专利名称：基于节点合并法网络动态拓扑分析方法
技术领域：
本发明涉及一种基于节点合并法网络动态拓扑分析方法。
背景技术：
电力系统网络拓扑分析是EMS (能量管理系统)/DMS (配电管理系统)高级应用软件的基础模块，是电力系统仿真和各种分析计算的基础；对于含分布式电源的配网系统，采用传输断路器跳闸信号检测孤岛的技术瓶颈是需要一种满足实时性的网络拓扑分析方法。故网络拓扑分析的运算速度直接影响高级应用软件的性能与电力系统的实时控制。目前网络拓扑分析方法主要有两种:树搜索法和邻接矩阵法。树搜索法分为基于深度优先搜索法和广度优先搜索法。树搜索法的缺陷与不足:对于变电站复杂接线方式和环网情况适应性较差。基于深度优先搜索算法，由于其内在的顺序性，不满足并行计算；基于广度优先搜索算法受节点度数不确定性的影响，并行运算效率不高。邻接矩阵法的不足:其运算复杂度是0(n3)，实时性较差；另外电力网络中支路状态发生变化时，该算法的重用性差。电力网络拓扑分析内容主要是由厂站组态和网络组态分析两大部分组成。文献:“连通矩阵准平方法网络拓扑分析”出自《电力系统保护与控制》，2011，39 (5):31-34，提出连通矩阵准平方法网络拓扑分析，该方法对厂站母线组态分析效率较邻接矩阵法还低。文献:“基于同步相量测量的厂站内网络拓扑分析新方法”出自《电力系统保护与控制》，2011，39(17):52-56，提出基于pmu(同步相量测量单元)厂站内网络拓扑分析方法，该算法需要电力系统中每条出线及母线配置相量量测单元，因PMU单元价格昂贵，其技术经济性价比极低。文献:“基于广度优先的快速拓扑分析法”，出自《电力系统及其自动化学报》，1995，7(2):18-23，对华东电力系统某个运行状态使用广度优先和深度优先算法进行拓扑分析，该算例表明不论采用哪种拓扑分析算法，厂站组态拓扑分析占整个网络拓扑分析耗费时间的70%左右。
发明内容
基于以上不足之处，同时为满足基于拓扑分析实时性需求，本发明提出一种基于节点连通岛合并网络拓扑分析方法，采用能够保存部分中间运算结果的二维数组数据存储结构，不仅能够适应环网型和树型网络连通性分析，尤其适合厂站组态并行拓扑分析，提高拓扑分析运算速度。本发明所采用的技术方案如下:首先对连通岛及连通岛号进行定义:在一个网络拓扑图中，节点i和它的邻接节点j、k形成的连通区域称为该节点的连通岛，并用岛内所包含节点1、j、k中最小节点号作为该连通岛的岛号；当两个连通岛之间存在相同的节点，两个连通岛能够合并为一个连通区域，用其中较小的连通岛号代替较大的连通岛号；一个含η个节点的图G，依次对η个节点的连通岛进行合并，最终每个连通子图包含的所有节点具有相同的连通岛号，并且该岛号是对应的连通子图所有节点中最小节点的编号；故依据每个节点的连通岛号能够实现图G的拓扑分析或电气岛划分；I)根据网络拓扑图的边与节点关系生成邻接数组表和连通岛号初值k(i):依次读取支路开断状态信息，由连通的支路形成每个节点i的邻接节点集合，即每个节点的连通岛，并比较节点i及其邻接的每个节点号的大小，将其中最小的节点号作为节点i的连通岛号k(i)初值；2)合并连通岛:对η个节点,把每一节点i及其邻接节点j、P的连通岛合并成一个连通区域，用上述节点最小的连通岛号kmin来标识，合并过程分两步进行:第一步，当前节点i连通岛号k_(i)与kmin不等,用kmin替换节点k_(i)及k_(k_(i))连通岛号,其中k_(k_(i))表示节点d_(i)的连通岛号；第二步，用kmin替换当前节点i连通岛号；3)节点最终连通岛号的形成:对η个节点，依次读取节点i所在的连通岛号d_(i)，节点k_(i)所在的连通岛号是k_(Ui)),若K_(i)与k_(k_(i))不相等,则用k_(k_(i))替换节点i的连通岛号。本发明所具有的优点如下:(I)该拓扑分析方法较深度和广度优先搜索方法具有良好的并行性，适合计算机多核并行处理新技术的应用。基于深度优先搜索算法，由于其内在的顺序性，不满足并行计算；基于广度优先搜索算法受节点度数不确定性的影响，并行运算效率不高。故本发明的拓扑分析方法使用计算机多核并行处理技术实现厂站母线组态拓扑分析时，避免因多个处理器同时读写一个节点连通岛号产生数据冲突，不需要增加并行运算共享数据读、写操作互斥机制所需时间开销，提高了并行处理效率，运算速度快，实时性好。(2)该拓扑分析方法较邻接矩阵法具有较好的重构性。对于节点固定的网络，本发明采用二维数组数据结构，能够保存上次拓扑分析计算结果，网络中某条支路闭合时只需比较闭合支路首、尾节点上一次拓扑分析所在的连通岛号，并用较小的连通岛号替代较大的连通岛号，完成拓扑分析。(3)该拓扑分析方法较邻接矩阵法具有较少的运算工作量，占用较少的内存资源。
图1为一个9节点系统网络拓扑图，图2为母线段、输电线路与开关的电气连接关系图，图3为图2对应的顶点与边的拓扑关系图。
具体实施例方式实施例1电力系统网络级拓扑分析首先对连通岛及连通岛号进行定义。在一个网络拓扑图中，节点i和它的邻接节点j、k形成的连通区域称为该节点的连通岛，并用岛内所包含节点1、j、k中最小节点号作为该连通岛的岛号。如果两个连通岛之间存在相同的节点，两个连通岛可以合并为一个连通区域，用其中较小的连通岛号代替较大的连通岛号。一个含η个节点的图G，依次对η个节点的连通岛进行合并，最终每个连通子图包含的所有节点具有相同的连通岛号，并且该岛号是对应的连通子图所有节点中最小节点的编号。故依据每个节点的连通岛号可以实现图G的拓扑分析或电气岛划分。
1.节点连通岛合并拓扑分析方法。以图1为例说明节点连通岛合并拓扑分析步骤，其中节点1-9代表电力网络中厂站级母线(见图2)组态拓扑分析形成的计算节点编号。I)根据图1的边与节点关系生成邻接数组表和连通岛号初值k(i)。依次读取支路开断状态信息，由连通的支路形成每个节点i的邻接节点集合，即每个节点的连通岛，并比较节点i及其邻接的每个节点号的大小，将其中最小的节点号作为节点i的连通岛号k(i)初值。根据图1中边、节点连通关系形成邻接数组和连通岛初值如表I所示。并把连通岛号初值备份留作它用。表I节点合并拓扑分析数据结构
权利要求
1.一种基于节点合并法网络动态拓扑分析方法，其特征在于，方法如下: 首先对连通岛及连通岛号进行定义:在一个网络拓扑图中，节点i和它的邻接节点j、k形成的连通区域称为该节点的连通岛，并用岛内所包含节点1、j、k中最小节点号作为该连通岛的岛号；当两个连通岛之间存在相同的节点，两个连通岛能够合并为一个连通区域，用其中较小的连通岛号代替较大的连通岛号；一个含η个节点的图G，依次对η个节点的连通岛进行合并，最终每个连通子图包含的所有节点具有相同的连通岛号，并且该岛号是对应的连通子图所有节点中最小节点的编号；故依据每个节点的连通岛号能够实现图G的拓扑分析或电气岛划分； 1)根据网络拓扑图的边与节点关系生成邻接数组表和连通岛号初值k(i):依次读取支路开断状态信息，由连通的支路形成每个节点i的邻接节点集合，即每个节点的连通岛，并比较节点i及其邻接的每个节点号的大小，将其中最小的节点号作为节点i的连通岛号k(i)初值； 2)合并连通岛:对η个节点，把每一节点i及其邻接节点j、P的连通岛合并成一个连通区域，用上述节点最小的连通岛号kmin来标识，合并过程分两步进行:第一步，当前节点i连通岛号k_(i)与kmin不等,用kmin替换节点k_(i)及k_(k_(i))连通岛号,其中k_(k_(i))表示节点k_(i)的连通岛号；第二步，用kmin替换当前节点i连通岛号； 3)节点最终连通岛号的形成:对η个节点，依次读取节点i所在的连通岛号k_(i)，节点k_(i)所在的连通岛号是k_(k_(i)),若k_(i)与k_(k_(i))不相等，则用k_(k_(i))替换节点i的连通岛号。
全文摘要
本发明提出一种基于节点连通岛合并网络拓扑分析方法，在一个网络拓扑图中，节点i和它的邻接节点j、k形成的连通区域称为该节点的连通岛，并用岛内所包含节点i、j、k中最小节点号作为该连通岛的岛号；采用能够保存部分中间运算结果的二维数组数据存储结构，不仅能够适应环网型和树型网络连通性分析，尤其适合厂站组态并行拓扑分析；故本发明的拓扑分析方法使用计算机多核并行处理技术实现厂站母线组态拓扑分析时，避免因多个处理器同时读写一个节点连通岛号产生数据冲突，提高拓扑分析运算速度，提高了并行处理效率，运算速度快，实时性好。
文档编号H02J3/00GK103178516SQ20131002816
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者张烨, 周苏荃, 程文玉, 周瑾 申请人:哈尔滨工业大学