一种基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法与流程

本发明涉及电网拓扑分析技术领域，特别涉及一种基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法。

背景技术：

电网接线图拓扑分析是现代电力网络综合监控系统重要功能之一。电网接线图拓扑分析是根据实时变化的电源电压以及元器件状态，采用一定的拓扑算法，动态显示电网接线图的带电情况。

目前，实现电网接线图拓扑分析的方法主要有：一种是邻接矩阵法，邻接矩阵法直观清晰，但是，当电力网络中存在大量节点时，邻接矩阵法的时间复杂度和空间复杂度很大。因而，邻接矩阵法不适合大中型规模电网接线图的拓扑分析。另一种是树搜索法，树搜索法是当前电力网络拓扑分析中最为广泛的拓扑分析方法，主要分为深度优先搜索算法(depthfirstsearch,dfs)和广度优先搜索算法(breadthfirstsearch,bfs)。深度优先搜索算法在处理多支路拓扑结构时，需要回溯访问父节点，增大了算法的开销；广度优先搜索算法不需要对节点回溯，但对环网的适应性较差。树搜索法能够较快实现大中型电网的全线一次拓扑，但对于单一元器件状态变化引起的局部拓扑处理能力较差。

随着现代电力系统规模不断扩大，电力网络拓扑结构日益复杂，全面、智能、高效地完成拓扑分析成为电网综合监控系统的关键问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法，能够根据电网中元器件的实时状态变化，生成电网接线拓扑图；并通过将电网划分为若干个带电区域和一个不带电区域，对状态变化的元器件所属带电区域或不带电区域的接线拓扑图进行局部更新，大大提高了电网拓扑分析的效率，并通过带电区域所包含自主电源的编号为带电区域设置对应的区域号，防止了电网拓扑过程中的重复搜索。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法，包含：

s1、采集电网内全部元器件的状态信息，基于所述状态信息对电网进行拓扑，建立电网接线拓扑图；所述电网接线拓扑图包含不带电区域和若干个带电区域；所述元器件包含自主电源和用电元件；

s2、若所述带电区域内元器件的状态变化，进入s3；若不带电区域的边界元器件的状态变化，进入s4；若不带电区域的非边界元器件的状态变化，进入s5；

s3、将该带电区域内的所有自主电源作为根节点，对该带电区域进行拓扑；基于该带电区域的拓扑结果更新所述电网接线拓扑图；

s4、以不带电区域状态变化的边界元器件作为根节点，对不带电区域进行拓扑；基于不带电区域的拓扑结果更新电网接线拓扑图；

s5、更新电网接线拓扑图中，状态变化的不带电区域非边界元器件的状态信息。

优选的，用电元件的状态信息包含该用电元件的导通信息；自主电源的状态信息包含该自主电源的电压值。

优选的，所述状态变化包含：用电元件由导通状态变为不导通状态，或由不导通状态变为导通状态；自主电源的状态变化包含：该自主电源的输出电压由有效值变为无效值，或由无效值变为有效值。

优选的，所述带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，带电区域的边界为带电电线，记为该带电区域的边界电线；所述不带电区域的边界为与带电区域的所述边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源。

优选的，步骤s1中包含：

s11、对电网内的自主电源编号，不同的自主电源具有不同的编号；

s12、以电网内所有自主电源为根节点，对电网进行拓扑，建立电网接线拓扑图；所述电网接线拓扑图包含不带电区域和若干个带电区域；

s13、对所述带电区域进行编号，以带电区域中最小的自主电源编号作为该带电区域的区域号。

优选的，步骤s3包含：

s31、若带电区域内的元器件发生状态改变，将该带电区域从电网拓扑接线图中删除；

s32、以该带电区域内的所有自主电源作为根节点，对该带电区域进行拓扑，根据拓扑结果将该带电区域划分为第一子不带电区域和若干个第一子带电区域；所述第一子带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，第一子带电区域的边界为带电电线，记为该第一子带电区域的边界电线；所述第一子不带电区域的边界为与第一子带电区域的边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源；

s33、将所述第一子不带电区域划分至电网接线拓扑图的不带电区域，更新电网拓扑接线图；将所述第一子带电区域中最小的自主电源编号作为该第一子带电区域的区域号；将第一子带电区域作为电网拓扑接线图的带电区域，更新电网拓扑接线图。

优选的，步骤s4包含：

s41、若不带电区域状态变化的边界元器件状态变化，将与该边界元器件相连的所述边界电线所在的带电区域作为该边界元器件的关联带电区域，获取该关联带电区域的区域号；

s42、以不带电区域状态变化的边界元器件作为根节点，对不带电区域进行拓扑，将不带电区域划分为对应的第二子不带电区域和若干个第二子带电区域；所述第二子带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，第二子带电区域的边界为带电电线，记为该第二子带电区域的边界电线；所述第二子不带电区域的边界为与第二子带电区域的边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源；

s43、将第二子不带电区域划分至电网接线拓扑图的不带电区域；

s44、将第二子带电区域划分至区域号最小的关联带电区域；将第二子带电区域作为电网拓扑接线图的带电区域更新电网拓扑接线图。

优选的，基于深度优先搜索算法进行拓扑。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明的基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法能够准确地生成电网接线拓扑图；

2)本发明中采用深度优先搜索算法作为基本的拓扑算法，通过将电网划分为若干个带电区域和一个不带电区域，并通过带电区域所包含自主电源的编号为带电区域设置对应的区域号，防止了电网拓扑过程中的重复搜索，并能够对电网中的环网进行拓扑。

3)本发明仅需对状态变化的元器件所属带电区域或不带电区域的接线拓扑图进行局部更新，大大提高了电网拓扑分析的效率；

4)本发明的拓扑分析方法能够适用于大、中型规模的电网，并具有很好的开放性和可扩展性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法流程图；

图2为本发明中基于深度优先搜索算法对电网进行全线拓扑的流程图；

图3、图5为本发明的电网接线图拓扑中带电区域和不带电区域示意图；

图4为本发明中基于状态变化的元器件对电网接线拓扑图进行局部更新的流程示意图。

具体实施方式

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。

本发明提供一种基于动态区域划分的电网接线图拓扑分析方法，如图1、图4所示，包含步骤：

s1、采集电网内全部元器件的状态信息，基于所述状态信息对电网的全部元器件进行拓扑，建立电网接线拓扑图。

所述元器件包含自主电源(不依赖其他元器件而自身能够给电网提供一定电压的装置)和用电元件；用电元件的状态信息包含该用电元件的导通信息；自主电源的状态信息包含该自主电源的电压值。

步骤s1中具体包含：

s11、对电网内的自主电源编号，不同的自主电源具有不同的编号；

s12、以电网内所有自主电源为根节点，如图2所示，在本发明的实施例中，通过深度优先搜索算法对电网的全部元器件进行拓扑，也称为对电网进行全线拓扑(此为现有技术)，建立电网接线拓扑图；所述电网接线拓扑图包含不带电区域和若干个带电区域。如图3所示，在本发明的实施例中，电网被划分为n个带电区域。所述带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，带电区域的边界为带电电线，记为该带电区域的边界电线；所述不带电区域的边界为与带电区域的所述边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源。图3中的area_1～area_n分别表示电网接线拓扑图中n个不同的带电区域，area表示电网接线拓扑图中的不带电区域。

s13、对所述带电区域进行编号，以带电区域中最小的自主电源编号作为该带电区域的区域号。

对电网进行全线拓扑的算法流程如图2所示，按照电网内自主电源的编号顺序，以各个自主电源为根节点进行拓扑，电网内所有用电元件作为电网接线拓扑图中的一个节点。电网接线拓扑图中的各个节点还按照其与根节点之间的最短路径所经历的节点的个数进行分层。对电网全线进行拓扑包含步骤：

h1、采集拓扑区域内(也即电网内)所有原器件的状态值，进入h2；

h2、按照自主电源的编号顺序依序选取未被拓扑的自主电源，将选取的自主电源作为当前根节点对电网进行拓扑；将当前根节点作为当前节点；

h3、将与当前节点相连且未被拓扑的节点作为当前节点的下级节点，对该下级节点进行拓扑；若该下级节点不为断开状态且不为末端节点，则将该下级节点作为当前节点，重复步骤h3，否则进入h4；

h4、将该下级节点作为当前节点，向当前节点的上层节点进行回溯；若上层节点为根节点，进入h2；否则，进入h3。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，电网包含自主电源p0和用电元件p1～p3。p0为自主电源作为电网接线拓扑图中的根节点，p1～p3作为电网接线拓扑图中的一个节点，其中p1、p2为导通状态，p3为非导通状态，e1～e4表示连接线(一个连接线对应电网中的一个带电电线)。p0所在的带电区域的区域号为0。从p0开始，搜索到p1与p0之间连接有带电电线，且p1导通，则p1属于p0所在的带电区域。从p0继续搜索，p0与p2之间连接有带电电线，p2导通，则p2也属于p0所在的带电区域。在电网接线图增加p0到p1、p2的带电连接线e1、e2。继续从p1搜索，p1与p2之间连接有带电电线，在电网接线图增加带电连接线e3。从p2继续搜索，p2与p4之间连接有带电电线，在电网接线图增加带电连接线e4。但p4为不导通状态，且p4为末端节点，回溯至p0，p0为根节点，因此以p0为根节点的拓扑进行完毕。图5中p0～p2以及e1～e4属于区域号为0的带电区域。p4被划分到不带电区域。

如图4所示，s2、若所述带电区域内元器件的状态变化，进入s3；若不带电区域的边界元器件的状态变化，进入s4；若不带电区域的非边界元器件的状态变化，进入s5；所述状态变化包含：用电元件由导通状态变为不导通状态，或由不导通状态变为导通状态；自主电源的状态变化包含：该自主电源的输出电压由有效值变为无效值，或由无效值变为有效值。

s3、将该带电区域内的所有自主电源作为根节点，对该带电区域进行拓扑；基于该带电区域的拓扑结果更新所述电网接线拓扑图；

步骤s3包含：

s31、若带电区域内的元器件发生状态改变，将该带电区域从电网拓扑接线图中删除；

s32、以该带电区域内的所有自主电源作为根节点，对该带电区域进行拓扑，根据拓扑结果将该带电区域划分为第一子不带电区域和若干个第一子带电区域；所述第一子带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，第一子带电区域的边界为带电电线，记为该第一子带电区域的边界电线；所述第一子不带电区域的边界为与第一子带电区域的边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源；

s33、将所述第一子不带电区域划分至电网接线拓扑图的不带电区域，更新电网拓扑接线图；将所述第一子带电区域中最小的自主电源编号作为该第一子带电区域的区域号；将第一子带电区域作为电网拓扑接线图的带电区域，更新电网拓扑接线图。

s4、以不带电区域状态变化的边界元器件作为根节点，对不带电区域进行拓扑；基于不带电区域的拓扑结果更新电网接线拓扑图；

步骤s4包含：

s41、若不带电区域状态变化的边界元器件状态变化，将与该边界元器件相连的所述边界电线所在的带电区域作为该边界元器件的关联带电区域，获取该关联带电区域的区域号；

s42、以不带电区域状态变化的边界元器件作为根节点，对不带电区域进行拓扑，将不带电区域划分为对应的第二子不带电区域和若干个第二子带电区域；所述第二子带电区域包含至少一个正在输出有效电压的自主电源，第二子带电区域的边界为带电电线，记为该第二子带电区域的边界电线；所述第二子不带电区域的边界为与第二子带电区域的边界电线相连且为非导通状态的元器件，或电压值为无效值的自主电源；

s43、将第二子不带电区域划分至电网接线拓扑图的不带电区域；

s44、将第二子带电区域划分至区域号最小的关联带电区域；将第二子带电区域作为电网拓扑接线图的带电区域更新电网拓扑接线图。

s5、更新电网接线拓扑图中，状态变化的不带电区域非边界元器件的状态信息。

实施例一

图2是本发明中对电网全线拓扑的流程图，图4为本发明中根据状态变化的元器件对电网进行局部拓扑以更新电网拓扑接线图的流程图。根据图2和图4可以完成基于区域划分的电网拓扑的具体流程。在本实施例中，对电网进行全线拓扑后得到的电网接线拓扑图如图3所示。下面以在实时采集到三个元器件状态发生有效变化为例，结合图3具体描述拓扑过程，该三个元器件分别为带电area_n-1的元器件、不带电area边界元器件(非自主电源，且只与一个带电区域相连)和不带电area非边界元器件。

步骤1、采集获取电网所有元器件的状态值，包含自主电源的电压值、用电元件是否导通；

步骤2，获得自主电源的个数为m，因此m为电网的最大带电区域数，并通过获得电源的先后顺序将自主电源依次编号为1,2，…m-1,m；

步骤3，对电网进线全线拓扑；

然后从编号为1的自主电源开始，将拓扑到的所有导通的元器件划分为至带电区域area_1。之后从编号为2的自主电源开始拓扑，若与该自主电源具有连通带电路径的元器件已经被划分至带电区域area_1，则停止对编号为2的自主电源进行拓扑。对所有自主电源依序拓扑完毕后，将电网共划分n个带电区域。因部分自主电源与其他自主电源共属一个带电区域，或者对部分自主电源采集到的电压值无效，该些自主电源被划分到不带电区域，因而n<＝m。

全线拓扑完毕后，未被划分的元器件统统被划分到不带电区域。

步骤4，采集到三个元器件状态发生有效变化，根据采集到的顺序进行处理。该三个元器件中的第一个元件为带电区域area_n-1内的元器件，其值由导通状态转变为非导通状态；第二、第三个元件为不带电区域的元器件。第二个元件为不带电area边界元器件，其值由非导通状态转变为导通状态，第二元器件连接带电区域area_n的带电电线。第三个元件为不带电area非边界元器件，其值由非导通状态转变为导通状态或者由导通状态转变为非导通状态。

步骤5，以带电区域area_n-1所有自主电源为根节点，对带电区域area_n-1内所有元器件进行拓扑(因不是对整个电网进行拓扑，也称为对电网进行局部拓扑)。将带电区域area_n-1重新划分为若干个第一子带电区域和一个第一子不带电区域。将第一子带电区域作为电网中的带电区域，并将第一子带电区域内最小的自主电源编号作为其区域号。

步骤6，将第二元器件看做为根节点，在不带电区域内进行拓扑,被拓扑到的导通元件均划分到带电区域area_n中。若不带电区域内某个元器件被第二元器件拓扑到，说明其与第二元器件具有电性连接的通路。

步骤7，更改第三元器件在电网接线拓扑图中的状态，由导通变为非导通。

本发明仅需分析状态变化的元器件所属带电区域或不带电区域的接线拓扑图，实现对电网进行局部更新，大大提高了电网拓扑分析的效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。