CN101826725B - 基于最短路径求电力合环路径的方法 - Google Patents

Abstract

基于最短路径求电力合环路径的方法涉及计算机应用领域。包括三个步骤：数据采集，将电网中的每一个设备设定为一个点，建立设备信息，在计算机中做一个对应关系，计入计算机***数据库；将采集的数据在计算机中建立拓扑关系；根据拓扑关系计算出基于最短路径的电力合环路径。计算方法是：设定每个点的平面坐标，求解从起源点s到点j的最短路径。如果s到j存在最短路径，保存这个路径，断开这条路径上的任意一个节点，再次求解，若路径存在，则确认这个合环。本发明采用先进的计算机技术和通信技术，一次性完成故障的定位、隔离和恢复供电，避免短路电流对线路和设备的多次冲击，提高自动化程度。

Description

基于最短路径求电力合环路径的方法

所属技术领域

本发明涉及计算机应用领域，特别涉及在配电网络中的计算机应用管理，具体是基于最短路径求电力合环路径的方法。

背景技术

现有配电网络故障的解决方法有三种：第一种是用装设在配电线路上的故障指示器，由电力检修人员查找故障区段，并利用柱上开关设备人工隔离故障区段，恢复正常区段的供电。该方式的停电时间长，恢复供电慢。第二种是利用智能化开关设备(如重合器、分段器等)，通过它们之间的相互配合，实现故障的就地自动隔离和恢复供电。该方式的自动化水平较高，无需通信就可实现控制功能，成本较低。缺点是开关设备需要增加合、分动作的次数才能完成故障的隔离和恢复供电。第三种是将开关设备和馈线终端单元(FTU)集成为具有数据采集、传输、控制功能的智能型装置，并与计算机控制中心进行实时通信，由控制中心以遥控方式集中控制。该方式采用先进的计算机技术和通信技术，可一次性完成故障的定位、隔离和恢复供电，避免短路电流对线路和设备的多次冲击。存在的主要缺点是：依赖于通信，结构复杂，影响配电***可靠性的因素较多。

发明内容

本发明的目的是针对上述第三种方法的不足，提供一种基于最短路径求电力合环路径的方法。该方法建立在计算机技术和通信技术的基础上，利用现有的智能装置，将故障电网停电检修范围降到最小，最大限度的提高配电***的可靠性和稳定性。

本发明的基本思路是将现实电力网路在GIS地理信息***的平面坐标中抽象成网络拓扑关系，明确表述设备与设备之间的联通关系，通过拓扑关系，采用Dijkstra算法找到通过不同线路到达相同设备的路径，如果两个点之间存在不同的两个路径，那么可以确认两个点之间存在一条回环，进而根据最短路径求出电力回环。采用Dijkstra算法来计算两个设备之间的路径，首先假设每个点都有一对标号(d_j，p_j)，其中d_j是从起源点s到点j的最短路径的长度，即从顶点到其本身的最短路径是零路(没有弧的路)，其长度等于零；p_j则是从s到j的最短路径中j点的前一点。这里的点就是设定的电力设备。

本发明的目的是这样达到的：包括以下三个步骤：

数据采集，将电网中的每一个设备设定为一个点，建立设备信息，在计算机中做一个对应关系，计入计算机***数据库。

将采集的数据在计算机中建立拓扑关系。

根据拓扑关系计算出基于最短路径的电力合环路径。

所述根据拓扑关系计算出基于最短路径的电力合环路径的计算方法是：设定每个点的平面坐标(Vj，pj)，其中Vj是从起源点s到点j的最短路径的长度，pj是从s到j的最短路径中j点的前一点，求解从起源点s到点j的最短路径，算法过程如下：

1)初始化，起源点设置为：①Vs＝0，ps为空；②所有其他点Vi＝∞，pi＝？；③标记起源点s，记k＝s，其他所有点设为未标记；

2)检验从所有已标记的点k到其直接连接的未标记的点j的距离，并设置Vj＝min[Vj，Vk+lkj]

式中，lkj是从点k到j的直接连接距离；

3)选取下一个点，从所有未标记的结点中，选取Vj中最小的一个i：

Vi＝min[Vj，所有未标记的点j]

点i就被选为最短路径中的一点，并设为已标记；

4)找到点i的前一点，从已标记的点中找到直接连接到点i的点j^*，作为前一点，设置为：i＝j^*；

5)标记点i，如果所有点已标记，则算法完全推出，否则，记k＝i，转至2)继续；

6)如果s到j存在最短路径，保存这个路径，断开这条路径上的任意一个节点，根据上面的算法再次求一次路径，若路径存在，则可以确认***存在至少一条环路；

7)将两次分析的结果进行比较，V0→V4→V3→V5，将V0和V4之间断开，再次进行运算，和上面的算法类似，得到V0→V5的路径，得出V0→V4→V3→V5→V0之间是一个环。

所述将电网中的每一个设备设定为一个点，建立设备信息，是建立设备的电压等级，设备的开关状态，设备的电压等级，设备是否带电的情况信息。

所述将采集的数据在计算机中建立拓扑关系是将设备与那些设备连接的连接关系存储在GIS地理信息***的平面坐标中。

本发明具有以下优点：1、缩小个别用户或线路故障带来的整体停电，通过合理的线路分段数量和设置合理分段点，使用户享有尽可能高的供电可靠性。2、选择设备具备满足当线路故障时，能自动隔离故障区段、自动恢复非故障区段的供电功能。3、提高电力部门的自动化程度，***可以在任何时候自动判断回环的存在。4、负荷较重的分支线路尽量布置分段分支开关，以保证隔离分支故障，保证主干线畅通。5、确保实现干线的分段原则：a负荷均等原则；b线路长度均等原则；c用户数量均等原则。

附图说明

图1、图5是本发明的最短路径中设置的点坐标初始化时的示意。

图2、图6是检验从所有已标记的点k到其直接连接的未标记的点j的距离的示意。

图3、图7是选取最短路径的连接示意。

图4是基于最短路径的环路示意图。

图中V0、V1、V2、V3、V4、V5表示电网中各个设备设定的点；final是指是否确定一条路径，存在为1，不存在为0；D是一个到达指定节点的最小值；S是一个集合，里面所有的成员已经找到了最短路径；V是一个集合，里面记录了所有的需要求最短路径的集合。如果存在路径，将存在路径的成员移除。

具体实施方式

本发明***运行的前提条件是电网网络已经被建立，开关设备和馈线终端单元(FTU)集成为具有数据采集、传输、控制功能的智能型装置，并与计算机控制中心进行实时通信，由控制中心以遥控方式集中控制。

电网环网供电原理：把两条线路组成一条手拉手环网，对每条线路进行分段设置控制开关，线路的连接点设置联络开关，利用设备的延时进行停电区间的负荷转换。当供电线路的某一区发生故障时，配电***具备自动隔离故障区段、自动恢复非故障区段的供电能力，从而达到缩小停电范围和减少用户停电时间、提高对用户供电可靠性的目的。

首先将电网中所有设备信息和设备之间的拓扑关系信息保存到计算机数据库表中。设备信息指的是设备的电压等级，设备的开关状态，设备的电压等级，设备是否带电等信息，设备拓扑关系指设备与那些设备连接，并在GIS地理信息***的平面坐标位置中存储。设备信息的存储如存贮表所示。

存贮表：

字段名称	字段类型	备注
			Ggdid	Int	设备唯一标记
Voltage	Int	电压等级
			IsPower	Bool	是否带点
Status	String	开关状态

参见附图1-7。

设每个点都有一对标号(Vj，pj)，其中Vj是从起源点s到点j的最短路径的长度。从顶点到其本身的最短路径是零路，其长度等于零，是有弧的路；pj则是从s到j的最短路径中j点的前一点。求解从起源点s到点j的最短路径算法的基本过程如下：

1)初始化。起源点设置为：①Vs＝0，ps为空；②所有其他点：Vi＝∞，pi＝？；③标起源点s，记k＝s，其他所有点设为未标记的。如图1、图5所示。

2)检验从所有已标记的点k到其直接连接的未标记的点j的距离，并设置：Vj＝min

[Vj，Vk+lkj]

式中，lkj是从点k到j的直接连接距离。如图2、图6所示。V0到V3的最短距离是50，经过的路径是V0→V4→V3而不选择距离为60的路径V0→V2→V3。

3)选取下一个点。从所有未标记的结点中，选取Vj中最小的一个i：Vi＝min[Vj，所有未标记的点j]点i就被选为最短路径中的一点，并设为已标记。

4)找到点i的前一点。从已标记的点中找到直接连接到点i的点j^*，作为前一点，设置：i＝j^*

5)标记点i。如果所有点已标记，则算法完全推出，否则，记k＝i，转到2)再继续。参见附图3、图7。V0到V5的最短距离是60。如果s到j存在最短路径，保存这个路径，我们可以断开这条路径上的任意一个节点，再次根据上面的算法求一次路径。如果路径存在，那么我们可以确认***存在至少一条环路，然后将两次分析的结果进行对V0→V4→V3→V5对比，同时把V0和V4之间断开，再次进行运算，和上面的算法类似，我们可以得到V0→V5的路径。得到V0→V4→V3→V5→V0这样的一个环，即根据本发明得到的基于最短路径的电力合环。根据上述方法，一旦某个设备发生故障的时候，便可以根据计算机实时的设备状态和设备之间的网络拓扑关系网络，通过设备和计算机实时通讯，对计算机中的网路进行分析，判断这个点之间是否存在回环，如果存在，就输出回环的路径，用于工程人员参考。

从上面可以看出，在按标记法实现Dijkstra算法的过程中，核心步骤就是从未标记的点中选择一个权值最小的弧段，即过程的2)～5)步。这是一个循环比较的过程，如果不采用这个循环过程，未标记点将以无序的形式存放数组中。若要选择一个权值最小的弧段就必须把所有的点都扫描一遍，在大数据量的情况下，这无疑是一个制约计算速度的瓶颈。要解决这个问题，最有效的做法就是将这些要扫描的点按其所在边的权值进行顺序排列，这样每循环一次即可取到符合条件的点，可大大提高算法的执行效率。另外，GIS中的数据要进行最短路径的计算，就必须首先构建网络的拓扑关系。如果用一个矩阵来表示这个网络，不但所需空间巨大，而且效率会很低。

Claims (1)

1.一种基于最短路径求电力合环路径的方法，其特征在于：包括以下三个步骤：数据采集，将电网中的每一个设备设定为一个点，建立设备信息，所述设备信息包括：设备的电压等级、设备的开关状态、设备是否带电的情况信息，在计算机中做一个对应关系，计入计算机***数据库；

将采集的数据在计算机中建立拓扑关系；

根据拓扑关系计算出基于最短路径的电力合环路径，

所述根据拓扑关系计算出基于最短路径的电力合环路径的计算方法是：设定每个点的平面坐标(Vj，pj)，其中Vj是从起源点s到点j的最短路径的长度，pj是从s到j的最短路径中j点的前一点，求解从起源点s到点j的最短路径，算法过程如下：

1)初始化，起源点设置为：①Vs＝0，ps为空；②所有其他点Vi＝∞，pi＝？；③标记起源点s，记k＝s，其他所有点设为未标记；

2)检验从所有已标记的点k到其直接连接的未标记的点j的距离，并设置Vj＝min[Vj，Vk+lkj]

式中，lkj是从点k到j的直接连接距离；

3)选取下一个点，从所有未标记的结点中，选取Vj中最小的一个i：

Vi＝min[Vj，所有未标记的点j]

点i就被选为最短路径中的一点，并设为已标记；

4)找到点i的前一点，从已标记的点中找到直接连接到点i的点j^*，作为前一点，设置为：i＝j^*；

5)标记点i，如果所有点已标记，算法完全推出，否则，记k＝i，转至2)继续；

6)如果s到j存在最短路径，保存这个路径，断开这条路径上的任意一个节点，根据上面的算法再次求一次路径，若路径存在，则可以确认***存在至少一条环路。

Images