一种交直流微电网拓扑建模方法、装置和设备与流程

1.本发明涉及智能电网技术领域，具体涉及一种交直流微电网拓扑建模方法、装置和设备。


背景技术：

2.交直流微电网作为智能电网发展的重要组成部分，是一种复杂的变拓扑动态网络。传统电网拓扑数据组织和分析基于传统关系型数据库进行，在存储规模、查询效率、可扩展性等方面都难以满足微电网的拓扑分析需求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种交直流微电网拓扑建模方法、装置和设备，以实现对微电网的拓扑分析。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.一种交直流微电网拓扑建模方法，包括：
6.获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据；
7.采用预设图数据库对所述设备数据进行定义；
8.基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息；
9.基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图；
10.获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型；
11.获取与所述控制类型相匹配的控制单元组；
12.基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
13.可选的，上述交直流微电网拓扑建模方法中，所述系统运行类型包括：
14.联合并网、联合孤岛、分别孤岛、交流微电网单独并网、直流微电网单独并网；
15.业务类型为基于目标电网集群间不同工况、负荷类型、可再生能源消纳建立的业务类型。
16.可选的，上述交直流微电网拓扑建模方法中，所述预设图数据库为neo4j 图数据库。
17.可选的，上述交直流微电网拓扑建模方法中，采用预设图数据库对所述设备数据进行定义，包括：
18.采用预设图数据库对所述设备数据进行定义，并赋予其物理节点属性，所定义的内容包括：顶点、边、属性。
19.一种交直流微电网拓扑建模装置，包括：
20.数据采集单元，用于获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据；
21.定义单元，用于采用预设图数据库对所述设备数据进行定义；
22.拓扑图构建单元，用于基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息；基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图；
23.控制类型获取单元，用于获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型；获取与所述控制类型相匹配的控制单元组；
24.控制单元，用于基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
25.可选的，上述交直流微电网拓扑建模装置中，所述系统运行类型包括：
26.联合并网、联合孤岛、分别孤岛、交流微电网单独并网、直流微电网单独并网；
27.业务类型为基于目标电网集群间不同工况、负荷类型、可再生能源消纳建立的业务类型。
28.可选的，上述交直流微电网拓扑建模装置中，所述预设图数据库为neo4j 图数据库。
29.可选的，上述交直流微电网拓扑建模装置中，所述定义单元在采用预设图数据库对所述设备数据进行定义时，具体用于：
30.采用预设图数据库对所述设备数据进行定义，并赋予其物理节点属性，所定义的内容包括：顶点、边、属性。
31.一种交直流微电网拓扑建模设备，包括：
32.存储器和处理器；所述存储器存储有适于所述处理器执行的程序，所述程序用于：
33.获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据；
34.采用预设图数据库对所述设备数据进行定义；
35.基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息；
36.基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图；
37.获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型；
38.获取与所述控制类型相匹配的控制单元组；
39.基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
40.基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，通过在获取到目标电网的设备数据后，基于图数据库技术对所述设备数据进行定义，在基于定义结果生成所述目标电网对应的物理拓扑属性图和电气结构属性图，再基于所述目标电网对应的控制类型选择适配的控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制，由于该过程中引入了图数据库，可以基于所述图数据库对信息进行高效存储、查询及分析，具有良好的可扩展性和互操作性，满足了满足微电网的拓扑分析需求。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本
发明的实施例，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获得其他的附图。
42.图1为本技术实施例公开的交直流微电网拓扑建模方法的流程示意图；
43.图2为本技术实施例公开的交直流微电网拓扑建模装置的结构示意图；
44.图3为本技术实施例公开的交直流微电网拓扑建模设备的结构示意图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
46.申请人经过研究发现，传统电网拓扑数据组织和分析方案主要存在以下问题：
47.新型能源、分布式电源、电动汽车、储能装置大量涌现；多站融合的交直流微电网结构和运行方式日渐复杂，电网拓扑数据几何级增长。传统电网拓扑数据组织和分析基于传统关系型数据库进行，在存储规模、查询效率、可扩展性等方面都难以满足新型智慧电网中交直流微电网拓扑分析及运行控制的业务需求。
48.作为智能电网发展的重要组成部分，交直流微电网的网架是一种复杂的变拓扑动态网络，与上级电网并网运行或作为孤岛运行，其并网运行时可在供电与用电之间转换，拓扑结构设计时需考虑分区分层、资源利用最大化、供电可靠性保证、交直流互联等原则。需要基于传统电网拓扑建模技术，结合交直流微电网的结构特性，开展具有针对性的微电网元件及拓扑结构研究。
49.作为非关系型数据库的典型代表，图数据库与传统关系数据库二维表存储方式相比，具有更多优势主要体现在：能够以图的形式存储实体及其连接，在节点和关系之间的查询更加简单快捷；具备处理大型异构数据的能力，更丰富的数据与更高效的查询相结合；最大限度地减少编码决策，可重复提取复杂结构信息；具有良好的可扩展性和互操作性，可实现高效的图数据利用和图分析。目前在传统电网拓扑属性图建模方面，已有较广泛的研究。但在交直流微电网拓扑分析领域，欠缺基于图数据库技术的拓扑建模及分析的研究。
50.本发明基于图数据库技术提出一种面向微电网拓扑管理的数据建模方法，其优点是引入图数据库技术，选用设计微电网(所述微电网即为下文中的目标电网)基本图元，提取微电网dg单元和相应的负载信息作为拓扑图的节点，提取节点间真实物理连接关系分别作为拓扑图的边，从而完成基于图数据库技术的微电网数据建模。该成果可便捷获取正确的微电网拓扑结构，直观地展示节点连接关系，并可进一步支撑基于拓扑实时辨识来调整控制器，保障微电网安全稳定运行、分布式能源优化消纳等业务需求。
51.具体的，参见图1，本技术实施例公开的交直流微电网拓扑建模方法可以包括：
52.步骤s101：获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据。
53.所述目标电网可以为交直流微电网：交直流微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。随着新能源发电规模的不断扩大，分布式电源
(distributed generator，dg)的利用与开发愈来愈受到重视。微电网具有提高新能源利用率、充分发挥dg潜能、降低光伏和风力发电的间歇性与波动性对电网的负面影响等作用，是未来智能电网的重要组成部分。根据母线电压不同，交直流微电网又可分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网(hybrid ac/dc microgrid，hmg)，其中交直流混合微电网便于同时接纳交、直流电源和负荷，并有可能通过交流和直流母线互相支援提高供电可靠性和连续性，但hmg的运行与控制也相对复杂，给控制技术带来了新的挑战。
54.本方案首先需要获取需要建模的目标电网中所包含的各个电力设备对应的设备数据，所述电力设备不仅包括电力控制设备(例如变压器、充电桩、储能装置、断路器)，也包括电力传输设备，如母线。所述设备数据可以包括所述电力设备的自身设备数据，还包括这些设备的物理连接和网络拓扑关系，甚至还可以包括这些电力设备相关的电网业务数据。所述自身数据可以包括设备标识、设备类型、设备运行参数等等。
55.步骤s102：采用预设图数据库对所述设备数据进行定义。
56.图数据库技术：作为非关系型数据库的典型代表，图数据库(graphdatabase)既能够存储知识图谱中由概念、实体、关系和属性所构成的网络数据，还能够基于节点、关系、属性的数据结构进行基于图的数据存储、查询和挖掘，且已经产生了以图为中心的新型大数据技术栈。作为存储网络数据的主流工具之一，它已经在社交网络、生物医学网络等高度关联、节点多类型的领域显示出广泛的应用潜力。在复杂网络分析中发挥着越来越重要的作用。
57.在本方案中，所述预设图数据库可以指的是neo4j图数据库，也可以选择其他的图数据库，之所以选择neo4j图数据库，是因为neo4j图数据库的主要元素包括节点、关系、属性和实体标签。这些不同元素存储在不同的文件中，具有明确的存储职责划分，并以图的形式进行链接，边缘信息则作为属性存储起来。neo4j主要采用的是cypher查询语言。该语言是一种声明式图数据库查询语言，具有丰富的表现力，能高效地查询和更新图数据。
58.在获取到目标电网的设备数据以后，采用所述预设图数据库基于所述设备数据对微电网中的所有的物理设备进行定义，并赋予其物理节点属性，拓扑网络定义成一个无向图，即一个节点和边组成的集合。每个节点和边都有自己的属性，具体定义规则如下：
59.顶点：将电气单端点元件对应的电力设备映射为顶点，对各顶点编号，顶点的类型构成集合tv，包含dg单元和相应的负载信息；
60.边：将电气双端点或包含多个物理节点的电力设备映射为边，对各条边编号，双或多端点的类型构成集合te，包含开关、断路器等。
61.属性：属性是一个二元组(属性名称，值域)，其中值域是属性所允许值的集合。图数据中所有的属性集合记为a，每一个顶点(或者边)所有属性的集合是a的子集，同时顶点(或者边)必须有一个属性是主属性，起到唯一标识的作用。例如电力设备唯一名称(主属性)、电压等级、设备对象编码、开关状态、地理位置、所属厂站名称等属性。顶点和边上的属性信息使得图数据模型能够充分表达电网拓扑的复杂结构和语义，支持基于图数据库技术的电网拓扑数据的查询、分析。
62.步骤s103：基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息。
63.本步骤是基于预设图数据库的定义结果进行目标电网的物理结构拓扑属性特征
提取及建模，具体的，按照所述预设图数据库定义的各个电力设备对应的属性集提取电力设备自身设备属性及物理连接，基于所述电力设备自身属性形成物理拓扑属性图，所述物理拓扑属性图中包含有各个电力设备对应的设备id、型号、地理位置、端口信息等属性。
64.步骤s104：基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图。
65.本步骤是对预设图数据库的定义结果进行电网拓扑分析，得到目标电网的电气结构拓扑属性提取及建模，目标电网中的各dg单元通过线路及断路器连接，当目标电网发生故障导致某处断路器的开关断开时，目标电网的网络拓扑将会发生改变，因此需要实时获取目标电网拓扑信息。对目标电网的物理连接和电气连接进行区分之后，通过设置端子来存储各电力设备间的电气关系属性，通过对各个电力设备的电器关系属性进行分析，可构建所述目标电网的电气结构属性图。该属性图后续将通过对断路器开关状态的辨识，对目标电网中dg单元输出的电压、电流、频率和功率进行判断，以实现对目标电网拓扑动态状态的实时获取。
66.电网拓扑分析：电力网络的结构拓扑分析其实质就是根据电网中电气元件的连接关系，将电力网络的物理模型转变成计算机可识别的数学模型，反映电气的接线图，并提供实时的开关状态下的信息、数据给相应的程序。交直流微电网的拓扑结构具体包括微电网内部的电气接线网络结构、供电制式(直流/交流供电和三相/单相供电)、相应负荷和分布式电源所在微电网的节点位置。
67.步骤s105：获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型。
68.在本方案中。所述目标电网的控制类型可以有多种，根据不同的需求可以选择不同的控制类型控制所述目标电网，不同的控制类型对应的控制单元组不同，所述控制单元组用于控制所述目标电网中的电力设备在相应的控制类型中的工作状态。
69.步骤s106：获取与所述控制类型相匹配的控制单元组。
70.例如，按照系统运行状态，可以将所述目标电网的运行控制单元组划分为联合并网(主动配电网控制、被动配电网控制)、联合孤岛、分别孤岛、交流微电网单独并网、直流微电网单独并网等系统运行控制单元组，每个运行控制单元组分别控制目标电网在相应的运行状态下运行；依据目标电网内及目标电网集群间不同工况、负荷类型、可再生能源消纳等原则划分业务控制单元组。
71.步骤s107：基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
72.所述目标电网的相关运行控制单元组和业务控制单元组与所述目标电网的电气结构属性图结合，可以对所述目标电网的电气结构属性图的拓扑结构进行控制，从而通过所述电气结构属性图控制所述目标电网的运行方式，且所述控制单元组，支持灵活设置，并可相互包含及嵌套。该优点可后续支撑不同微电网柔性互联及统一控制目标下的数据查询、数据分析、决策优化。
73.本技术上述实施例公开的技术方案，通过在获取到目标电网的设备数据后，基于图数据库技术对所述设备数据进行定义，在基于定义结果生成所述目标电网对应的物理拓扑属性图和电气结构属性图，再基于所述目标电网对应的控制类型选择适配的控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制，由于该过程中引入了图数据库，可以基于所述图数据库对信息进行高效存储、查询及分析，具有良好的可扩展性和互操作性。
74.本实施例中公开了一种交直流微电网拓扑建模装置，装置中的各个单元的具体工作内容，请参见上述方法实施例的内容。
75.下面对本发明实施例提供的交直流微电网拓扑建模装置进行描述，下文描述的交直流微电网拓扑建模装置与上文描述的交直流微电网拓扑建模方法可相互对应参照。
76.参见图2，上述交直流微电网拓扑建模装置可以包括：
77.数据采集单元a，用于获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据；
78.定义单元b，用于采用预设图数据库对所述设备数据进行定义；
79.拓扑图构建单元c，用于基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息；基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图；
80.控制类型获取单元d，用于获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型；获取与所述控制类型相匹配的控制单元组；
81.控制单元e，用于基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
82.图3为本发明实施例提供的服务器的硬件结构图，参见图3所示，可以包括：至少一个处理器100，至少一个通信接口200，至少一个存储器300和至少一个通信总线400；
83.在本发明实施例中，处理器100、通信接口200、存储器300、通信总线 400的数量为至少一个，且处理器100、通信接口200、存储器300通过通信总线400完成相互间的通信；显然，图3所示的处理器100、通信接口200、存储器300和通信总线400所示的通信连接示意仅是可选的；
84.可选的，通信接口200可以为通信模块的接口，如gsm模块的接口；
85.处理器100可能是一个中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic (application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
86.存储器300可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
87.其中，处理器100具体用于：
88.获取目标电网的设备数据，所述设备数据包括设备标识数据，以及设备标识数据对应的物理连接数据和网络拓扑关系数据；
89.采用预设图数据库对所述设备数据进行定义；
90.基于所述设备数据的定义结果构建所述物理设备的物理拓扑属性图，所述物理图谱属性图至少包括：设备id、设备类型、地理位置以及端口信息；
91.基于所述设备数据的定义结果构建所述目标电网的电气结构属性图；
92.获取所述目标电网对应的控制类型，所述控制类型为系统运行类型或业务类型；
93.获取与所述控制类型相匹配的控制单元组；
94.基于所述控制单元组对所述目标电网的电气结构属性图进行控制。
95.为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
96.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
97.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
98.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
99.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
100.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。