各带电区域是否带电。上述的基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，其进一步特征在于所述带电区域指直接相连或通过其他设备相连的一组电气元件的集合；所述链接指带电区域之间的通路，通常用来表示电气接线图中的断路器、开关、刀闸等能起到影响电路通断作用的设备或元件在带电区域之间构成的连接。带电计算功能初始化时，通过对所有链接执行相关电源区域扫描，建立各链接的关联电源区域列表，使得当某个链接状态发生变化时，带电计算功能模块可以快速查询到与之相关联的电源区域，从而可以通过执行电路通断状态变化时的带电状态更新对以之出发的支路上所有电源区域的带电状态进行更新。当电气网络中的某个电路通断元件实时状态发生变化时，带电计算功能模块将找出与之具有通路的所有电源带电区域，并对其逐一执行从带电区域出发的带电状态更新以更新相应支路上各电源区域的带电状态。本发明的有益效果基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法可以广泛地应用于各种电力监控SCADA系统中，支持用户实时、直观地对受控电气网络中各位置、设备、元件的带电状态进行监视。作为对传统的配网带电状态计算方法的重大改进，基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法具有可靠、高效、通用性强的特点，电气电路中的各种链状、 分支、环状、旁路能够被以统一、高效的方式进行描述，单一的后台服务进程即可以支持对各种结构复杂的电气网络进行分析和计算而不必进行任何后期的组态和编程，在最大程度上地减少了工程配置的工作量；当电路中某节点的带电状态发生变化时，依据该方法实现的带电计算系统只处理和该节点相关的电气线路及元件、设备，而不需要对整个电气网络进行全扫描，在保证计算结果正确性的同时也极大地提高了执行的效率。
图1为本发明实施例的用于带电计算的电气网络抽象示意图。图2为本发明实施例的一个带电计算的例子。图3为本发明实施例的带电计算配置。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法对于问题域进行了高度的抽象，将电气网络看作通过链接相连的一组带电区域的集合。电气网络的进线作为电源、通过层层链接及其通断状态决定其余各带电区域是否带电。如图1所示，是本实施例的用于带电计算的电气网络抽象示意图。
定义1带电区域(Region)，带电区域指直接相连或通过其他设备相连的一组电气元件的集合，这些电气元件中不包含能够影响电路通断的设备如断路器、开关、刀闸等。 某个带电区域中的各个电气元件或设备具有相同的实时带电状态即带电区域中的某个设备带电当且仅当该带电区域中的其他设备也都带电；带电区域中的某个设备不带电当且仅当该带电区域中的其他设备也都不带电。每个带电区域是否带电都由将体现于其PowerBus 属性的实时值，ENERGIZED表示带电，DEENERGIZED表示不带电。定义2电源区域(PowerSource)，带电区域的特例，该带电区域是否带电取决于与之绑定的进线、母线、电源是否带电，而不受与之相邻的其他带电区域的带电状态及其之间链接的通断所影响。与普通带电区域相比，电源区域具有两个附加属性(1) PowerSource，与该电源区域绑定的进线、母线、电源的实时状态；(2) PowerOnValue，与该电源区域绑定的进线、母线、电源带电时的实时状态值。定义3链接(Link)，带电区域之间的通路，通常用来表示电气接线图中的断路器、开关、刀闸等能起到影响电路通断作用的设备或元件在带电区域之间构成的连接。当某条链接接通，电气网络重组并实现平衡后，其两端的带电区域具有相同的带电状态。电气网络中的任意两个带电区域之间可以有O个、1个或多个链接，从而形成链路、环路甚至网络； 链接具有独立性，某个链接通断状态的改变对其他链接通断状态的改变不构成影响；链接具有双向性，带电区域A与带电区域B之间由电路通断元件S相连可以表示为如下链接 Nab (Source=A, Switch=S, Neighbor=B), Nba(Source=B, Switch=S, Neighbor=^) 。^断元件具有Mate与SwitchOnValue两个属性，分别表示该元件的实时状态及电路接通时该元件的状态值。定义4电气网络(Network)，由一组链接连结而成的带电区域的集合称为一个电气网络。电气网络为基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法操作的基本单位。操作1电源区带电状态计算(ScanPowerSource)。P —电气网络中的电源区域
For each power source region Pi in P If Pi. PowerSource = Pi. PowerOnValue then
Pi. PowerBus = ENERGIZED UpdateBranch (Pi) End End。操作2从带电区域出发的带电状态更新(UpdateBranch)。V: Set of regions visited If Ri. PowerBus = ENERGIZED Then L—带电区域氏的所有链接
For each link Li in L
If (Li. Neighbor not in V) and (Li. Switch. State = Li. Switch. SwitchOnValue)
Then
“·Neighbor. PowerBus = ENERGIZED V. push (Li. Neighbor)UpdateBranch (Li. Neighbor) End
End
End0操作3相关电源区域扫描(PowerSourcekm)。S: Set of power sources connected L—带电区域氏的所有链接
For each link Li in L
If Li. Source Is PowerSource Then
S. push (Li. Source) Else
PowerSourceScan (S，Li. Source)
End
End0带电计算功能初始化时，通过对所有链接执行操作3，建立各链接的关联电源区域列表，使得当某个链接(电路通断设备/元件)状态发生变化时，带电计算功能模块可以快速查询到与之相关联的电源区域，从而可以通过执行操作4对以之出发的支路上所有电源区域的带电状态进行更新。操作4电路通断状态变化时的带电状态更新(UpdateNetwork) Σ S: Sets of power sources connected
Wait for Switch/Breaker state trip 一 Li Lookup Σ Si connected with Li For each link Si in Σ Si
UpdateBranch (Si) End0依据操作4，当电气网络中的某个电路通断元件(断路器/开关/刀闸)实时状态发生变化时，带电计算功能模块将找出与之具有通路的所有电源带电区域，并对其逐一执行操作2以更新相应支路上各电源区域的带电状态。与操作2中的遍历方式相类似，此处给予所有次级电源区域同等优先级，即采用了广度优先搜索。对于与某个电路通断元件相关的所有电源区域发出的电气支路进行实时带电状态刷新，既保证了多路供电、旁路条件下算法工作的正确性，也实现了较高的执行效率，实现了在电路通断元件实时状态发生变化时，仅与其相关的带电区域的实时带电状态需要被刷新。完成实时带电状态更新后，各支路上没有通过操作2加入集合V的带电区域即认为已失电，其PowerBus属性的值将被置为 DEENERGIZED。图2给出了某工程中应用的一个电气网络的局部，依据基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法对其进行分析，得到6个带电区域，其中一个为电源区域；图3给出了对应电气网络的带电计算配置，配置中对于链接的定义采用了双向链接。考虑到实际电气网络的特性及连接方式，基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法支持对各带电区域之间的链接可以仅作单向描述，在正确配置电源区域及其下所有带电区域的连接关系后，该方法仍能够实时地得出正确的带电计算结果。典型应用作为申请人DSC-9000W自动化监控系统的重要功能组件，基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法已经被广泛地应用于各种电力监控SCADA系统中，以之为基础实现的ChPowerBus带电计算模块为调度用户提供了即时、准确的带电计算结果，结合系统HMI动态画面，可以为调度用户提供直观的电气电路带电状态实时监视画面。目前，该功能模块已成功应用于南京地铁IMS OA/Web发布系统、达州-万州电气化铁路电调系统、 伊朗德黑兰地铁4号线PSCADA系统等国内外系统中，并获得用户和工程人员的好评。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但具体实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
权利要求
1.一种基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，它包括电气网络，其特征在于 所述电气网络为通过链接相连的一组带电区域的集合，所述电气网络的进线作为电源、通过层层链接及其通断状态决定其余各带电区域是否带电。
2.根据权利要求1所述的基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，其特征在于 所述带电区域指直接相连或通过其他设备相连的一组电气元件的集合。
3.根据权利要求1所述的基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，其特征在于 所述链接指带电区域之间的通路，通常用来表示电气接线图中的断路器、开关、刀闸等能起到影响电路通断作用的设备或元件在带电区域之间构成的各种形式的连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，其特征在于带电计算功能初始化时，通过对所有链接执行相关电源区域扫描，建立各链接的关联电源区域列表，使得当某个链接状态发生变化时，带电计算功能模块可以快速查询到与之相关联的电源区域，从而可以通过执行电路通断状态变化时的带电状态更新对以之出发的支路上所有电源区域的带电状态进行更新。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，其特征在于当电气网络中的某个电路通断元件实时状态发生变化时，带电计算功能模块将找出与之具有通路的所有电源带电区域，并对其逐一执行从带电区域出发的带电状态更新以更新相应支路上各电源区域的带电状态。
全文摘要
本发明提出了一种基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法，相对传统带电计算方法，该方法具有更好的灵活性、可配置性和执行效率，通过对问题域对象的高度抽象，将通用的计算逻辑隐藏在带电计算服务进程内部，工程人员仅需通过配置给出电气网络的设备及其连接关系而不必给出任何计算逻辑，带电计算服务进程将自动对分析梳理电气网络的结构，各种链状、分支、环路、旁路的电路连接方式均可按照统一的描述方式进行定义。基于广度优先遍历的配网带电状态计算方法能够做到在电路中设备/元件实时带电状态发生改变时，仅对与其相关的电路组件的带电状态进行处理，从而提高配网带电状态计算的效率。
文档编号H02J3/00GK102324744SQ201110295318
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者余祺晖, 周金国, 李田, 金舒 申请人:南京国电南自轨道交通工程有限公司