專利名稱：一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ǎ貏e是一種基于矩陣法的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ā?br> 背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪请娏灸芰抗芾硐到y(tǒng)和配電管理系統(tǒng)中非常重要 的模塊，它的作用是把電力系統(tǒng)的物理模型轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)分析所需的數(shù)學(xué)模型。電力系統(tǒng)的 物理模型描述了電力系統(tǒng)所有一次設(shè)備通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接在一起的關(guān)系，設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、負(fù) 荷、線路、變壓器、電容器、電抗器、斷路器、隔離開關(guān)等。為了對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，必須通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲂纬煞从衬妇€與支路關(guān)系的電路模型。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治霭妇€分析和電氣島分析兩部分，母線分析是把通過(guò)閉合開關(guān)連 在一起的節(jié)點(diǎn)集合成母線，電氣島分析是把通過(guò)支路連在一起的母線集合成電氣島。這兩 部分雖然分析對(duì)象不同，但方法是相同的，都屬于圖論中連通圖分析的方法。目前作為電力 系統(tǒng)連通圖分析方法的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒?，主要有搜索法和矩陣法兩種分析方法。搜索法 是通過(guò)搜索節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系的方法來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅?，搜索法原理?jiǎn)單、容 易理解，但編程繁瑣；矩陣法是把節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系表示為鄰接矩陣，然后對(duì)其進(jìn)行矩陣運(yùn)算 來(lái)進(jìn)行拓?fù)浞治龅姆椒?，矩陣法編程比較簡(jiǎn)單，但內(nèi)存需求量和計(jì)算量都很大。在現(xiàn)行矩陣 法中，采用矩陣自乘求全接通矩陣時(shí)矩陣相乘次數(shù)為n-1次，采用平方法求全接通矩陣時(shí) 矩陣相乘次數(shù)為Iog2 (n-1)，計(jì)算量都很大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述矩陣法的不足，本發(fā)明的目的就是要提出一種既具有矩陣法編程相對(duì) 簡(jiǎn)單又能節(jié)省計(jì)算機(jī)內(nèi)存和運(yùn)算時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒?。為?shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒?，即基?鄰接矩陣準(zhǔn)平方法的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ǎ唧w的步驟是步驟1 編制所分析電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)開關(guān)關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)信息表、母線 fn息表ο步驟2 設(shè)置當(dāng)前要進(jìn)行母線分析的電壓等級(jí)標(biāo)志KV = 1，開始母線分析。步驟3 根據(jù)各節(jié)點(diǎn)所連閉合開關(guān)數(shù)按從大到小的順序進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)。步驟4 形成關(guān)于節(jié)點(diǎn)通過(guò)閉合開關(guān)連接關(guān)系的鄰接矩陣。步驟5 調(diào)用矩陣準(zhǔn)平方法模塊，生成全接通矩陣。步驟6 行掃描法分析全接通矩陣，得到當(dāng)前電壓等級(jí)內(nèi)的所有母線。步驟7 設(shè)置當(dāng)前電壓等級(jí)KV = KV+1。步驟8 判斷KV是否大于總的電壓等級(jí)數(shù)KVS，如果KV大于KVS則進(jìn)入到步驟9 開始電氣島分析；如果KV不大于KVS，則返回到步驟3，繼續(xù)進(jìn)行新的電壓等級(jí)的母線分析。步驟9 根據(jù)支路兩端節(jié)點(diǎn)形成母線支路關(guān)聯(lián)表。
步驟10 根據(jù)各母線所連支路數(shù)按從大到小的順序進(jìn)行母線優(yōu)化編號(hào)。步驟11 形成反映母線通過(guò)支路連接關(guān)系的鄰接矩陣。步驟12 調(diào)用矩陣準(zhǔn)平方法模塊，生成全接通矩陣。步驟13 行掃描法分析全接通矩陣，得到所有電氣島。本發(fā)明全接通矩陣形成模塊的步驟是步驟1 設(shè)置矩陣平方的次數(shù)變量1 = 1。步驟2 設(shè)置當(dāng)前行號(hào)i = 1。步驟3 設(shè)置當(dāng) 前列號(hào)j = 1。步驟4 判斷矩陣元素是否為0，如果不為0，則轉(zhuǎn)至步驟10。步驟5:設(shè)置k=l。步驟6 判斷aik和ajk是否都為1，如果二者不是都為1，則轉(zhuǎn)至步驟8。步驟7 令 Eiij = 1，Bji = 1，轉(zhuǎn)至步驟 10。步驟8:令 k = k+l。步驟9 判斷k是否大于頂點(diǎn)數(shù)n，如果k不大于n，則返回到步驟6。步驟10:令 j = j+l。步驟11 判斷j是否大于n，如果j不大于n，則返回到步驟4。步驟12:令 i = i+l。步驟13 判斷i是否大于n，如果i不大于n，則返回到步驟3。步驟14:令 1 = 1+1。步驟15 判斷1是否大于2。如果1大于2，結(jié)束；否則，返回到步驟2。本發(fā)明采用行掃描法分析全接通矩陣，步驟是步驟1 記錄節(jié)點(diǎn)組號(hào)的GroUp[]數(shù)組清零，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)號(hào)i = 1，組號(hào)m = 0。步驟2 判斷Group [i]是否為0，如果為0，則進(jìn)入到步驟3開始分析當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i所 在組的節(jié)點(diǎn)分組情況；如果不為0，則進(jìn)入到步驟7，繼續(xù)分析下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組情況。步驟3 組號(hào) m = m+1，列號(hào) j = i+1。步驟4 設(shè) Group [i] = m。步驟5 判斷全接通矩陣元素是否為1，如果為1，則令Group [j] = m。步驟6:令 j = j+l。步驟7 判斷j是否大于n，如果j不大于n，則返回到步驟5。步驟8:令 i = i+1。步驟9 判斷i是否大于n，如果i大于n，結(jié)束；否則，返回到步驟2。對(duì)于母線分析，Group[i]的值表示節(jié)點(diǎn)i的母線號(hào)；對(duì)于電氣島分析，GroUp[i]的 值表示母線i的電氣島號(hào)。本發(fā)明所述的矩陣的準(zhǔn)平方法以矩陣平方為基礎(chǔ)，矩陣相乘過(guò)程中每計(jì)算出一個(gè) 元素的新值，馬上用這個(gè)新值更新該矩陣元素及其對(duì)稱元素具體計(jì)算公式如下由于鄰接矩陣和連通矩陣都是對(duì)稱矩陣，矩陣的平方可表示為矩陣兩行元素的運(yùn) 算，矩陣相乘過(guò)程為af=a^+±(ar-ar})⑴
式中括號(hào)內(nèi)k表示第k次運(yùn)算的結(jié)果。矩陣對(duì)稱元素為a ⑵ 由于鄰接矩陣的元素是布爾量，因此矩陣相乘運(yùn)算是邏輯運(yùn)算。為了加快分析速 度，應(yīng)用式(1)具體編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，只需對(duì)矩陣元素au = 0進(jìn)行運(yùn)算，且只要判斷出存在一組 aik和％同時(shí)為1，即可得到的新值為1，Bji的新值為1。本發(fā)明所述的鄰接矩陣的形成方法如下在母線分析時(shí)把節(jié)點(diǎn)作為圖的頂點(diǎn)，閉合開關(guān)作為圖的邊。鄰接矩陣的對(duì)角線元 素賦值1，頂點(diǎn)之間有邊聯(lián)系的元素賦值1，頂點(diǎn)之間沒有邊聯(lián)系的元素賦值0。在電氣島分析時(shí)把母線作為圖的頂點(diǎn)，支路作為圖的邊，鄰接矩陣的對(duì)角線元素 賦值1，頂點(diǎn)之間有邊聯(lián)系的元素賦值1，頂點(diǎn)之間沒有邊聯(lián)系的元素賦值0。本發(fā)明所述的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)按節(jié)點(diǎn)所連的閉合開關(guān)數(shù)由大到小的順序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn) 行編號(hào)，母線優(yōu)化編號(hào)按母線所連的支路數(shù)由大到小的順序?qū)δ妇€進(jìn)行編號(hào)。這與稀疏矩 陣求解時(shí)按節(jié)點(diǎn)所連的支路數(shù)由小到大的順序進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)方法正好相反。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有矩陣法相比，1、由于本發(fā)明仍然利用了矩陣法的優(yōu)點(diǎn)，具有矩陣法概念清晰、編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)， 但運(yùn)算速度比現(xiàn)有的矩陣法要快得多。2、本發(fā)明只需要兩次矩陣乘法運(yùn)算就能得到全接通矩陣，提高了矩陣分析的速 度。以一個(gè)有η個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行連通圖分析為例。采用鄰接矩陣自乘算法最壞情況下 的計(jì)算次數(shù)為η-1次，采用平方法求全接通矩陣的計(jì)算次數(shù)為l0&(ri-l)次，而采用本發(fā)明 的方法分析時(shí)計(jì)算次數(shù)為2次。由此可見，本發(fā)明的計(jì)算量小于現(xiàn)有矩陣法，頂點(diǎn)越多，效 率越明顯。3、本發(fā)明采用按節(jié)點(diǎn)所連閉合開關(guān)數(shù)由大到小的順序進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)，按母線 所連的支路數(shù)由大到小的順序?qū)δ妇€進(jìn)行優(yōu)化編號(hào)，減少了矩陣乘法運(yùn)算量。4、本發(fā)明直接用鄰接矩陣保存連通矩陣和全接通的值，不需要專門中間矩陣，可 以節(jié)省一半的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間，也減少了矩陣賦值運(yùn)算。


本發(fā)明共有附圖5張。其中圖1是本發(fā)明方法的流程圖。圖2是本發(fā)明方法中鄰接矩陣準(zhǔn)平方模塊的流程圖。圖3是本發(fā)明方法中行掃描法連通片分析模塊的流程圖。圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)圖。圖5是本發(fā)明方法實(shí)施例拓?fù)鋱D。圖4中，1、廠站一的電壓等級(jí)KV1，2、廠站二的電壓等級(jí)KV2，3、廠站三的第一個(gè)電 壓等級(jí)KV3，4、廠站三的第二個(gè)電壓等級(jí)KV4。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。圖4是一個(gè)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的物理模型，包括3個(gè)廠站4個(gè)電壓等級(jí)，其中廠站一的電壓等級(jí)KVl有8個(gè)節(jié)點(diǎn)、廠站二的電壓等級(jí) KV2有4個(gè)節(jié)點(diǎn)、廠站三的第一個(gè)電壓等級(jí)KV3有2個(gè)節(jié)點(diǎn)、廠站三的第二個(gè)電壓等級(jí)KV4 有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)按電壓等級(jí)編號(hào)，圖中省略了隔離開關(guān)。按照?qǐng)D1 圖3所示的流程對(duì)圖 4所示的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的物理模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅牟襟E如下步驟1 編制所分析電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)開關(guān)關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)信息表、母線 fn息表ο步驟2 設(shè)置當(dāng)前要進(jìn)行母線分析的電壓等級(jí)標(biāo)志KV = 1，開始母線分析。步驟3 根據(jù)各節(jié)點(diǎn)所連閉合開關(guān)數(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)。按節(jié)點(diǎn)所連接的閉合開 關(guān)數(shù)由大到小的順序進(jìn)行優(yōu)化編號(hào)。編號(hào)結(jié)果電壓等級(jí)KVl的新節(jié)點(diǎn)與老節(jié)點(diǎn)相同。步驟4 形成關(guān)于節(jié)點(diǎn)通過(guò)閉合開關(guān)連接關(guān)系的鄰接矩陣A1 對(duì)第1個(gè)電壓等級(jí)進(jìn)行母線分析，母線分析時(shí)只考慮開關(guān)元件，不考慮其他元件。 把節(jié)點(diǎn)作為圖的頂點(diǎn)，閉合開關(guān)作為圖的邊，形成反映頂點(diǎn)通過(guò)開關(guān)連接關(guān)系的鄰接矩陣 A1,矩陣對(duì)角線元素都為1，頂點(diǎn)之間有邊聯(lián)系的非對(duì)角線元素為1，頂點(diǎn)之間沒有邊聯(lián)系的 非對(duì)角線元素為0。如節(jié)點(diǎn)1. 1只與節(jié)點(diǎn)1. 3、節(jié)點(diǎn)1. 5、節(jié)點(diǎn)1. 6有開關(guān)聯(lián)系且都閉合，所 以鄰接矩陣A1第1行的非對(duì)角線元素a13、a15、a16為1，其余都為0 ；節(jié)點(diǎn)1. 6只與節(jié)點(diǎn)1. 1、 節(jié)點(diǎn)1.8有開關(guān)聯(lián)系，但節(jié)點(diǎn)1.6與節(jié)點(diǎn)1.8之間的開關(guān)為斷開狀態(tài)不作為圖的邊，所以鄰 接矩陣A1第6行的非對(duì)角線元素a61為1，其余都為0。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒?，其特征在于具體的步驟是步驟1編制所分析電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)開關(guān)關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)表、節(jié)點(diǎn)信息表、母線信息表；步驟2設(shè)置當(dāng)前要進(jìn)行母線分析的電壓等級(jí)標(biāo)志KV＝1，開始母線分析；步驟3根據(jù)各節(jié)點(diǎn)所連閉合開關(guān)數(shù)按從大到小的順序進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)；步驟4形成關(guān)于節(jié)點(diǎn)通過(guò)閉合開關(guān)連接關(guān)系的鄰接矩陣；步驟5調(diào)用矩陣準(zhǔn)平方法模塊，生成全接通矩陣；步驟6行掃描法分析全接通矩陣，得到當(dāng)前電壓等級(jí)內(nèi)的所有母線；步驟7設(shè)置當(dāng)前電壓等級(jí)KV＝KV+1；步驟8判斷KV是否大于總的電壓等級(jí)數(shù)KVS，如果KV大于KVS則進(jìn)入到步驟9開始電氣島分析；如果KV不大于KVS，則返回到步驟3，繼續(xù)進(jìn)行新的電壓等級(jí)的母線分析；步驟9根據(jù)支路兩端節(jié)點(diǎn)形成母線支路關(guān)聯(lián)表；步驟10根據(jù)各母線所連支路數(shù)按從大到小的順序進(jìn)行母線優(yōu)化編號(hào)；步驟11形成反映母線通過(guò)支路連接關(guān)系的鄰接矩陣；步驟12調(diào)用矩陣準(zhǔn)平方法模塊，生成全接通矩陣；步驟13行掃描法分析全接通矩陣，得到所有電氣島。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒?，其特?在于所述的全接通矩陣形成模塊的步驟是 步驟1 設(shè)置矩陣平方的次數(shù)變量1 = 1; 步驟2:設(shè)置當(dāng)前行號(hào)i = l; 步驟3:設(shè)置當(dāng)前列號(hào)j = l;步驟4 判斷矩陣元素是否為0，如果不為0，則轉(zhuǎn)至步驟10 ； 步驟5 設(shè)置k = 1 ；步驟6 判斷aik和 k是否都為1，如果二者不是都為1，則轉(zhuǎn)至步驟8 ； 步驟7 令aij = 1，Bji = 1，轉(zhuǎn)至步驟10 ； 步驟8 令k = k+Ι ；步驟9 判斷k是否大于頂點(diǎn)數(shù)n，如果k不大于n，則返回到步驟6 ； 步驟10 令j = j+1 ；步驟11 判斷j是否大于n，如果j不大于n，則返回到步驟4 ； 步驟12 令i = i+1 ；步驟13 判斷i是否大于n，如果i不大于n，則返回到步驟3 ； 步驟14 令1 = 1+1 ；步驟15 判斷1是否大于2 ；如果1大于2，結(jié)束；否則，返回到步驟2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒ǎ涮卣髟谟?所述采用行掃描法分析全接通矩陣，步驟是步驟1 記錄節(jié)點(diǎn)組號(hào)的Group []數(shù)組清零，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)號(hào)i = 1，組號(hào)m = 0 ； 步驟2 判斷Group [i]是否為0，如果為0，則進(jìn)入到步驟3開始分析當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i所在組的節(jié)點(diǎn)分組情況；如果不為0，則進(jìn)入到步驟7，繼續(xù)分析下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組情況； 步驟3 組號(hào)m = m+1，列號(hào)j 二 i+1 ； 步驟 4 設(shè) Group [i] = m；步驟5 判斷全接通矩陣元素是否為1，如果為1，則令Group [j] = m ； 步驟6 令j = j+1 ；步驟7 判斷j是否大于n，如果j不大于n，則返回到步驟5 ； 步驟8 令i = i+Ι ；步驟9 判斷i是否大于n，如果i大于n，結(jié)束；否則，返回到步驟2。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木仃嚪治龇椒ǎ匀焕昧司仃嚪ǖ膬?yōu)點(diǎn)，通過(guò)兩次矩陣乘法運(yùn)算就能得到全接通矩陣，提高了矩陣分析的速度；采用按節(jié)點(diǎn)所連閉合開關(guān)數(shù)由大到小的順序進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)，按母線所連的支路數(shù)由大到小的順序?qū)δ妇€進(jìn)行優(yōu)化編號(hào)，減少了矩陣乘法運(yùn)算量；直接用鄰接矩陣保存連通矩陣和全接通的值，不需要專門中間矩陣，可以節(jié)省一半的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間，也減少了矩陣賦值運(yùn)算。本發(fā)明的計(jì)算量小于現(xiàn)有矩陣法，頂點(diǎn)越多，效率越明顯。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101938124SQ201010235958
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者吳志良, 姚玉斌, 王丹 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)