一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，包括以下步驟：讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型；對智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型進行并行校驗；大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析。本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，將電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)按區(qū)域和廠站進行劃分，封裝拓撲搜索功能，對模型數(shù)據(jù)分區(qū)分廠站進行并行處理，從而實現(xiàn)電網(wǎng)拓撲分析的并行計算。對實際電網(wǎng)進行的測試結果表明，該方法具有良好的穩(wěn)定性和實時性，滿足系統(tǒng)在線仿真、分析和控制類應用對拓撲分析的需求。
【專利說明】一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析方法，具體涉及一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法。

【背景技術】
[0002]網(wǎng)絡拓撲分析根據(jù)電網(wǎng)電氣元件物理連接關系和斷路器/刀閘的分/合狀態(tài)，形成電網(wǎng)在線分析計算中使用的母線-支路計算模型，分為兩個基本步驟:廠站母線分析:根據(jù)開關的開/合狀態(tài)和元件的退出/恢復狀態(tài)，由結點模型形成母線模型。功能是分析某一廠站的某一電壓級內的結點由閉合開關聯(lián)接成多少個母線，其結果是將廠站劃分為若干個母線。系統(tǒng)網(wǎng)絡分析:分析整個電網(wǎng)的母線由閉合支路聯(lián)接成多少個子電網(wǎng)(島)，每個子電網(wǎng)是有電氣聯(lián)系的母線的集合，計算中以此為單位劃分網(wǎng)絡方程組。電力系統(tǒng)正常運行時一般屬同一個子電網(wǎng)(未解列狀態(tài))。
[0003]網(wǎng)絡拓撲分析是一般需要把實際電網(wǎng)拓撲抽象成無向圖來表示，在母線分析過程中，將網(wǎng)絡中地節(jié)點和閉合開關分別影射為圖中的節(jié)點和邊，在電氣島分析過程中，將網(wǎng)絡中的母線和支路分別影射為圖的節(jié)點和邊。因為無向圖可用不同的方式來表示，所以目前拓撲分析的研究多數(shù)是搜索法和矩陣法這兩大類拓撲分析方法。搜索法主要有兩種:深度優(yōu)化搜索和廣度優(yōu)化搜索。為避免同一頂點被訪問多次，在遍歷圖的過程中，必須記下每個已訪問過的的頂點。算法思想如下:
[0004]深度優(yōu)化搜索遍歷圖的步驟:
[0005]步驟1:初始化圖中所有頂點為未遍歷標志。
[0006]步驟2:從圖中某個頂點V出發(fā)，訪問此頂點。
[0007]步驟3:依次從頂點V未被訪問的鄰接點出發(fā)深度優(yōu)先遍歷圖，直至圖中所有和頂點V有路徑相通的頂點都被訪問到。
[0008]步驟4:若此時圖中尚有頂點未被訪問，則另選圖中一個未曾被訪問的頂點作為起始點，重復步驟2、3過程，直至圖中所有頂點都被訪問到為止。
[0009]并行計算(Parallel Computing)的概念就是多個線程同時進行工作。并行計算可以降低解決問題的運行時間，也可增大要解決問題的尺度。根據(jù)并行算法設計，將要解決的問題分解到子任務中，將這些任務映射到不同進程。并行計算同時使用多種計算資源解決計算問題。為執(zhí)行并行計算，計算資源應包括一臺配有多處理機(并行處理)的計算機、一個與網(wǎng)絡相連的計算機專有編號，或者兩者結合使用。并行計算的主要目的是快速解決大型且復雜的計算問題。
[0010]并行計算通常表現(xiàn)為以下特征:
[0011](I)將工作分離成離散部分，有助于同時解決；
[0012](2)隨時并及時地執(zhí)行多個程序指令；
[0013](3)多計算資源下解決問題的耗時要少于單個計算資源下的耗時。
[0014]并行算法實現(xiàn)時，需要軟件支撐(即并行程序設計)和硬件平臺(即并行計算機)。由于并行系統(tǒng)具有較為豐富的多樣性，所以同一個并行算法在不同的并行系統(tǒng)上實現(xiàn)的效率和性能可能差別很大。因此，并行算法的實現(xiàn)是與并行算法研究密切相關的重要問題，直接影響著并行算法的設計分析及應用。
[0015]并行程序設計主要有三種策略:
[0016]自動并行化，即將已有的串行代碼直接并行化，但是效率很低并且設計復雜的編譯技術；
[0017]調用并行函數(shù)庫，即對已有的串行代碼進行分析，將其中常用的并行程序段封裝在一個高效優(yōu)化的函數(shù)庫中，從而達到提高并行程序設計效率的目的；
[0018]重新編寫并行程序，即分析應用程序的結構，對已有的串行代碼做大量乃至全部的修改，這樣獲得的并行程序效率最高，但是負擔很重。
[0019]在設計過程中，并行計算的算法一般要包括下面的步驟:識別能并發(fā)執(zhí)行的任務部分；映射各并發(fā)任務塊到并行運行的處理器上；分布與程序有關的輸入、輸出和中間數(shù)據(jù)；管理對由多處理器共享的數(shù)據(jù)的訪問；在并行程序執(zhí)行的各個階段對處理器進行同止/J/ O
[0020]上述步驟可以歸納為兩個基本問題:一是將計算劃分成許多小的計算，二是再把這些小的計算分配到不同處理器中以便并行執(zhí)行。


【發(fā)明內容】

[0021]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，將電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)按區(qū)域和廠站進行劃分，封裝拓撲搜索功能，對模型數(shù)據(jù)分區(qū)分廠站進行并行處理，從而實現(xiàn)電網(wǎng)拓撲分析的并行計算。對實際電網(wǎng)進行的測試結果表明，該方法具有良好的穩(wěn)定性和實時性，滿足系統(tǒng)在線仿真、分析和控制類應用對拓撲分析的需求。
[0022]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案:
[0023]本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，所述方法包括以下步驟:
[0024]步驟1:讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型；
[0025]步驟2:對智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型進行并行校驗；
[0026]步驟3:大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析。
[0027]所述步驟I中，取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型為電網(wǎng)物理模型，電網(wǎng)物理模型中的模型對象包括區(qū)域、基準電壓、廠站、電壓等級、斷路器、刀閘、物理母線、同步發(fā)電機、交流線段、交流線端、負荷、變壓器、變壓器繞組、變壓器分接頭類型、并聯(lián)補償器、串聯(lián)補償器、地刀、換流器、直流線段、直流線端、直流平波電抗器、直流濾波器、直流接地端、遙測和遙信。
[0028]所述模型對象中，區(qū)域、基準電壓、廠站、變壓器分接頭類型和電壓等級用于描述智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)下轄區(qū)域、廠站、電壓等級和所有變壓器分接頭類型基本信息；
[0029]遙信和遙測用于表述電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)信息；
[0030]其余模型對象用于描述實際電網(wǎng)電氣設備，稱為電氣元件。
[0031]電氣元件通過相同的結點連接形成電網(wǎng)物理模型；
[0032]在拓撲分析時，所述電氣元件分為單端元件和多端元件；
[0033]所述單端元件包括物理母線、同步發(fā)電機、交流線端、負荷、變壓器繞組、并聯(lián)補償器、地刀、直流線端和直流接地端；
[0034]所述多端元件包括:斷路器、刀閘、交流線段、變壓器、串聯(lián)補償器、換流器、直流線段、直流平波電抗器和直流濾波器。
[0035]所述步驟2包括以下步驟:
[0036]步驟2-1:利用智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)接口讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型和開關/刀閘狀態(tài)；
[0037]步驟2-2:電氣元件通過其廠站屬性id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；
[0038]步驟2-3:根據(jù)廠站-元件邏輯關系以及結點和和元件的連接關系，校驗得到結點-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；
[0039]步驟2-4:生成廠站-節(jié)點邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；
[0040]步驟2-5:根據(jù)廠站屬性區(qū)域id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-區(qū)域邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；
[0041]步驟2-6:保存區(qū)域-廠站-元件邏輯關系模型到共享內存中，提供給拓撲分析使用。
[0042]所述步驟3中，大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析包括并行廠站母線分析、并行區(qū)域網(wǎng)絡分析和區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析。
[0043]并行廠站母線分析包括以下步驟:
[0044]步驟A:設定并行廠站拓撲分析線程數(shù)NI ；
[0045]步驟B:根據(jù)設定的線程數(shù)，生成NI個線程，用于并行處理廠站母線分析；
[0046]步驟C:廠站母線分析線程從廠站集合中領取廠站邏輯記錄號，利用廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
[0047]所述步驟C具體包括以下步驟:
[0048]步驟C-1:初始化廠站內部結點為未遍歷；
[0049]步驟C-2:將開關/刀閘和結點的關系抽象成無向圖，結點和閉合開關/刀閘分別對應圖中的邊和頂點，調用拓撲搜索過程進行廠站母線分析，形成由廠站內部閉合開關/刀閘連接起來的結點集合即計算母線，并給集合分配廠站內部編號即站內計算母線編號。
[0050]步驟C-3:根據(jù)廠站母線分析結果，為由閉合開關聯(lián)接的結點分配相同母線號即廠站內部計算母線號，形成廠站-計算母線-設備關聯(lián)表。
[0051]并行區(qū)域網(wǎng)絡分析包括以下步驟:
[0052]步驟I):設定并行區(qū)域網(wǎng)絡分析線程數(shù)N2 ；
[0053]步驟2):根據(jù)設定的線程數(shù)，生成N2個線程，用于并行處理區(qū)域網(wǎng)絡分析；
[0054]步驟3):區(qū)域網(wǎng)絡分析線程從區(qū)域集合中領取區(qū)域邏輯記錄號，利用區(qū)域-廠站邏輯關系、廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
[0055]所述步驟3)包括以下步驟:
[0056]步驟3-1):初始化區(qū)域內部計算母線為未遍歷狀態(tài)；
[0057]步驟3-2):根據(jù)廠站母線分析結果給所有設備分配區(qū)域內部計算母線號，把支路和區(qū)域內部計算母線號的關系抽象成無向圖，支路和計算母線號分別對應邊和頂點；
[0058]步驟3-3):調用拓撲搜索過程進行區(qū)域拓撲分析，形成由區(qū)域內部閉合支路聯(lián)接起來的母線集合；
[0059]步驟3-4):給母線集合分配區(qū)域內部編號，即區(qū)域內部島號。
[0060]區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析包括以下步驟:
[0061]步驟(I):初始化區(qū)域內部島為未遍歷；
[0062]步驟⑵:分配全局島編號和計算母線編號；
[0063]步驟(3):調用拓撲搜索過程進行邊界拓撲分析，形成全網(wǎng)一體化電氣島并判斷各電氣島狀態(tài)，根據(jù)各電氣島的機組及負荷情況，判斷電氣島帶電狀態(tài)。
[0064]拓撲搜索過程中，采用廣度優(yōu)化搜索對圖進行遍歷，實現(xiàn)邊界拓撲分析、廠站母線分析和區(qū)域拓撲分析；具體過程如下:
[0065]步驟a):初始化圖中所有頂點為未遍歷標志；
[0066]步驟b):從圖中某個頂點V出發(fā)，訪問此頂點；
[0067]步驟c):依次訪問V的各個未曾訪問的鄰接點；
[0068]步驟d):從這些鄰接點出發(fā)依次訪問它們的鄰接點，并使先被訪問的頂點的鄰接點先于后被訪問的頂點的鄰接點被訪問，直至圖中所有已被訪問的頂點的鄰接點都被訪問到；
[0069]步驟e):若此時圖中尚有頂點未被訪問，則另選圖中為曾被訪問的頂點作為起始點，重復步驟b)、c)和d)的過程，直至圖中所有頂點都被訪問到為止。
[0070]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0071]I)根據(jù)電網(wǎng)模型分層分區(qū)的特點，進行電網(wǎng)模型校驗，生成“區(qū)域-廠站-元件”邏輯關系模型，并保存到系統(tǒng)共享內存當中，為廠站母線分析、區(qū)域網(wǎng)絡分析和區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析快速提供電網(wǎng)邏輯關系模型，避免每次拓撲分析都去讀取實時庫獲得電網(wǎng)模型，提高了網(wǎng)絡拓撲分析的執(zhí)行效率；
[0072]2)將并行計算技術應用到電網(wǎng)模型校驗和網(wǎng)絡拓撲分析中，提高了電網(wǎng)模型校驗和網(wǎng)絡拓撲分析的執(zhí)行效率，為大電網(wǎng)在線分析計算提供高實時性的母線-支路計算模型支持，以便在線分析應用及時得到實時電網(wǎng)狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0073]圖1是本發(fā)明實施例中大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法流程圖；
[0074]圖2是本發(fā)明實施例中fork/join并行執(zhí)行模式示意圖；
[0075]圖3是本發(fā)明實施例中區(qū)域-廠站-元件層次關系圖；
[0076]圖4是本發(fā)明實施例中智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型并行校驗流程圖；
[0077]圖5是本發(fā)明實施例中大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析流程圖；
[0078]圖6是本發(fā)明實施例中并行廠站母線分析流程圖；
[0079]圖7是本發(fā)明實施例中并行區(qū)域拓撲分析流程圖；
[0080]圖8是本發(fā)明實施例中區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析流程圖；
[0081]圖9是本發(fā)明實施例中拓撲搜索流程圖。

【具體實施方式】
[0082]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0083]本發(fā)明為大電網(wǎng)實時在線分析應用提供快速拓撲分析服務，提高模型校驗和拓撲分析效率，使得實時在線分析應用能夠及時分析當前電網(wǎng)狀態(tài)。作為在線分析應用中的基礎模塊，網(wǎng)絡拓撲分析承擔著為智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)中其它在線分析模塊提供母線-支路計算模型的任務，其性能直接制約著大電網(wǎng)在線分析應用的實用性。。因此，高效率的拓撲分析方法，能夠提升在線分析應用性能，有助于及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行存在的潛在風險，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和可靠性。針對大電網(wǎng)分層分區(qū)進行調度控制，按廠站進行電氣元件建模的特點，提出了一種快速并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，提高了大電網(wǎng)拓撲分析服務的執(zhí)行效率，從而進一步提高大電網(wǎng)在線分析應用的實用化水平。
[0084]如圖1，本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，所述方法包括以下步驟:
[0085]步驟1:讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型；
[0086]步驟2:對智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型進行并行校驗；
[0087]步驟3:大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析。
[0088]所述步驟I中，取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型為電網(wǎng)物理模型，電網(wǎng)物理模型中的模型對象包括區(qū)域、基準電壓、廠站、電壓等級、斷路器、刀閘、物理母線、同步發(fā)電機、交流線段、交流線端、負荷、變壓器、變壓器繞組、變壓器分接頭類型、并聯(lián)補償器、串聯(lián)補償器、地刀、換流器、直流線段、直流線端、直流平波電抗器、直流濾波器、直流接地端、遙測和遙信。
[0089]所述模型對象中，區(qū)域、基準電壓、廠站、變壓器分接頭類型和電壓等級用于描述智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)下轄區(qū)域、廠站、電壓等級和所有變壓器分接頭類型基本信息；
[0090]遙信和遙測用于表述電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)信息；
[0091]其余模型對象用于描述實際電網(wǎng)電氣設備，稱為電氣元件。
[0092]電氣元件通過相同的結點連接形成電網(wǎng)物理模型；
[0093]在拓撲分析時，所述電氣元件分為單端元件和多端元件；
[0094]所述單端元件包括物理母線、同步發(fā)電機、交流線端、負荷、變壓器繞組、并聯(lián)補償器、地刀、直流線端和直流接地端；
[0095]所述多端元件包括:斷路器、刀閘、交流線段、變壓器、串聯(lián)補償器、換流器、直流線段、直流平波電抗器和直流濾波器。
[0096]電氣元件通過相同的結點連接形成電網(wǎng)物理模型。對象間的關系通過對象關鍵字相互關聯(lián)，例如廠站I屬于區(qū)域A，則廠站I的屬性“區(qū)域id”為區(qū)域A的關鍵字。關鍵字的匹配查找需要耗費一定時間，因此，在進行拓撲分析之前，一般需要對電網(wǎng)物理模型數(shù)據(jù)進行預處理。通過關鍵字查找，形成用對象邏輯記錄號關聯(lián)的“區(qū)域-廠站-元件”層次邏輯關系模型(通過邏輯記錄號關聯(lián)的模型對象關系稱之為邏輯關系)，實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲分析處理原始數(shù)據(jù)的分塊，為并行拓撲分析計算做好準備。
[0097]如圖4，所述步驟2包括以下步驟:
[0098]步驟2-1:利用智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)接口讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型和開關/刀閘狀態(tài)；
[0099]步驟2-2:電氣元件通過其廠站屬性id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；按元件類型劃分電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)進行并行處理。例如:變壓器和廠站，負荷和廠站的邏輯關系可以并行校驗；
[0100]步驟2-3:根據(jù)廠站-元件邏輯關系以及結點和和元件的連接關系，校驗得到結點-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中，按廠站-元件邏輯關系劃分數(shù)據(jù)進行并行處理；
[0101]步驟2-4:生成廠站-節(jié)點邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中，按廠站-元件邏輯關系劃分數(shù)據(jù)進行并行處理；
[0102]步驟2-5:根據(jù)廠站屬性區(qū)域id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-區(qū)域邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中；
[0103]步驟2-6:保存區(qū)域-廠站-元件邏輯關系模型到共享內存中，提供給拓撲分析使用。
[0104]電網(wǎng)并行模型校驗和并行網(wǎng)絡分析分析共同組成大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析功能。大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓分析功能采用采用fork/join式并行計算模式，如圖2所示。在開始時只有一個主線程，所有功能由主線程串行執(zhí)行，然后根據(jù)并行方案設計分別派生出其他線程來并行處理不同的數(shù)據(jù)塊，并行處理結束后，接著執(zhí)行方案中的串行部分功能。為實現(xiàn)并行計算效率最大化，在劃分并行線程處理數(shù)據(jù)塊時，需要考慮多線程的負載平衡和處理數(shù)據(jù)量的問題。
[0105]大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析包括并行廠站母線分析、并行區(qū)域網(wǎng)絡分析和區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析。大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析采用fork/join并行計算模式。電網(wǎng)模型校驗過程中“廠站-元件”、結點-元件以及廠站-節(jié)點邏輯關系的生成可以采用多線程并行處理。廠站母線分析時按廠站進行電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)分塊并行調用拓撲分析功能模塊實現(xiàn)并行廠站母線分析。在區(qū)域網(wǎng)絡分析時并行調用區(qū)域拓撲分析功能模塊實現(xiàn)并行計算。區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析處理數(shù)據(jù)較少，因此采用串行模型。大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析流程如圖5所示。
[0106]如圖6，并行廠站母線分析包括以下步驟:
[0107]步驟A:設定并行廠站拓撲分析線程數(shù)NI ；
[0108]步驟B:根據(jù)設定的線程數(shù)，生成NI個線程，用于并行處理廠站母線分析；
[0109]步驟C:廠站母線分析線程從廠站集合中領取廠站邏輯記錄號，利用廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
[0110]廠站母線分析的主要功能是根據(jù)開關的開/合狀態(tài)和元件的退出/恢復狀態(tài)，由結點模型形成母線模型，分析某一廠站內的結點由閉合開關聯(lián)接成多少個母線，其結果是將廠站劃分為若干個母線，并根據(jù)廠站母線分析結果生成母線元件關聯(lián)表。廠站母線分析時，包括以下步驟:
[0111]步驟C-1:初始化廠站內部結點為未遍歷；
[0112]步驟c-2:將開關/刀閘和結點的關系抽象成無向圖，結點和閉合開關/刀閘分別對應圖中的邊和頂點，調用拓撲搜索過程進行廠站母線分析，形成由廠站內部閉合開關/刀閘連接起來的結點集合即計算母線，并給集合分配廠站內部編號即站內計算母線編號。
[0113]步驟C-3:根據(jù)廠站母線分析結果，為由閉合開關聯(lián)接的結點分配相同母線號即廠站內部計算母線號，形成廠站-計算母線-設備關聯(lián)表。
[0114]如圖7，并行區(qū)域網(wǎng)絡分析包括以下步驟:
[0115]步驟I):設定并行區(qū)域網(wǎng)絡分析線程數(shù)N2 ；
[0116]步驟2):根據(jù)設定的線程數(shù)，生成N2個線程，用于并行處理區(qū)域網(wǎng)絡分析；
[0117]步驟3):區(qū)域網(wǎng)絡分析線程從區(qū)域集合中領取區(qū)域邏輯記錄號，利用區(qū)域-廠站邏輯關系、廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
[0118]并行區(qū)域網(wǎng)路分析的主要功能是分析整個區(qū)域電網(wǎng)的母線由閉合支路聯(lián)接成多少個子電網(wǎng)(電氣島)，每個子電網(wǎng)是有電氣聯(lián)系的母線的集合，計算中以此為單位劃分網(wǎng)絡方程組。步驟3)包括以下步驟:
[0119]步驟3-1):初始化區(qū)域內部計算母線為未遍歷狀態(tài)；
[0120]步驟3-2):根據(jù)廠站母線分析結果給所有設備分配區(qū)域內部計算母線號，把支路(交/直流線段、變壓器繞組、串聯(lián)無功補償裝置等多端元件)和區(qū)域內部計算母線號的關系抽象成無向圖，支路和計算母線號分別對應邊和頂點；
[0121]步驟3-3):調用拓撲搜索過程進行區(qū)域拓撲分析，形成由區(qū)域內部閉合支路聯(lián)接起來的母線集合；(區(qū)域內部島，無需判斷島是否帶電，可能存在區(qū)域間相互供電的情況)；
[0122]步驟3-4):給母線集合分配區(qū)域內部編號，即區(qū)域內部島號。
[0123]在進行區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析時，首先對各區(qū)域拓撲分析形成的島和計算母線進行全局編號，將聯(lián)絡線和聯(lián)絡線端點所在區(qū)域全局島抽象成無向圖，聯(lián)絡線和聯(lián)絡線端點所在區(qū)域全局島分別對應邊和頂點，調用拓撲搜索功能模塊進行區(qū)域拓撲分析，形成由閉合聯(lián)絡線聯(lián)接起來的區(qū)域島集合，給島集合分配全局電氣島編號，并判斷電氣到狀態(tài)。流程圖如圖8所示。區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析包括以下步驟:
[0124]步驟(I):初始化區(qū)域內部島為未遍歷；
[0125]步驟(2):分配全局島編號和計算母線編號；
[0126]步驟(3):調用拓撲搜索過程進行邊界拓撲分析，形成全網(wǎng)一體化電氣島并判斷各電氣島狀態(tài)，根據(jù)各電氣島的機組及負荷情況，判斷電氣島帶電狀態(tài)。
[0127]在實際智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)運行中，電網(wǎng)模型并不是實時發(fā)送變化的，只有當實際電網(wǎng)有新設備投運或舊設備退出運行時電網(wǎng)模型才會發(fā)送變化，因此會將電網(wǎng)模型校驗結果(即區(qū)域-廠站-元件邏輯關系模型)保存到系統(tǒng)共享內存或者實時數(shù)據(jù)庫中，能夠方便的提供給網(wǎng)絡拓撲分析使用，提高網(wǎng)絡拓撲分析計算速度。
[0128]在廠站母線分析時將結點和開關/刀閘分別映射為圖的頂點和邊，區(qū)域網(wǎng)絡分析時將計算母線和支路分別映射為頂點和邊，邊界網(wǎng)絡分析時將區(qū)域子島和聯(lián)絡線分別映射為圖的頂點和邊，因此可采用無向圖的抽象數(shù)據(jù)結構保存不同階段的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，使用公共的拓撲搜索功能模塊完成不同階段的電網(wǎng)拓撲分析。采用廣度優(yōu)化搜索法的拓撲搜索功能模塊流程如圖9所示。在進行廠站母線分析和區(qū)域網(wǎng)絡分析時，根據(jù)“區(qū)域-廠站-元件”邏輯關系，將電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)按區(qū)域和廠站進行劃分，利用廠站母線分析功能和區(qū)域網(wǎng)絡分析功能完成不同廠站和不同區(qū)域的并行網(wǎng)絡拓撲分析。
[0129]拓撲搜索過程中，采用廣度優(yōu)化搜索對圖進行遍歷，實現(xiàn)邊界拓撲分析、廠站母線分析和區(qū)域拓撲分析；具體過程如下:
[0130]步驟a):初始化圖中所有頂點為未遍歷標志；
[0131]步驟b):從圖中某個頂點V出發(fā)，訪問此頂點；
[0132]步驟c):依次訪問V的各個未曾訪問的鄰接點；
[0133]步驟d):從這些鄰接點出發(fā)依次訪問它們的鄰接點，并使先被訪問的頂點的鄰接點先于后被訪問的頂點的鄰接點被訪問，直至圖中所有已被訪問的頂點的鄰接點都被訪問到；
[0134]步驟e):若此時圖中尚有頂點未被訪問，則另選圖中為曾被訪問的頂點作為起始點，重復步驟b)、c)和d)的過程，直至圖中所有頂點都被訪問到為止。
[0135]實施例
[0136]在智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)中對實際電網(wǎng)進行測試。測試電網(wǎng)模型為網(wǎng)調級別電網(wǎng)，包括:廠站865個，線路1646條，機組862個，負荷2786個，變壓器1386個，并聯(lián)電容器電抗器833個，直流換流器14個，斷路器/刀閘工35705個。拓撲分析后計算母線數(shù)3446。測試環(huán)境如表1:
[0137]表1
[0138]

【權利要求】
1.一種大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型； 步驟2:對智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型進行并行校驗； 步驟3:大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析。
2.根據(jù)權利要求1所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述步驟I中，取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型為電網(wǎng)物理模型，電網(wǎng)物理模型中的模型對象包括區(qū)域、基準電壓、廠站、電壓等級、斷路器、刀閘、物理母線、同步發(fā)電機、交流線段、交流線端、負荷、變壓器、變壓器繞組、變壓器分接頭類型、并聯(lián)補償器、串聯(lián)補償器、地刀、換流器、直流線段、直流線端、直流平波電抗器、直流濾波器、直流接地端、遙測和遙信。
3.根據(jù)權利要求2所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述模型對象中，區(qū)域、基準電壓、廠站、變壓器分接頭類型和電壓等級用于描述智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)下轄區(qū)域、廠站、電壓等級和所有變壓器分接頭類型基本信息； 遙信和遙測用于表述電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)信息； 其余模型對象用于描述實際電網(wǎng)電氣設備，稱為電氣元件。
4.根據(jù)權利要求3所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:電氣元件通過相同的結點連接形成電網(wǎng)物理模型； 在拓撲分析時，所述電氣元件分為單端元件和多端元件； 所述單端元件包括物理母線、同步發(fā)電機、交流線端、負荷、變壓器繞組、并聯(lián)補償器、地刀、直流線端和直流接地端； 所述多端元件包括:斷路器、刀閘、交流線段、變壓器、串聯(lián)補償器、換流器、直流線段、直流平波電抗器和直流濾波器。
5.根據(jù)權利要求1所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述步驟2包括以下步驟: 步驟2-1:利用智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)接口讀取智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)電網(wǎng)模型和開關/刀閘狀態(tài)； 步驟2-2:電氣元件通過其廠站屬性id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中； 步驟2-3:根據(jù)廠站-元件邏輯關系以及結點和和元件的連接關系，校驗得到結點-元件邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中； 步驟2-4:生成廠站-節(jié)點邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中； 步驟2-5:根據(jù)廠站屬性區(qū)域id查找廠站邏輯記錄號，形成廠站-區(qū)域邏輯關系，結果保存在樹的抽象數(shù)據(jù)結果中； 步驟2-6:保存區(qū)域-廠站-元件邏輯關系模型到共享內存中，提供給拓撲分析使用。
6.根據(jù)權利要求1所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述步驟3中，大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析包括并行廠站母線分析、并行區(qū)域網(wǎng)絡分析和區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析。
7.根據(jù)權利要求6所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:并行廠站母線分析包括以下步驟: 步驟A:設定并行廠站拓撲分析線程數(shù)NI ； 步驟B:根據(jù)設定的線程數(shù)，生成NI個線程，用于并行處理廠站母線分析； 步驟C:廠站母線分析線程從廠站集合中領取廠站邏輯記錄號，利用廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
8.根據(jù)權利要求7所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述步驟C具體包括以下步驟: 步驟C-1:初始化廠站內部結點為未遍歷； 步驟C-2:將開關/刀閘和結點的關系抽象成無向圖，結點和閉合開關/刀閘分別對應圖中的邊和頂點，調用拓撲搜索過程進行廠站母線分析，形成由廠站內部閉合開關/刀閘連接起來的結點集合即計算母線，并給集合分配廠站內部編號即站內計算母線編號。 步驟C-3:根據(jù)廠站母線分析結果，為由閉合開關聯(lián)接的結點分配相同母線號即廠站內部計算母線號，形成廠站-計算母線-設備關聯(lián)表。
9.根據(jù)權利要求6所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:并行區(qū)域網(wǎng)絡分析包括以下步驟: 步驟I):設定并行區(qū)域網(wǎng)絡分析線程數(shù)N2; 步驟2):根據(jù)設定的線程數(shù)，生成N2個線程，用于并行處理區(qū)域網(wǎng)絡分析； 步驟3):區(qū)域網(wǎng)絡分析線程從區(qū)域集合中領取區(qū)域邏輯記錄號，利用區(qū)域-廠站邏輯關系、廠站-結點邏輯關系和結點-元件邏輯關系進行廠站母線分析。
10.根據(jù)權利要求9所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:所述步驟3)包括以下步驟: 步驟3-1):初始化區(qū)域內部計算母線為未遍歷狀態(tài)； 步驟3-2):根據(jù)廠站母線分析結果給所有設備分配區(qū)域內部計算母線號，把支路和區(qū)域內部計算母線號的關系抽象成無向圖，支路和計算母線號分別對應邊和頂點； 步驟3-3):調用拓撲搜索過程進行區(qū)域拓撲分析，形成由區(qū)域內部閉合支路聯(lián)接起來的母線集合； 步驟3-4):給母線集合分配區(qū)域內部編號，即區(qū)域內部島號。
11.根據(jù)權利要求6所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:區(qū)域邊界網(wǎng)絡分析包括以下步驟: 步驟(I):初始化區(qū)域內部島為未遍歷； 步驟(2):分配全局島編號和計算母線編號； 步驟(3):調用拓撲搜索過程進行邊界拓撲分析，形成全網(wǎng)一體化電氣島并判斷各電氣島狀態(tài)，根據(jù)各電氣島的機組及負荷情況，判斷電氣島帶電狀態(tài)。
12.根據(jù)權利要求8、10或11所述的大電網(wǎng)并行網(wǎng)絡拓撲分析方法，其特征在于:拓撲搜索過程中，采用廣度優(yōu)化搜索對圖進行遍歷，實現(xiàn)邊界拓撲分析、廠站母線分析和區(qū)域拓撲分析；具體過程如下: 步驟a):初始化圖中所有頂點為未遍歷標志； 步驟b):從圖中某個頂點V出發(fā)，訪問此頂點； 步驟c):依次訪問V的各個未曾訪問的鄰接點； 步驟d):從這些鄰接點出發(fā)依次訪問它們的鄰接點，并使先被訪問的頂點的鄰接點先于后被訪問的頂點的鄰接點被訪問，直至圖中所有已被訪問的頂點的鄰接點都被訪問到； 步驟e):若此時圖中尚有頂點未被訪問，則另選圖中為曾被訪問的頂點作為起始點，重復步驟b)、c)和d)的過程，直至圖中所有頂點都被訪問到為止。
【文檔編號】H02J3/00GK104167736SQ201410448438
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】羅雅迪, 李靜, 黃文英, 林靜懷, 陳鄭平, 賈育培, 徐杰, 趙昆, 郎燕生, 竇成龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司