基于整数二次规划的电力网络拓扑节点映射关系获取方法与流程

本发明涉及运筹优化，具体的说是一种基于整数二次规划的电力网络拓扑节点映射关系获取方法。

背景技术：

1、电力网络是人类的生活与生产无法离不开的重要系统之一。通过变电、输电、配电的三个环节，电力网络把分布在广阔地域内的发电厂和用电户连成一体。目前，电网拓扑图主要包括电网地理图、电网接线图、线下图纸三大类，主要由手工绘制、独立共存，线下图纸为线上电网地理图、电网接线图提供绘制参考依据。

2、然而在电力系统中，基于不同的部门职能，每个部门主体有各自的业务网络。目前，电网拓扑图主要包括电网地理图、电网接线图、线下图纸三大类，主要由手工绘制、独立共存，线下图纸为线上电网地理图、电网接线图提供绘制参考依据。由于不同的业务部门之间信息与数据的交流存在困难，在同一电力系统中，电力网络构建的方式存在很大的差异。因此即使基于同一个电力网络，不同部门构建的拓扑结构仍存在着难以直观发现的差异。同一电网，不同数据，数据流断点严重，尤其是配网拓扑图维护是电网数字化建设的难点，各专业拼合才能形成较为完整电网一张图。这样的多头维护会造成人力、财力、物力资源的巨大浪费。

3、本发明通过采用运筹优化领域中的整数二次规划模型，将通过发掘电力网络拓扑结构的节点强标签性，传输路径有向无回性，将电力网络拓扑结构对比问题规约为一个已知的整数二次规划优化问题。通过构建基于节点的和基于边的两种结构相似性得分，利用了电力网络拓扑结构的节点强标签性与传输路径有向无回性，增强了整数二次规划的约束，提高了计算的速度。由于整数二次规划是非线性的问题，是np-hard的。这将导致求解问题的难度大大的增加。因此，本发明通过添加松弛变量通过前一步地将整数二次规划问题转化为一个线性整数规划问题，从而降低了问题的求解难度，并可以使用已有的方法进行问题的求解。最后，通过已有的工具包yalmip和gurobi对问题进行求解，以获得使目标函数最大的点匹配矩阵，根据其中的元素中提取两个网络结构之间的节点映射关系。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术存在的不足之处，提供了一种基于整数二次规划的电力网络拓扑节点映射关系获取方法，以期能得出不同电力网络拓扑结构的映射关系，从而能促进电力系统互通性和数据流动性。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种基于整数二次规划的电力网络拓扑节点映射关系获取方法的特点是，是按如下步骤进行：

4、步骤1、分别提取源电力网络和目标电力网络的节点标签信息和有向路径信息：

5、步骤1.1、将源电力网络的有向无回图记为(n1，e1)，将目标电力网络的有向无回记为g2(n2，e2)；其中，表示g1的节点集合；表示g2的节点集合；e1和e2分别表示g1和g2的有向路径信息；表示图g1中第i个节点，表示图g2中第u个节点，o表示图g1中全部节点个数，p表示图g2中全部节点个数；

6、步骤1.2、通过提取节点集合n1和n2的标签信息，生成g1和g2的标签集合t＝{t1,t2,…,tq}；其中，tq表示第q个标签，q表示g1和g2的全部标签个数；

7、步骤2、利用式(1)构建电力网络拓扑结构中与的节点相似性函数siu：

8、

9、式(1)中，hiu表示节点i与节点u相同的电力系统标签，c(hiu)表示所有标签为hiu的数量；

10、步骤3、基于电力网络的有向路径信息，利用式(2)和式(3)构建源电力网络的邻接矩阵a＝(aij)o×o和目标电力网络的邻接矩阵b＝(buv)p×p：

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13、式(2)和式(3)中，表示节点至第j个节点的有向边,表示节点至第v个节点的有向边；aij表示源电力网络的邻接矩阵ao×o第i行第j列的元素值；buv表示目标电力网络的邻接矩阵bp×p第u行第v列的元素值；

14、步骤4、建立二次整数规划电力网络比对模型：

15、步骤4.1、利用式(4)构建节点和节点的节点匹配变量xiu，且xiu属于点匹配矩阵xo×p：

16、

17、式(4)中，matches表示匹配；

18、步骤4.2、利用式(5)构建目标得分函数maxf(g1,g2)，并利用式(6)得到目标得分函数的约束条件，从而建立二次整数规划电力网络比对模型：

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20、

21、式(6)中，λ为一个值域在(0,1)的定值；aik表示源电力网络的邻接矩阵ao×o第i行第k列的元素值；bul表示目标电力网络的邻接矩阵bp×p第u行第l列的元素值；xkl表示点匹配矩阵xo×p第k行第l列的元素值；

22、步骤4.3、将二次整数规划电力网络比对模型转化为整数线性规划电力网络比对模型：

23、步骤4.3.1、利用式(7)构建松弛变量yiukl：

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25、式(7)中，yijkl＝1表示g1的有向边与g2的有向边匹配，从而产生映射关系，yijkl＝0表示g1的有向边无法与图g2的有向边匹配，并产生映射关系；

26、步骤4.3.2、利用式(8)和式(9)构建整数线性规划电力网络比对模型：

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28、

29、式(9)中，xkl表示节点和节点的节点匹配变量；

30、步骤5、通过匈牙利法求解整数线性规划电力网络比对模型，从而得到最优点匹配矩阵x'o×p；提取x'o×p中元素值为“1”的节点匹配变量生成节点映射关系，以得出不同电力网络拓扑结构的节点映射关系。

31、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述电力网络拓扑节点映射关系获取方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

32、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述电力网络拓扑节点映射关系获取方法的步骤。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

34、1、本发明将点的映射关系作为决策变量，以目标和源电力网络拓扑结构的最大相似性为目标函数，采用整数二次规划模型对电力网络拓扑结构比对问题进行求解，将传统的人工搜索方法转化为了电脑计算自动生成，利用现有的方法进行计算，可以在直接找出不同的电力网络拓扑结构的节点映射关系，从而寻找出不同部门构建的拓扑结构仍存在着难以直观发现的差异，减少了人力、财力、物力资源的浪费。

35、2、电力网络拓扑结构中存在着强节点标签性和有向无回性的两个特点，然而常见的复杂网络比对方法没有考虑节点的标签信息和有向边信息，本发明通过考虑强节点标签性和有向无回性生成了目标得分函数。相比于传统方法，本发明的目标得分函数具有更好的区分度，能提高计算的速度，更快地获得比对结果。

36、3、本发明通过网络比对方法，对电力系统中不同的业务网络拓扑结构进行比对，能够帮助电力公司得到不同业务网络之间的节点映射关系，从而获取不同业务网络之间的最大子网络。并在此基础上，获取不同网络之间未能相互映射的节点信息。从而为业务部门的数据补全流程提供了信息依据，促进了整体的电力系统贯通，拓扑数据融合。