本发明涉及电力系统拓扑分析技术领域，尤其涉及一种基于dstu(distributedintelligentterminalunit，分布式智能终端单元)和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法。
背景技术：
网络拓扑是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，特别是计算机分布的位置以及电缆如何通过它们。拓扑是一种不考虑物体的大小、形状等物理属性，而仅仅使用点或者线描述多个物体实际位置与关系的抽象表示方法。拓扑不关心事物的细节，也不在乎相互的比例关系，而只是以图的形式表示一定范围内多个物体之间的相互关系。电力网络拓扑分析是根据电网元件的连接关系及开关设备的开合状态，把用节点描述的物理模型转化为母线描述的数学模型，它是电力系统各种分析计算的基础。电网拓扑分析属于图论的范畴。在拓扑分析时将实际电网抽象成无向图来表示。电网拓扑分析由两步组成，第一步是厂站的结线分析，也称为母线分析；第二步是将整个系统的母线由支路连接成若干子系统，称为系统分析。
电网拓扑分析的方法分为基于图论的方法和基于代数的方法两类。基于图论的方法以搜索法为主。搜索法是通过搜索节点与相邻节点的连接关系来进行网络的拓扑分析，根据搜索原理的不同，搜索法又分为深度优先搜索法和广度优先搜索法；此外，基于图论的相关理论，一些其他方法也不断被提出，如吴文传等提出的基于面向对象的拓扑模型，提出并实现了一种基于节点融合生成全部树的拓扑分析方法，张烨等提出了节点连通岛合并法等。基于代数的方法即矩阵法。矩阵法是利用关联矩阵或者邻接矩阵，经过一系列的矩阵运算和矩阵分析得到拓扑结果，根据基于的矩阵的不同，矩阵法又分为邻接矩阵法和关联矩阵法两种。与基于图论的方法相比，矩阵法数据组织简单、分析过程清晰，能适应于任何接线方式的电力网络拓扑。但是存在以下的问题：(1)传统矩阵法需进行复杂的矩阵运算，计算量大，计算速度慢，难以满足实时应用的要求。(2)电网结构发生变化时，扩展性显得不够灵活，需要修正程序中的许多内容，运行维护较复杂，不利于工程应用。
近年来，许多学者对矩阵法进行了改进，姚玉斌等提出了连通矩阵准平方法网络拓扑分析方法；姚玉斌和华健等分别将稀疏矩阵处理技术、高斯消元技术应用于矩阵法电网拓扑分析中。这些改进在一定程度上使计算速度有所提高，但由于仍需进行复杂的矩阵运算，没有本质上的改变。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的缺点和不足，提供一种计算简单、高效的基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法，通过此方法可快速分析电网的实时拓扑，识别电网中断开的节点，具体技术方案如下：
一种基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法，包括以下步骤：
对电网节点进行任意编号，在每个开关中装设一个dstu，并通过dstu采集得到电网拓扑结构信息；
根据采集得到的电网拓扑信息构建电网节点的第一关联矩阵a；
根据电网的形态设定变换规则，基于变换规则将第一关联矩阵a转换成第二关联矩阵a′；
根据关联矩阵的特点，从第二关联矩阵a′中提取出相应的标准三角矩阵，得到电网的网络拓扑结构图；
若网络结构发生变化，则dstu可以提取拓扑结构信息，通过断开或者连接电网节点之间的边，实现电网拓扑动态分析。
本发明的进一步改进在于，所述dstu用于收集和存储电网的电气参数和开关状态，且每一个所述dstu之间通过广播进行通信。
本发明的进一步改进在于，所述电网节点之间可以互相进行相关联查询。
本发明的进一步改进在于，所述变换规则基于电网的网络形态进行转换，所述网络形态包括链状网络和树状网络；其中，所述链状网络通过式as＝[m，m-1，···，2，1]t进行第一关联矩阵a和第二关联矩阵a′之间的转换，所述树状网络通过式as＝[m，1，···，1，1]t进行第一关联矩阵a和第二关联矩阵a′之间的转换；公式中，as为变换规则的符合表示，m为电网中节点个数。
本发明的进一步改进在于，所述电网拓扑动态分析方法适用于环路或并联支路的网络拓扑结构，所述电网拓扑动态分析方法的运算量与节点数m2成正比。
本发明的进一步改进在于，在从第二关联矩阵a′中提取所述标准三角矩阵的过程中，当提取出预设数量的所述标准三角矩阵时，即可得到网络拓扑结构。
本发明的基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法，首先对电网节点进行任意的编号，并在电网的每一个开光中装设dstu，通过dstu采集电网节点的关联信息，然后根据得到的节点之间关联信息构建节点之间的第一关联矩阵，然后再根据设定的变换规则将第一关联矩阵转换成第二关联矩阵，从第二关联矩阵中可以提取出若干的标准三角矩阵，最终根据得到的标准三角矩阵得到电网节点的网络拓扑结构，这样就可以通过得到的拓扑结构动态的对网络的实际情况进行动态的分析，以找出问题所在；与现有技术相比，本发明可快速分析电网的实时拓扑结构，识别出电网中端口的节点，计算方法简单、高效。
附图说明
图1为本发明所述基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法的流程框图；
图2为一含有九个节点的电网节点网络接线图示意；
图3为通过本发明基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法得到的拓扑结构图示意。
标示说明：图2中d表示dstu。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
参阅图1，在本发明实施例中，以dstu为核心组件提出了一种基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法，包括以下步骤：
s1：对电网节点进行任意编号，在每个开关中装设一个dstu，并通过dstu采集得到电网拓扑结构信息；
结合图2，在实施例中，首先对电网中的节点进行任意顺序的编号，并且在电网中的每个开关中均安装一个dstu，通过dstu来手机和存储电气参数和开关状态，而且每一个dstu之间还通过广播的形式进行通信，通过广播通信的方式，dstu可以获得电网中的模拟采样信息、故障信息、交换机类型及其状态、拓扑信息以及负载信息，获得这些信息，有利于后续对电网进行实时的监控以及分析。
s2：根据采集得到的电网拓扑信息构建电网节点的第一关联矩阵a；
在本实施例中，为了更好分析电网的具体情况，将电网中包含的所有节点收集形成一个集合，假设集合为n，则n＝(n1，n2，n3，···，nm)其中m为有限值，而为了更加方便和形象描述，将选定集合n中的一个节点ns作为起始点，这样，若需要对集合n中的一个节点ns进行查询，假设每次从节点ns到节点到nk查询需要经过的节点可构成一个集合l，则定义l中的节点与nk相关联；再者假设集合l中含有p个节点，则p≤m，且p≤m称之为ns自相关，由此可以知道集合n中的所有节点均与nk相关联，而与末端节点只有自相关。
而为了更形象描述电网的具体情况，本发明建立一个与集合n的第一关联矩阵a，第一关联矩阵a为一个m×m阶矩阵，其元素由aij表示，且aij只有“0”和“1”两种表示，具体如下所示：
在第一关联矩阵a中，右侧的自然数表示节点排列顺序号，假设节点i与节点j之间相关联，则aij＝1，否则，aij＝0；此外，在实际情况中，电网的网络结构包括链状网络和树状网络，而其关联矩阵具有以下特殊的结构和特性为：(1)链状网络的关联矩阵就是一个上三角矩阵；(2)树状(分支状)网络的关联矩阵同样具有上三角矩阵的特征，但只有第一行和对角元素为“1”，其余元素均为“0”；(3)起始点ns不同，集合n的关联矩阵a就不同。
s3：根据电网的形态设定变换规则，基于变换规则将第一关联矩阵a转换成第二关联矩阵a′；
实际的网络不可能是标准形状的，显然关联矩阵也有所不同，不可能是标准的三角状矩阵。由于起始点的选择有所不同，得到的关联矩阵也有所不同，但是再复杂的拓扑也是链状结构的标准拓扑元素组合而成的，其关联矩阵也能反映其拓扑关系，即要对关联矩阵进行规范化，使其可以成为三角状矩阵；而之所以关联矩阵不再是三角状矩阵，并不是因为关联矩阵本身不再具备三角状特征，而是因为每个节点的编排顺序不可能是按链状结构的网络节点顺序编排，这正说明节点顺序需要重新编排，或者说理顺各节点的顺序，关联矩阵自然就变成了三角状矩阵；在本发明实施例中，根据电网网络结构的不同具有不同的变换规则，其中，链状网络通过运算规则as＝[m，m-1，···，2，1]t得到第一关联矩阵a的第二关联矩阵a′，树状网络则通过预算规则as＝[m，1，···，1，1]t得到第一关联矩阵a的第二关联矩阵a′；此外，若网络为倒树状的网络，则as＝[2，2，···，2，1]t，假设一个树状网络的关联矩阵为非三角形状的m×m阶矩阵a，定义一个与网络节点数目相同维数的全“1”列向量s，并做一个简单的运算as＝[r1，r2，r3，···，rm]t；其中r1，r21，r3，···，rm不满足r1＞r2≥r3≥···≥rm，按由大到小的顺序重新排列r1，r21，r3，···，rm后得到r1′，r2′，r3′，···，rm′，使得满足r1′＞r2′≥r3′≥···≥rm′，按照同样的顺序对a进行变换，得到关联矩阵a′，则可以得到a′s＝[r1′，r2′，r3′，···，rm′]t，此时的a′所反映的拓扑关系丝毫未变，但具有三角状特性并不一定具有标准形状；所以有必要设法找出标准形状的关联矩阵；具体可通过下列实例来说明：
首先定义全“1”列向量s＝[1，1，1，1，1，1，1，1，1]t,并做一个简单的运算as得到as＝[9，5，4，4，2，1，3，1，1]t，再将as通过同样的运算变换得到a1s＝[9,7,5,4,4,2,3,1,1,1]t，这样，就可以按照同样的顺序对第一关联矩阵a进行变换，得到其关联矩阵a1：
将a1s再变换得到a′s＝[9，5，4，4，3，2，1，1，1]t；同理，按照同样的顺序对a1进行变换，得到第二关联关联矩阵a′：
s4：根据关联矩阵的特点，从第二关联矩阵a′中提取出相应的标准三角矩阵，得到电网的网络拓扑结构图；
在本发明中，在从第二关联矩阵a′中提取标准三角矩阵的过程中，当提取出预设数量的标准三角矩阵时，即可得到网络拓扑结构；参阅图3，最终从第二关联矩阵a′提取出了标准三角矩阵，从而得到网络拓扑结构，从图中可以看出，节点1是起始节点，而6、8、9节点为末端节点，而最终得到的网络拓扑结构可以看着是由若干数量的标准三角矩阵组合形成，即可以通过从第二关联矩阵a′提取标准三角矩阵的方式得到最后相应的电网的网络拓扑结构。
s5：若网络结构发生变化，则dstu可以提取拓扑结构信息，通过断开或者连接电网节点之间的边，实现电网拓扑动态分析。
在本发明中，当得到最后电网的网络拓扑结构时，就可以通过端口或者连接拓扑结构节点之间的边实现动态分析，本发明的电网拓扑动态分析方法适用于环路或并联支路的网络拓扑结构，同时方法的运算量与节点数m2成正比，即本发明可以快速、准确地完成对电网整体的分析，以便于工作人员可以及时对电网的情况进行实时了解，从而避免一些故障发生带来的一系列问题，保证电网的畅通运行。
本发明的基于dstu和关联矩阵的电网拓扑动态分析方法，首先对电网节点进行任意的编号，并在电网的每一个开光中装设dstu，通过dstu采集电网节点的关联信息，然后根据得到的节点之间关联信息构建节点之间的第一关联矩阵，然后再根据设定的变换规则将第一关联矩阵转换成第二关联矩阵，从第二关联矩阵中可以提取出若干的标准三角矩阵，最终根据得到的标准三角矩阵得到电网节点的网络拓扑结构，这样就可以通过得到的拓扑结构动态的对网络的实际情况进行动态的分析，以找出问题所在；与现有技术相比，本发明可快速分析电网的实时拓扑结构，识别出电网中端口的节点，计算方法简单、高效。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。