一种基于电力载波的简易电力拓扑识别方法与流程

本发明实施例涉及电力拓扑识别技术领域，具体涉及一种基于电力载波的简易电力拓扑识别方法。

背景技术：

目前供电企业站线网络拓扑分析主要注重于根据电网开关状态进行母线划分和电气岛的划分，是电网调度自动化、能量管理系统，和配电管理系统的非常重要的基础模块，对于配网电站，其拓扑分析主要应用于变户关系的现场巡检以及负荷割接等操作，便于供电企业内部系统数据计算，但是由于电力网络拓扑机构的动态实时变化，导致供电企业的系统数据与现场数据难以保持一致，目前的基于电力载波的电力拓扑识别方法还存在以下缺陷：

(1)目前供电企业的电力拓扑识别方法在开关变位后拓扑需要重新分析，不利于拓扑的快速更新，导致效率较低、计算量大、数据占用空间较大等问题；

(2)电力系统拓扑分析数据主要由开关量组成，然而在开关量采集的过程中，由于设备或网络等原因，难免造成信息的损坏或偏差，从而致使拓扑信息出现错误。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种基于电力载波的简易电力拓扑识别方法，将配网系统提供的电力状态信息以及同步电气相量信息等数据应用到电力系统网络拓扑分析中来，使得拓扑识别不受拓扑错误与不良数据双重因素的影响，能够有效的提高辨识结果的准确性及可靠性，以解决现有技术中拓扑更新慢以及由于设备或网络等原因，造成信息的损坏或偏差，导致的拓扑信息出现错误的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种基于电力载波的简易电力拓扑识别方法，包括以下步骤：

s01、根据电力主线特征，初步分析配网站内电气岛，即对配网站内各节点、断路器进行命名，并将节点写入相应配网站集合z中；

s02、利用关联矩阵标记法，判断配网站集合z中电网图的连通性，同时标记网络的树支与连支，对电网静态电气岛进行分析；

s03、当标记网络的树支与连支结构发生变化时，通过回路矩阵判断变化支路的类别，并利用破圈法和半径搜索法修改局部网络拓扑结构并更新回路矩阵。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤s01中，读取配网站集合z中的站内节点信息，并根据主接线形式结构，判断读取站的信息是否是同一个电气岛。

作为本发明的一种优选方案，步骤s02中所述关联矩阵标记法将关联矩阵的物理意义及bfs的搜索原则相结合，判断电网拓扑连通性。

作为本发明的一种优选方案，所述关联矩阵标记法判断电网拓扑连通性的步骤如下：

首先、设关联矩阵b的第一个非零元素为bij，则电气岛i的第一个元素为vi，以vi为根，搜索b中第i个所有非零元素，并将这些非零元素对应的边标记为树支，将树支另一端节点加入电气岛内，作为系统生成树的一层顶点；

其次、由电气岛i内第二个元素开始，逐个搜索与其相关的边与节点，若节点vm为被访节点，则搜索b中第m行的非零元素，若非零元素对应列未标记过，且其另一端节点不在电气岛内，则将该列对应边标记为树支，并将节点加入电气岛；反之，若非零元素对应列未标记过，且其另一端节点己在i内，则将该列对应边标记为连支。

最后、当搜索节点数与网络节点数相同，或所有边都被标记过，则分析结束。

作为本发明的一种优选方案，根据所述图的连通性以及标记的网络树支与连支，对静态电气岛进行分析，其步骤如下：

首先、利用配电网电力系统内部的开关状态，形成电力电网关联矩阵b；

其次、将b中未被标记的第一列中第一个非零元素bim所在行对应的节点vi作为根，即节点vi为本电气岛的第一个元素，初始时bim中m值设置为1；

再者、搜索i行中全部非零元素bij所在j列中的其余非零元素bkj，若第i列未标记过，且节点vk不在电气岛内，则将vk加入电气岛i，并标记ej为树支，即加入树支集合s中，若电网节点都己形成电气岛，则进行下一步；若再无新节点并入电气岛内，则转入上一步；若前两个条件均不符合，则取电气岛内下一个元素vn，令i＝n，重复执行该步骤；

最后、当所有电网节点均已形成电气岛，则判断电网静态拓扑分析结束，并将未标记的边作为连支，加入连支集合a中。

作为本发明的一种优选方案，依据所述静态电气岛标记的电力网络结构的动态变化，将电网拓扑结构分为支路断开以及支路闭合两种，利用破圈法更新电网拓扑结构支路断开情况形成的回路矩阵。

作为本发明的一种优选方案，所述破圈法更新回路矩阵的流程为：

首先、根据静态电气岛网络拓扑结构生成的连通图，判断支路断开前连通图中树的半径，作为搜索半径；

其次、将搜索半径作为新的搜索路径将新的电气导的树支从原拓扑结构中分离；

再者、将含新电气岛树支的回路存入新的回路矩阵；

最后、再将新回路矩阵中的连支从原拓扑中分离，形成由各个节点组成的新的电气岛，完成拓扑结构更新。

作为本发明的一种优选方案，所述支路闭合时更新回路矩阵时，利用半径搜索法由断幵节点，同时分别向下搜索树支，搜索一级相关树支后，形成由新节点组成的新电气岛。

作为本发明的一种优选方案，所述更新回路矩阵后通过回程方程对拓扑信息进行错误辨识，再修正不良数据。

作为本发明的一种优选方案，通过所述回程方程辨识拓扑结构的步骤如下：

首先、根据电力网络形成道路矩阵t、回-支关联矩阵b、节点注入电流为i′n以及连支电流为i′l，利用回路方程求取支路电流i′b，判断所有支路电流i′b是否均满足阈值条件；

其次、若出现差值需判断是否有拓扑错误；

再者、若无拓扑错误或拓扑错误己修正后，判断是否存在不良数据，完成拓扑错误的辨识与不良数据的修正。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实质上是基于电力载波的简易电力拓扑识别方法，利用关联矩阵标记法，完成电网静态网络拓扑分析，当网络拓扑发生变化后，借助回路矩阵，判断变化支路的类型，在此基础上，利用破圈法和半径搜索法，更新局部网络拓扑及回路矩阵，该方法计算量小，更新结果快速准确，适用于多种网络变结构情况，将配网系统提供的电力状态信息以及同步电气相量信息等数据应用到电力系统网络拓扑分析中来，通过开关量与电气量相互校核的方式来提高拓扑分析的可靠性，能够在考虑多种拓扑错误及不良数据的情况下，根据计算值与量测值间的差值对拓扑信息及支路电流量测值进行校验并修正，该方法不受拓扑错误与不良数据双重因素的影响，能够有效的提高辨识结果的准确性及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中基于电力载波的简易电力拓扑识别方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于电力载波的简易电力拓扑识别方法，在系统正常运行情况下，利用关联矩阵标记法，完成电网静态网络拓扑分析，当网络拓扑发生变化后，借助回路矩阵，判断变化支路的类型，在此基础上，利用破圈法和半径搜索法，更新局部网络拓扑及回路矩阵，该方法计算量小，更新结果快速准确，适用于多种网络变结构情况。

包括以下步骤：

s01、根据电力主线特征，初步分析配网站内电气岛，即对配网站内各节点、断路器进行命名，并将节点写入相应配网站集合z中；

s02、利用关联矩阵标记法，判断配网站集合z中电网图的连通性，同时标记网络的树支与连支，对电网静态电气岛进行分析；

s03、当标记网络的树支与连支结构发生变化时，通过回路矩阵判断变化支路的类别，并利用破圈法和半径搜索法修改局部网络拓扑结构并更新回路矩阵。

所述步骤s01中，读取配网站集合z中的站内节点信息，并根据主接线形式结构，判断读取站的信息是否是同一个电气岛。

步骤s02中所述关联矩阵标记法将关联矩阵的物理意义及bfs的搜索原则相结合，判断电网拓扑连通性。

本实施例中，利用节点来表示断路器，并根据电力线路中主接线特征与闭合开关量信息，利用拓扑定理进行站内拓扑分析，在开关发生变位后，基于半径搜索法对发生变化的拓扑进行修改，避免了重新形成拓扑带来的更新速度慢的问题。

所述关联矩阵标记法判断电网拓扑连通性的步骤如下：

首先、设关联矩阵b的第一个非零元素为bij，则电气岛i的第一个元素为vi，以vi为根，搜索b中第i个所有非零元素，并将这些非零元素对应的边标记为树支，将树支另一端节点加入电气岛内，作为系统生成树的一层顶点；

其次、由电气岛i内第二个元素开始，逐个搜索与其相关的边与节点，若节点vm为被访节点，则搜索b中第m行的非零元素，若非零元素对应列未标记过，且其另一端节点不在电气岛内，则将该列对应边标记为树支，并将节点加入电气岛；反之，若非零元素对应列未标记过，且其另一端节点己在i内，则将该列对应边标记为连支。

最后、当搜索节点数与网络节点数相同，或所有边都被标记过，则分析结束。

根据所述图的连通性以及标记的网络树支与连支，对静态电气岛进行分析，其步骤如下：

首先、利用配电网电力系统内部的开关状态，形成电力电网关联矩阵b；

其次、将b中未被标记的第一列中第一个非零元素bim所在行对应的节点vi作为根，即节点vi为本电气岛的第一个元素，初始时bim中m值设置为1；

再者、搜索i行中全部非零元素bij所在j列中的其余非零元素bkj，若第j列未标记过，且节点vk不在电气岛内，则将vk加入电气岛i，并标记ej为树支，即加入树支集合s中，若电网节点都己形成电气岛，则进行下一步；若再无新节点并入电气岛内，则转入上一步；若前两个条件均不符合，则取电气岛内下一个元素vn，令i＝n，重复执行该步骤；

最后、当所有电网节点均已形成电气岛，则判断电网静态拓扑分析结束，并将未标记的边作为连支，加入连支集合a中。

依据所述静态电气岛标记的电力网络结构的动态变化，将电网拓扑结构分为支路断开以及支路闭合两种，利用破圈法更新电网拓扑结构支路断开情况形成的回路矩阵。

本实施例中，所述支路断开情况下的拓扑更新包括两者情况：回路中连支断开和回路中树支断开，所述回路中连支断开电气岛分布不变，因此，仅需更新回路矩阵，将断开支路从连支中删除，并将其所在回路从回路矩阵中删除即可；所述回路中树支断开不改变系统的电气岛，仅需更新系统的回路矩阵，根据破圈法，将断开树支所在某一回路的连支变为树支，并修改相关回路中元素，主要分以下两种情况：

第一、若断开树支仅在一条回路中出现，则直接将本回路中的连支变为树支，并将回路删除；

第二、若断开的树支在多条回路中，选取包含支路数较少的一条回路i，将i中连支变为树支，并将回路i逐一与其余含断开支路的回路合并，在此基础上，删除两条回路的公共部分，再将回路i从矩阵中删除。

该基于电力载波的简易电力拓扑识别方法的特征之一在于，在根据静态拓扑分析所标记的连支与树支，离线形成回路矩阵时，将回路矩阵第一列存放基本回路中连支的编号，该行其它位置存储本回路中树支，空位补0，避免了回路矩阵对电网拓扑结构的影响，提高了拓扑更新的效率。

所述破圈法更新回路矩阵的流程为：

首先、根据静态电气岛网络拓扑结构生成的连通图，判断支路断开前连通图中树的半径，作为搜索半径；

其次、将搜索半径作为新的搜索路径将新的电气导的树支从原拓扑结构中分离；

再者、将含新电气岛树支的回路存入新的回路矩阵；

最后、再将新回路矩阵中的连支从原拓扑中分离，形成由各个节点组成的新的电气岛，完成拓扑结构更新。

所述支路闭合时更新回路矩阵时，利用半径搜索法由断幵节点，同时分别向下搜索树支，搜索一级相关树支后，形成由新节点组成的新电气岛。

所述更新回路矩阵后通过回程方程对拓扑信息进行错误辨识，再修正不良数据。

通过所述回程方程辨识拓扑结构的步骤如下：

首先、根据电力网络形成道路矩阵t、回-支关联矩阵b、节点注入电流为i′n以及连支电流为i′l，利用回路方程求取支路电流i′b，判断所有支路电流i′b是否均满足阈值条件；

其次、若出现差值需判断是否有拓扑错误，其步骤为：

当某连支断开，但其电流量测值大于设定阈值，且该回路中的支路电流不满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％时，则该连支实际为闭合；当某树支断开，但其电流计算值大于设定阈值，且道路上该树支末端节点后的全部支路电流均不满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％时，则该树支实为闭合；

若支路闭合，但其计算值小于设定阈值，且系统道路中该支路后的全部支路电流不满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％时，则该支路实为断开；若支路闭合，其计算值小于设定阈值，但将其支路对地导纳电流减去后，节点电流和增大，该支路拓扑信息正确，支路轻载；

根据上述方法检测支路拓扑，出现错误进行修改，更新道路矩阵t、回-支关联矩阵b、节点注入电流为i′n以及连支电流为i′l信息，并重新计算支路电流i′b，再次判断是否存在拓扑错误；

再者、若无拓扑错误或拓扑错误己修正后，判断是否存在不良数据，完成拓扑错误的辨识与不良数据的修正，其步骤如下所述：

首先、求取系统节点注入电流之和，当不满足系统节点注入电流最大绝对值时，且系统道路中某一电源或负荷节点后的支路电流均不满足系统节点注入电流最大绝对值时，则该节点注入电流出现不良数据，需根据根据差值进行修正；

其次、某一回路中的支路电流不满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％时，该回路连支电流出现不良数据，需根据差值对连支电流进行修正；

再者、判断个别树支电流不满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％时，即可用计算出的树支电流对量测值进行修正；

最后、在对不良数据修正后，继续计算支路电流i′b，直至所有支路电流满足任一条支路电流的计算误差小于最大支路电流绝对值的0.3％。

该基于电力载波的简易电力拓扑识别方法，将配网系统提供的电力状态信息以及同步电气相量信息等数据应用到电力系统网络拓扑分析中来，通过开关量与电气量相互校核的方式来提高拓扑分析的可靠性，能够在考虑多种拓扑错误及不良数据的情况下，根据计算值与量测值间的差值对拓扑信息及支路电流量测值进行校验并修正，该方法不受拓扑错误与不良数据双重因素的影响，能够有效的提高辨识结果的准确性及可靠性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。