CN104156534A - 用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,用于提高黑启动决策支持***的性能,其技术方案是,所述方法将***内的每个厂站作为一个对象,先以各个厂站对象为基本单元进行全局拓扑分析,然后将每个厂站对象视为一个小***,在厂站对象内部进行局部拓扑分析,最后将两个层次的拓扑结果整合。本发明将***中每个厂站作为一个对象,清晰地将电力***的拓扑过程分为全局拓扑和局部拓扑两个层次,该方法不仅效率高、有效性好,而且***性强,程序实现简单,可方便地生成黑启动中的恢复路径,适用于大规模电力***的拓扑分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够快速、准确地对电网拓扑进行分析的方法,属于输配电技术领域。
背景技术
随着电力***的跨区域互联,电网的规模越来越大,各子***之间的相互影响越来越强烈,局部***出现故障时可能由于保护和自动装置的不正确动作而酿成大面积的停电事故,甚至使整个电力***崩溃瓦解,给国民经济带来巨大的损失。随着***规模的扩大,发生大面积停电事故的可能性也在增加。因此研究电力***事故后的恢复,即 “黑启动”及与之相关问题具有重要意义,黑启动决策支持技术也日益受到学者的重视。电网拓扑分析是黑启动决策支持研究的基础,一个完善而快速的拓扑分析方法能够大大提高黑启动决策支持***的性能。
同时,拓扑分析也是电力***仿真和分析计算的基础,在电网运行控制和分析中,电网拓扑分析起着至关重要的作用,能够为状态估计、潮流计算、事故分析等提供基础网络结构数据。传统的电力体统拓扑分析方法是将整个***视为一个整体,对***内的所有设备进行统一编号,然后进行拓扑分析,该方法虽然简单直观,但是在对大规模***进行分析时效率低、有效性差。后来,出现了分层拓扑分析的方法,该方法在对大规模***进行分析时有较高的效率,但是该方法***性不强,程序实现复杂。因此有必要设计一种能够快速、准确地对电网拓扑进行分析的方法,为电力***仿真和分析计算、黑启动初期方案及网架重构过程中恢复路径的生成创造有利条件。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,提高黑启动决策支持***的性能。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,所述方法将***内的每个厂站作为一个对象,先以各个厂站对象为基本单元进行全局拓扑分析,然后将每个厂站对象视为一个小***,在厂站对象内部进行局部拓扑分析,最后将两个层次的拓扑结果整合,该方法包括下列步骤:
a.建立厂站类:厂站类中包含各种设备、端点、连接节点的储存结构和站内邻接矩阵等数据成员,还有首次初始化,二次初始化、形成邻接矩阵、拓扑搜索、与整体拓扑交互成员函数;
b.根据步骤a中建立的厂站类首次初始化各个厂站对象:首次初始化时,根据***数据获得设备、端点、连接节点的个数,为设备、端点、连接节点的储存结构分配内存,并根据连接节点的个数动态确定站内邻接矩阵的规模,设第 个厂站内连接节点的个数为,则第个厂站对象内的邻接矩阵的规模为,并置矩阵中所有单元为“0”;
c.以各个厂站对象为基本单元建立全局邻接矩阵:初始为全零阵,为***内所有厂站统一编号,设为***内厂站的总数,邻接矩阵的规模即为,遍历所有***内输电线路,若线路连接厂站和厂站,则置和为“1”;
d.确定黑启动厂站、黑启动机组和被启动厂站、被启动机组;
e.以黑启动厂站和被启动厂站为目标,使用广度优先搜索算法进行整体拓扑分析,获得各厂站间只包含厂站对象和线路的路径集:
厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M>厂站M+1
其中<>内为线路名称;
f.以***数据信息为基础对于路径集上的厂站对象进行二次初始化;
g.对于路径上的厂站依次利用其成员函数进行局部拓扑分析,得到恢复路径的站内部分;
h.将两个层次拓扑分析的结果进行整合,得到完整的拓扑分析结果,完整的拓扑分析结果具体格式为:
厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M>厂站M+1
厂站1:设备1→设备2→……→设备N1
厂站2:设备1→设备2→……→设备N2
…………
厂站M+1: 设备1→设备2→……→设备NM+1。
上述用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,对于路径集上的厂站对象进行二次初始化的具体步骤如下:
①获取路径集上第一个厂站对象;
②判断该对象的二次初始化标志位是否为真,若为真到步骤⑤;否则到步骤③;
③为该厂站对象填充设备,端点,连接节点等数据:根据***数据,在步骤b中首次初始化建立的数据储存结构中填入设备,端点,连接节点等数据;
④根据设备的连接关系形成站内邻接矩阵,将厂站对象内的二次初始化标志位置为“真”:遍历第个厂站内的所有设备,对于有两个端点的二端设备,这两个端点必然分别连接着连接节点和连接节点,将和置“1”,对于有三个端点的三端设备,而三个端点分别连接着连接节点、连接节点和连接节点,将、、、、和置“1”;
⑤获取路径上下一个厂站对象;
⑥对路径集中所有厂站对象重复②—⑤。
上述用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,对于路径上的厂站依次利用其成员函数进行局部拓扑分析的具体步骤为:
Ⅰ.根据步骤e所得路径结果确定站内局部路径搜索的起点和终点:在确定站内局部路径搜索的起点和终点时,对于黑启动厂站、中间厂站、被启动电厂分别处理,在黑启动厂站中以指定发电机和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在中间厂站中,以进线断路器和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在被启动电厂中,以进线断路器和指定发电机作为站内局部路径搜索的起点和终点;
Ⅱ.以步骤f中建立的站内邻接矩阵为基础,对步骤Ⅰ中确定的起点和终点利用厂站对象内的成员函数进行局部路径搜索,站内局部路径搜索使用Dijkstra算法,搜索得到的站内路径格式如下为:设备1→设备2→……→设备N;
Ⅲ.对步骤e所得路径结果中所有厂站对象进行Ⅰ—Ⅱ。
上述用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,在步骤e中以黑启动厂站和被启动厂站为目标进行整体拓扑分析,也可以使用深度优先搜索算法。
上述用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,在步骤Ⅱ中,进行站内局部路径搜索时,使用Floyd算法。
本发明将***中每个厂站作为一个对象,清晰地将电力***的拓扑过程分为全局拓扑和局部拓扑两个层次,该方法不仅效率高、有效性好,而且***性强,程序实现简单,可方便地生成黑启动中的恢复路径,适用于大规模电力***的拓扑分析。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是利用对象化电网拓扑分析方法生成黑启动路径方法流程图;
图2是厂站对象二次初始化流程图;
图3是厂站对象进行局部拓扑分析流程图。
具体实施方式
请参阅图1,本发明提出的对象化拓扑分析方法包括下列步骤:
步骤1:建立厂站类。厂站类中包含各种设备、端点、连接节点的储存结构和站内邻接矩阵等数据成员,还有首次初始化,二次初始化、形成邻接矩阵、拓扑搜索、与整体拓扑交互等成员函数。其中邻接矩阵的存储可以采用动态二维数组来实现;
步骤2:根据步骤1中建立的厂站类首次初始化各个厂站对象。首次初始化时,根据***数据获得设备、端点、连接节点的个数,为设备、端点、连接节点的储存结构分配内存,并根据连接节点的个数动态确定站内邻接矩阵的规模,设第个厂站内连接节点的个数为,则第个厂站对象内的邻接矩阵的规模为,并置矩阵中所有单元为“0”,而不在其中填入数据,填入数据等工作在二次初始化中完成,这样做的目的是减少初始化所需的时间,提高效率。
步骤3:以各个厂站对象为基本单元建立全局邻接矩阵。初始为全零阵,为***内所有厂站统一编号,根据厂站对象和输电线路信息建立全局邻接矩阵的具体规则为:设为***内厂站的总数,邻接矩阵的规模即为,即建立一个的二维数组,其中为***内厂站的总数,遍历所有线路,若线路连接着厂站和厂站,将和置“1”;
步骤4:确定黑启动厂站、黑启动机组和被启动厂站、被启动机组。根据实际电力***黑启动恢复过程中的需要,确定黑启动厂站、黑启动机组和被启动厂站、被启动机组,其中黑启动厂站多为有自启动能力的厂站或已恢复供电能力的厂站,被启动厂站为失电而待回复的厂站;
步骤5:以黑启动厂站和被启动厂站为目标进行整体拓扑分析,获得各厂站间只包含厂站对象和线路的路径集。根据步骤3中建立的邻接矩阵和步骤4中确定的黑启动厂站、被启动厂站进行路径搜索,从而得到黑启动路径的路径集,进行整体拓扑分析时,使用广度优先搜索算法或深度优先搜索算法。广度优先搜索算法是从黑启动厂站开始,按层依次向外搜索,在对下一层的任一结点进行搜索之前,必须搜索完本层的所有结点,根据电力***和黑启动方案的具体要求进行7层搜索,即黑启动厂站和被启动厂站间路径上的厂站个数不大于7,对于厂站个数大于7个的路径视为不存在;深度优先搜索算法是从黑启动厂站开始,按一条路径一直搜索下去,直到搜索到被启动厂站或是搜索到一条路径的结尾,根据电力***和黑启动方案的具体要求将搜索深度定为7,即对于黑启动厂站和被启动厂站间厂站个数大于7个的路径视为不存在。两种方法均能得到黑启动厂站和被启动厂站间的路径集,即所有经过厂站个数不大于7个的所有路径,不同的地方在于:使用一次广度优先搜索算法可以得到路径集,而使用多次深度优先搜索算法可以得到路径集。
获得路径具体格式如下:
路径1:厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M1>厂站M1+1
路径2:厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M2>厂站M2+1
……,
其中<>内为线路名称;
步骤6:以***数据信息为基础对于路径集上的厂站对象进行二次初始化;图2是厂站对象二次初始化的流程图,厂站对象二次初始化包括下列步骤:
步骤61:获取路径集上第一个厂站对象;
步骤62:判断该对象的二次初始化标志位是否为真,若为真到步骤65;否则到步骤63;
步骤63:为该厂站对象填充设备,端点,连接节点等数据。根据***数据,在步骤2中首次初始化建立的数据储存结构中填入设备,端点,连接节点等数据;
步骤64:根据设备的连接关系形成站内邻接矩阵。将厂站对象内的二次初始化标志位置为“真”。站内邻接矩阵已在步骤2中建立,其中表示该厂站为第个厂站,形成时,具体方法为:
遍历第个厂站内的所有设备,对于只有一个端点的单端设备,只作为路径的起点或终点,不影响网络的连接关系,所以建立邻接矩阵时不必考虑单端设备;对于有两个端点的二端设备,这两个端点必然分别连接着连接节点和连接节点,将和置“1”,对于有三个端点的三端设备,而三个端点分别连接着连接节点、连接节点和连接节点,将、、、、和置“1”;
步骤65:获取路径上下一个厂站对象;
步骤66:对路径中集所有厂站对象重复62—65直至最后一个厂站对象。
步骤7:对于路径上的厂站依次利用其成员函数进行局部拓扑分析,得到恢复路径的站内部分,图3是厂站对象进行局部拓扑分析流程图,厂站对象进行局部拓扑分析包括下列步骤:
步骤71:根据步骤5所得路径结果确定站内局部路径搜索的起点和终点。在确定站内局部路径搜索的起点和终点时,对于黑启动厂站、中间厂站、被启动电厂分别处理,在黑启动厂站中以指定发电机和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在中间厂站中,以进线断路器和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在被启动电厂中,以进线断路器和指定发电机作为站内局部路径搜索的起点和终点,其中进线断路器和出线断路器由整体拓扑所得的路径确定;
步骤72:以步骤6中建立的站内邻接矩阵为基础,对步骤71中确定的起点和终点利用厂站对象内的成员函数进行局部路径搜索。该部分的路径搜索不需要搜索出路径集,只需搜索出起点和终点之间的最短路径,站内局部路径搜索使用Dijkstra算法进行最短路径搜索,Dijkstra算法主要特点是以起始点为中心向外层层扩展,直到扩展到终点为止,该方法可以得出起始节点和目标节点间的一条最短路径,即步骤71中确定的起点和终点设备间的最短路径。当以黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法为基础的黑启动决策支持***与其他电力***软件集成在一起时,可能还需要厂站内其他的最短路径信息,这时,站内局部路径搜索可以使用Floyd算法进行最短路径搜索,该方法的主要的特点是在图的邻接矩阵中用***顶点的方法得到个矩阵, 为第个厂站内连接节点的个数。最后一个矩阵中包含了所有节点间的最短路径,即所有设备之间的最短路径,使用该方法可以为厂站内其它有关最短路径的分析提供方便。
搜索得到的站内路径格式如下为:设备1→设备2→……→设备N;
步骤73:对步骤5所得路径结果中所有厂站对象进行71—72;
步骤8:将两个层次拓扑分析的结果进行整合,得到完整的拓扑分析结果。将各个站内的路径结果以全局拓扑分析路径结果中的线路连接,即可得到详细的恢复路径,完整的拓扑分析结果具体格式为:
厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M>厂站M+1
厂站1:设备1→设备2→……→设备N1→线路1
厂站2:线路1→设备1→设备2→……→设备N2→线路2
…………
厂站M+1: 线路M→设备1→设备2→……→设备NM+1。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围应该并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员依据本发明揭露的核心技术、所能作出的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,其特征是,所述方法将***内的每个厂站作为一个对象,先以各个厂站对象为基本单元进行全局拓扑分析,然后将每个厂站对象视为一个小***,在厂站对象内部进行局部拓扑分析,最后将两个层次的拓扑结果整合,该方法包括下列步骤:
a.建立厂站类:厂站类中包含各种设备、端点、连接节点的储存结构和站内邻接矩阵等数据成员,还有首次初始化,二次初始化、形成邻接矩阵、拓扑搜索、与整体拓扑交互成员函数;
b.根据步骤a中建立的厂站类首次初始化各个厂站对象:首次初始化时,根据***数据获得设备、端点、连接节点的个数,为设备、端点、连接节点的储存结构分配内存,并根据连接节点的个数动态确定站内邻接矩阵的规模,设第 个厂站内连接节点的个数为,则第个厂站对象内的邻接矩阵的规模为,并置矩阵中所有单元为“0”;
c.以各个厂站对象为基本单元建立全局邻接矩阵:初始为全零阵,为***内所有厂站统一编号,设为***内厂站的总数,邻接矩阵的规模即为,遍历所有***内输电线路,若线路连接厂站和厂站,则置和为“1”;
d.确定黑启动厂站、黑启动机组和被启动厂站、被启动机组;
e.以黑启动厂站和被启动厂站为目标,使用广度优先搜索算法进行整体拓扑分析,获得各厂站间只包含厂站对象和线路的路径集:
路径1:厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M1>厂站M1+1
路径2:厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M2>厂站M2+1
……
其中< >内为线路名称;
f.以***数据信息为基础对于路径集上的厂站对象进行二次初始化;
g.对于路径上的厂站依次利用其成员函数进行局部拓扑分析,得到恢复路径的站内部分;
h.将两个层次拓扑分析的结果进行整合,得到完整的拓扑分析结果,完整的拓扑分析结果具体格式为:
厂站1<线路1>厂站2<线路2>……<线路M>厂站M+1
厂站1:设备1→设备2→……→设备N1
厂站2:设备1→设备2→……→设备N2
…………
厂站M+1: 设备1→设备2→……→设备NM+1。
2.根据权利要求1所述的用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,其特征是,对于路径集上的厂站对象进行二次初始化的具体步骤如下:
①获取路径集上第一个厂站对象;
②判断该对象的二次初始化标志位是否为真,若为真到步骤⑤;否则到步骤③;
③为该厂站对象填充设备,端点,连接节点等数据:根据***数据,在步骤b中首次初始化建立的数据储存结构中填入设备,端点,连接节点等数据;
④根据设备的连接关系形成站内邻接矩阵,将厂站对象内的二次初始化标志位置为“真”:遍历第个厂站内的所有设备,对于有两个端点的二端设备,这两个端点必然分别连接着连接节点和连接节点,将和置“1”,对于有三个端点的三端设备,而三个端点分别连接着连接节点、连接节点和连接节点,将、、、、和置“1”;
⑤获取路径上下一个厂站对象;
⑥对路径集中所有厂站对象重复②—⑤。
3.根据权利要求1或2所述的用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,其特征是,对于路径上的厂站依次利用其成员函数进行局部拓扑分析的具体步骤为:
Ⅰ.根据步骤e所得路径结果确定站内局部路径搜索的起点和终点:在确定站内局部路径搜索的起点和终点时,对于黑启动厂站、中间厂站、被启动电厂分别处理,在黑启动厂站中以指定发电机和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在中间厂站中,以进线断路器和出线断路器作为站内局部路径搜索的起点和终点,在被启动电厂中,以进线断路器和指定发电机作为站内局部路径搜索的起点和终点;
Ⅱ.以步骤f中建立的站内邻接矩阵为基础,对步骤Ⅰ中确定的起点和终点利用厂站对象内的成员函数进行局部路径搜索,站内局部路径搜索使用Dijkstra算法,搜索得到的站内路径格式如下为:设备1→设备2→……→设备N;
Ⅲ.对步骤e所得路径结果中所有厂站对象进行步骤Ⅰ—Ⅱ的处理。
4.根据权利要求3所述的用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,其特征是,在步骤e中以黑启动厂站和被启动厂站为目标进行整体拓扑分析,也可以使用深度优先搜索算法。
5.根据权利要求4所述的用于黑启动方案生成的对象化电网拓扑分析方法,其特征是,在步骤Ⅱ中,进行站内局部路径搜索时,使用Floyd算法。
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