一种配电网理论线损分层并行计算方法、系统和终端

本发明涉及配电网理论线损计算领域，具体涉及一种配电网理论线损分层并行计算方法、系统和终端。

背景技术：

1、线损是考核供电企业经营管理水平的重要手段之一，理论线损优化计算与分析工作是制定降损方案、提高线损管理和电网运行水平的重要方法。随着用电信息采集系统自动化程度的提高，用户负荷数据采集频度上升至15min，通过增加线损计算次数精确反应配电网日线损波动情况的目标对理论线损的计算速度提出了更高的要求，而图计算的并行计算能力为实现该目标提供了可能。因此有必要研究一种面向线损分析的配电网图数据库建模方法及对应具有高效率的理论线损计算方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于图计算的配电网理论线损分层并行计算方法，将并行计算方法引入理论线损优化计算当中，将会解决电网规模过大带来的对计算及要求高、计算速度慢、计算耗时长的问题。同时通过快速的理论线损优化计算，能够准确快速找到降低网络损耗的切入点，为制定降损措施提供数据参考和建议。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本技术第一方面公开一种基于图计算的配电网理论线损分层并行计算方法，包括以下步骤：

4、以配电网cim模型数据中的连接节点为分析基础，并基于图数据库构建面向线损分析的配电网拓扑图模型；

5、基于配电网不同类型开关元件的位置，对配电网网络进行馈线层和负荷分支层的划分，并建立等值损耗模型；基于等值损耗模型和前推回代潮流算法进行分层计算；

6、基于分层计算和bsp模型中的分层并行计算框架，对各等级馈线层和负荷分支层进行前推回代并行计算，得到理论线损分析结果。

7、在一些实施例中，配电网拓扑图模型的构建包括以下步骤：

8、根据配电网潮流计算过程中拓扑分析粒度的要求，以连接节点为分析对象对配电网cim模型数据进行解析，并将连接节点对应的信息存入等价的节点数据表；

9、针对两个连接节点之间相连的线路、开关或变压器等电气设备，存入节点之间的关系数据表中；

10、将连接节点对应的节点数据表和关系数据表分别定义为图数据库中的节点和关系，基于图数据库生成对应的面向线损分析的配电网图模型g(v，e)。

11、在一些实施例中，等值损耗模型包括负荷分支等值损耗模型和馈线层等值损耗模型，具体构建包括以下步骤：

12、通过含断路器设备的线路和含熔断器设备的线路将配电网划分为馈线层和负荷分支层；馈线层根据断路器的前后位置再进一步划分为一级馈线层、二级馈线层、三级馈线层直至n级馈线层，其中n-1级馈线层通过断路器与n-2级馈线层相连，n级馈线层通过断路器与n-1级馈线层相连，n为大于2的正整数；将首端为熔断器的支路定义为负荷分支，并与对应的馈线层中的连接节点相连，所有负荷分支都处于负荷分支层中；

13、负荷分支等值损耗模型的建立：负荷分支结构由n条线路和1个变压器组成，由节点1至节点(n+2)构成，负荷分支所带的功率数据满足为s＝p+jq；配电网中单段线路的长度在不超过100km，且电压等级低于35kv的情况下可以忽略线路的等效导纳，只需考虑串联阻抗支路zln；在前推回代计算过程中只考虑变压器等值阻抗zt带来的可变损耗，而对地支路的损耗是固定损耗δst；

14、馈线层等值损耗模型的建立：馈线层主要由m条线路构成，同样忽略线路的等效导纳，只需考虑串联阻抗支路，因此假设n级馈线层其对应的等值损耗模型如图3所示；等值损耗模型由节点1至节点(m+1)构成，并假设馈线层中节点m所连负荷分支对应的功率数据为sm＝pm+jqm。

15、在一些实施例中，基于等值损耗模型和前推回代潮流算法进行分层计算，包括以下步骤：

16、步骤1：针对配电网中的各负荷分支，根据负荷分支等值损耗模型进行前推计算，得到各个负荷分支首端连接节点的功率值，并将负荷分支首端连接节点的功率值传递给负荷分支所连的馈线层中对应的节点；

17、步骤2：从第n级馈线层开始分析，根据馈线层等值损耗模型进行前推计算，得到馈线层首端连接节点的功率值，并将第n级馈线层首端连接节点的功率值传递给第n级馈线层所连接的n-1级馈线层中对应的节点，重复此过程，直到传递到一级馈线层完成前推计算；

18、步骤3：从一级馈线层开始，根据馈线层等值损耗模型进行回代计算，然后获得各节点的电压更新值后，传递给下级馈线层或者所连负荷分支，重复此过程，直到回代计算传递到n级馈线层以及n级馈线层所连的负荷分支；

19、步骤4：所有更新首端节点电压值的负荷分支根据负荷分支等值损耗模型进行回代计算，并根据计算结果判定收敛条件|δumax|<ε，若满足则停止计算，否则返回步骤1再次进行迭代计算；

20、迭代结束后，便可得到各负荷分支及各馈线层的理论线损值；

21、负荷分支层的损耗计算公式为：

22、

23、式中δsf代表负荷分支损耗；δsl代表线路损耗；δst代表变压器损耗；n代表负荷分支中包含n条线路；

24、馈线层的损耗计算公式为：

25、

26、式中δsk代表馈线层损耗；m代表馈线层中包含m条线路；i代表该负荷分支或该馈线层中的第i段线路，δsli代表线路i的理论损耗值。

27、在一些实施例中，基于分层计算和bsp模型中的分层并行计算框架包括n+1个超步，具体包括以下步骤：

28、第1个超步是完成负荷分支层中负荷分支子图的并行化前推计算，并把对应的计算结果传递给所连接的馈线子图，待所有通信结束之后第1个超步结束，第2个超步开启；

29、第2个超步是n级馈线层中的馈线子图进行并行化前推计算，然后把对应更新后的功率数据传递给所连接的n-1级馈线子图，待所有通信结束之后第3个超步结束，第3个超步开启，以此类推，进行n-2级、n-3级等馈线子图的并行化计算过程的超步，直至完成二级馈线层对应的第n个超步；

30、第n+1个超步是一级馈线层中的唯一一个馈线子图进行前推计算，然后再通过回代计算更新各节点的电压，并传递给所连接的二级馈线子图，从而开启回代过程的并行化计算；

31、至此，基于图数据库的配电网理论线损分层并行图计算完毕，得到各负荷分支、各馈线层及整个配电网系统的理论线损值。

32、在一些实施例中，图数据库为neo4j图数据库。

33、在一些实施例中，节点数据表至少包括设备类型、设备id、设备名称、电压等级、有功负荷和无功负荷；

34、关系数据表至少包括首节点id、尾节点id和关系类型；

35、其中当两个连接节点之间相连的为带开关的线路时，关系数据表至少包括开关设备id、开关类型、线路设备id、线路型号和线路长度；

36、当两个连接节点之间相连的位变压器时，关系数据表至少包括变压器设备id、变压器类型和等效阻抗参数。

37、本技术第二方面公开一种应用如第一方面任意一项所述的基于图计算的配电网理论线损分层并行计算系统，包括；

38、配电网拓扑图模块：以配电网cim模型数据中的连接节点为分析基础，并基于图数据库构建面向线损分析的配电网拓扑图模型；

39、分层模块：基于配电网不同类型开关元件的位置，对配电网网络进行馈线层和负荷分支层的划分，并建立等值损耗模型；基于等值损耗模型和前推回代潮流算法进行分层计算；

40、结果输出模块：基于分层计算和bsp模型中的分层并行计算框架，对各等级馈线层和负荷分支层进行前推回代并行计算，得到理论线损分析结果。

41、本技术第三方面公开一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了如第一方面任一项所述的一种基于图计算的配电网理论线损分层并行计算方法。

42、本技术第三方面公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了如第一方面任一项所述的一种基于图计算的配电网理论线损分层并行计算方法。

43、本发明的有益效果：

44、本发明通过neo4j图数据库构建配电网线损图模型，解决了传统基于关系型数据库存储方式而需要将配电网拓扑结构转化成矩阵并按照前推回代算法规则编号的问题；同时充分考虑了配电网图模型中多层级的特征，划分为负荷分支层和馈线层，并建立了对应的等值损耗模型，基于各模型实现前推回代潮流算法的分层计算；最后充分利用图并行计算能力带来的效率提升，基于bsp模型实现了配电网各层级并行计算的理论线损分析，提高了大规模配电网理论线损计算的效率。