电网潮流的分析方法及装置、存储介质、处理器与流程

本发明涉及电网领域，具体而言，涉及一种电网潮流的分析方法及装置、存储介质、处理器。

背景技术：

电网地理信息系统(geographicinformationsystem,简称电网gis)作为一门空间信息技术,是用来采集、存储、管理、分析、显示与应用地理相关数据的计算机系统。目前电网gis系统采用的是oracle空间数据库存储技术。对于全电压等级的电网拓扑，这种存储方式和技术在关系计算、搜索、追踪时出现了计算和处理瓶颈。

相关技术中电网gis维护和使用已经采用了oracle数据库进行关系型存储，并且目前gis1.6的图形关系严重制约了基于图形数据库和图计算的图模型快速映射，因为gis1.6现在的存储结构采用节点与terminalid关联的方式，无法直接映射节点和节点的直接连接关系，为了解决gis1.6业务系统到拓扑图计算之间快速数据处理的问题，需要在gis1.6和图形数据库间建立一个高速拓扑ods数据模型缓冲中间件,实现图模直接映射(图模型与关系数据模型)、节点属性数据快速抽取、运行态数据快速提取和计算。

针对上述现有技术中使用关系型数据库，反应速度慢以及结构冗余复杂，从而无法快速实现大型电网拓扑分析的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电网潮流的分析方法及装置、存储介质、处理器，以至少解决现有技术中使用关系型数据库，反应速度慢以及结构冗余复杂，从而无法快速实现大型电网拓扑分析的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电网潮流的分析方法，包括：将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；检测计算图模型的类型；根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

可选地，根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析，包括：计算图模型的类型为辐射型网络时，使用第一方式对电网进行潮流分析，第一方式为：将用于表示电网的计算图模型进行分层处理，对同一层中的节点进行并行计算，得到电力参数在电网的分布信息；计算图模型的类型为环型网络时，使用第二方式对电网进行潮流分析，第二方式为：将计算图模型中具有权重的边进行迭代处理，其中，权重用于标识电网中线路上的导纳和线路两端的电压差；确定计算图模型中与每个节点所连接的边的权重；依据权重确定电力参数在电网的分布信息。

可选地，将用于表示电网的计算图模型进行分层处理，包括：将电网中具有相同电力参数的取值的节点划分至同一层。

可选地，点的属性包括以下至少之一；电压、电压幅值、相角、节点功率。

可选地，边用于表示节点间关系的描述；边具有方向；边的属性包括以下至少之一：线路阻抗、线路潮流、线损。

可选地，根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析，包括：获取计算图模型的多个备份，其中，多个备份中不同备份对应同一电网的不同电网状态；对多个备份同时进行潮流分析。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电网潮流的分析装置，包括：转化模块，用于将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；检测模块，用于检测计算图模型的类型；分析模块，用于根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

可选地，分析模块包括：第一分析单元，用于计算图模型的类型为辐射型网络时，使用第一方式对电网进行潮流分析，第一方式为：将用于表示电网的计算图模型进行分层处理，对同一层中的节点进行并行计算，得到电力参数在电网的分布信息；第二分析单元，用于计算图模型的类型为环型网络时，使用第二方式对电网进行潮流分析，第二方式为：将计算图模型中具有权重的边进行迭代处理，其中，权重用于标识电网中线路上的导纳和线路两端的电压差；确定计算图模型中与每个节点所连接的边的权重；依据权重确定电力参数在电网的分布信息。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的电网潮流的分析方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的电网潮流的分析方法。

在本发明实施例中，采用图形计算的方式，通过采用将电网系统转化为计算图模型，并对计算图模型进行潮流分析，达到了对电网系统快速、高效的进行拓扑分析的目的，从而实现了减少电网拓扑分析的运算量，提高电网拓扑分析效率的技术效果，进而解决了现有技术中使用关系型数据库，反应速度慢以及结构冗余复杂，从而无法快速实现大型电网拓扑分析的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种电网潮流的分析方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的电网图转化为计算图模型的示意图；

图3a是根据本发明实施例的一种可选的辐射型电网系统的示意图；

图3b是根据本发明实施例的一种可选的辐射型计算图模型的示意图；

图4a是根据本发明实施例的一种可选的正向分解聚合分析过程的示意图；

图4b是根据本发明实施例的一种可选的反向分解聚合分析过程的示意图；

图5a是根据本发明实施例的一种可选的环型电网系统的示意图；

图5b是根据本发明实施例的一种可选的环型计算图模型的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种电网潮流的分析装置的结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

相关技术中应用电网拓扑，尤其是将电网拓扑应用于配电网络，它的特点是电气元件复杂及多样。使用oracle空间数据技术的gis受oracle数据库的自身关系型数据的存储的限制，对于电网拓扑计算和gis数据的快速解析及提取，存在反应速度慢及结构冗余复杂的问题,无法快速实现大型电网拓扑分析及计算。

关系型数据结构采用“索引”来表征数据之间的相互关系，在处理近年来出现的大数据多层复杂关系问题过程中，遇到了明显的技术瓶颈，其跨表查询复杂、检索响应速度缓慢、多场景比选造成的存储空间浪费巨大，应用模型难以复制扩展，而图形分析的独特设计恰恰弥补了这个缺陷。

为解决上述问题，本申请实施例提供了相应的解决方案，以下详细说明。

根据本发明实施例，提供了一种电网潮流的分析的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种电网潮流的分析方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；

本申请实施例中，电网中的节点和线路可以用计算图模型中的节点和边表示。在电力系统中，存在母线、线路，发电机、变压器、负荷和各种开关、保护设备，这些对象都可被抽象为节点和边，在不同的电压等级上形成拓扑联系在一起。电力系统拓扑求解问题，都可以归结到电网的节点以及相连的线路(边)上，是一个天然的图形计算问题。电网拓扑分析计算遵从网络的拓扑关系，且每一个节点的电气特性只与其相邻的节点相关，这种关系可以通过节点和边上属性的映射关系和逻辑分析，在计算图中以最直接的方式展现出来，从这个特点来说，图形分析技术更为适合应用于电网拓扑计算。此外，数据管理和逻辑计算在图形计算模型中被统一起来并嵌入到了系统底层，数据与模型的交互都可以在图上直接进行展示。

其中，步骤s102可以通过计算机执行，得到计算图模型。

本申请实施例提供一种可选的将电网图转化为计算图模型的示意图，将电网图中的节点用点来表示，电网图中的线路用边来表示，如图2所示，图中的a表示节点的属性，b表示边的属性，其中，图2中的节点属性为：节点电压v、节点功率s，图2中的边属性为：阻抗z、线路潮流s、电流i，例如，n1点的属性a1为：节点电压v1、节点功率s2，n1和n2之间的边的属性b12为：阻抗z12、线路潮流s12、电流i12。

本申请实施例中的点的属性包括以下至少之一；电压、电压幅值、相角、节点功率；本申请实施例中的边用于表示节点间关系的描述，边具有方向。其中，边的属性包括以下至少之一：线路阻抗、线路潮流、线损。其中，点和边的属性包括静态属性和动态属性，静态属性为电网系统的固有属性，即电网本身具备的属性，例如电压，动态属性为电网系统通过计算得到的属性，例如，线路潮流。

步骤s104，检测计算图模型的类型；

可选地，计算图模型的类型至少包括：辐射型网络以及环型网络。

步骤s106，根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

可选地，本申请实施例包括至少以下两种计算图模型以及分析方法：

一、计算图模型的类型为辐射型网络时，使用第一方式对电网进行潮流分析，第一方式为：将用于表示电网的计算图模型进行分层处理，对同一层中的节点进行并行计算，得到电力参数在电网的分布信息，即第一方式为采用分解聚合法(mapreduce)对电网对应的计算图模型进行潮流分析；

首先，在对电网进行潮流分析前，对电网图进行转化。本申请实施例提供一种可选的辐射型网络的电网图转化为计算图模型的示意图，如图3a和图3b所示，图3b为由图3a转化得到的计算图模型，图3b中的a表示节点的属性，b表示边的属性，其中，节点属性包括：电压幅值v、相角θ、节点功率s，边属性包括：线路阻抗z、线路潮流s、线损δs，例如，节点v2是属性为：电压幅值v2、相角θ2、节点功率s2，节点v2和v3之间的边的属性为：线路阻抗z23、线路潮流s23、线损δs23，在此不再赘述。

其中，上述分解聚合法可以表现为以下实现过程：在前一个过程中计算各节点的有功无功，在后一个过程中计算各节点的电压，两个过程双向交互进行，当系统中本次和前一次的结果精度足够小时，计算收敛。图形计算利用分解聚合方法进行辐射网拓扑计算，可以充分利用图形计算的并行机制，如图4a和图4b所示：

从图4a和图4b可见，分解聚合法对电网进行了分层{t0，t1，t2……}。由于辐射网中同一层的节点计算互不相关，同一层的节点被同时激活，进行并行计算，网络越“扁平”计算效率越高。

其中，将用于表示电网的计算图模型进行分层处理包括：将电网中具有相同电力参数的取值的节点划分至同一层。例如，将相同电压等级的节点划分为同一层。

二、计算图模型的类型为环型网络时，使用第二方式对电网进行潮流分析，第二方式为：将计算图模型中具有权重的边进行迭代处理，其中，权重用于标识电网中线路上的导纳和线路两端的电压差；确定计算图模型中与每个节点所连接的边的权重；依据权重确定电力参数在电网的分布信息，即第二方式为采用佩奇排序法(pagerank)对电网对应的计算图模型进行潮流分析。

佩奇排序法简单来说就是在具有权重的边上进行迭代，这个权重在电网中反映为线路上的导纳和两端的电压差，对应在图形计算模型中反映为边上的导纳属性和边两端的电压差属性。对于一个节点，与其相连的边越多，或者其连接了一条“权重”很高的边，则其越“重要”，是系统的关键节点。基于这个思想，可以利用经典的高斯塞德尔的核心思想计算拓扑。图5a是根据本发明实施例的一种可选的环型电网系统的示意图，图5b是与图5a系统所对应的计算图模型。基于高斯-塞德尔迭代原理，其核心是信息在节点之间的传递与交换，以及节点间的并行计算。

可选地，获取计算图模型的多个备份，其中，多个备份中不同备份对应同一电网的不同电网状态；对多个备份同时进行潮流分析。

在本申请实施例中，图形计算的另外一个特点是支持网络快照(snapshot)，即同一张图上不同状态的多个备份，且可以在多个备份之间并行计算，互不影响，适合规划方案快速比选。

通过上述步骤，可以实现基于图形数据库技术，可以有效支持上亿级别的智能电网数据管理、上亿个节点与支路的多电压等级电网连通性分析、十亿级别设备的带电状态检测查询、上亿个开关、电源、线路、台区、分段开关、“派”接箱、各种接头、电表、跌落保险、弓子线等设备的电网停电范围扫描、分析与判断，海量供电设备跨电压等级的秒级溯源分析。

借助于图型分析技术，可以实现配电网与用户和分布式电源的联合仿真；电网与通信控制设备之间的联合仿真；对配电网海量场景进行精细化分析与规划优化计算。

根据本发明实施例，提供了一种电网潮流的分析的产品实施例，图6是根据本发明实施例的一种电网潮流的分析装置的结构图，如图6所示，该装置包括

转化模块60，用于将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；

检测模块62，用于检测计算图模型的类型；

分析模块64，用于根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

可选地，分析模块64，包括：

第一分析单元，用于计算图模型的类型为辐射型网络时，使用第一方式对电网进行潮流分析，第一方式为：将用于表示电网的计算图模型进行分层处理，对同一层中的节点进行并行计算，得到电力参数在电网的分布信息；

第一分析单元，用于计算图模型的类型为环型网络时，使用第二方式对电网进行潮流分析，第二方式为：将计算图模型中具有权重的边进行迭代处理，其中，权重用于标识电网中线路上的导纳和线路两端的电压差；确定计算图模型中与每个节点所连接的边的权重；依据权重确定电力参数在电网的分布信息。

可选地，第一分析单元还用于将电网中具有相同电力参数的取值的节点划分至同一层。

可选地，点的属性包括以下至少之一；电压、电压幅值、相角、节点功率。

可选地，边用于表示节点间关系的描述；边具有方向；边的属性包括以下至少之一：线路阻抗、线路潮流、线损。

可选地，分析模块64还包括：

获取单元，用于获取计算图模型的多个备份，其中，多个备份中不同备份对应同一电网的不同电网状态；

第三分析单元，用于对多个备份同时进行潮流分析。

此处需要说明的是，上述转化模块60、检测模块62、分析模块64对应于上述实施例中的步骤s102至步骤s106，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的电网潮流的分析方法。

上述存储介质，用于存储执行以下功能的程序：将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；检测计算图模型的类型；根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

本申请实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的电网潮流的分析方法。

上述处理器，用于执行实现以下功能的程序：将电网图转化为计算图模型，其中，计算图模型由节点和边组成，节点用于表示电网系统中的节点，边用于表示电网系统中的线路；检测计算图模型的类型；根据类型，选择与类型对应的方式对电网进行潮流分析。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

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单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。