基于元件整合的拓?fù)浞治鏊惴?/h1>
2012-02-21 04:02:54張興波李炳祥
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)管理 2012年23期
張興波，李炳祥
（北京國際系統(tǒng)控制有限公司，北京 100083）
電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲋饕脕硖幚黹_關(guān)狀態(tài)的變化對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，是各種電網(wǎng)分析軟件的基礎(chǔ)。因此，電網(wǎng)拓?fù)浞治龅目焖傩院蜏?zhǔn)確性就顯得尤為重要[1]。
目前，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ㄖ饕袠渌阉鞣ê途仃嚪▋煞N。樹搜索法分為深度優(yōu)先搜索法和廣度優(yōu)先搜索法，矩陣法分為鄰接矩陣法和關(guān)聯(lián)矩陣法。
1 不同拓?fù)浞治鏊惴ǖ谋容^
[1]中對(duì)不同拓?fù)浞治鏊惴ㄟM(jìn)行了分析和比較，并得出以下結(jié)論：對(duì)環(huán)型電網(wǎng)，矩陣法比深度優(yōu)先法有優(yōu)勢(shì)；而對(duì)發(fā)散型電網(wǎng)，兩者則相差無幾。起始節(jié)點(diǎn)的選擇對(duì)矩陣法和深度優(yōu)先法的拓?fù)渌俣扔绊懞艽?，而?duì)節(jié)點(diǎn)融合法和廣度優(yōu)先法則影響不大。
在拓?fù)浞治鏊惴ǖ木唧w實(shí)現(xiàn)上，深度優(yōu)先法原理簡(jiǎn)單，編程易于實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行時(shí)占用系統(tǒng)資源較多；而廣度優(yōu)先法則能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，但原理復(fù)雜，對(duì)編程技巧要求較高。
2 提高拓?fù)浞治鏊俣鹊姆椒?/h2>
在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，不論采用那一種拓?fù)渌惴ǎS著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和支路數(shù)的增減，拓?fù)溆?jì)算量都會(huì)迅速增加，從而降低拓?fù)溆?jì)算的速度。因此減少參與拓?fù)溆?jì)算的電力元件數(shù)量，將有效提高拓?fù)溆?jì)算的速度。
考慮到只有開關(guān)狀態(tài)的變化才會(huì)改變電網(wǎng)設(shè)備的帶電狀態(tài)，在拓?fù)浞治鲇?jì)算之前，對(duì)電網(wǎng)模型進(jìn)行元件整合后，再進(jìn)行具體的拓?fù)浞治鲇?jì)算，具體的處理流程如圖1所示。
圖1 拓?fù)溆?jì)算處理流程
2.1 電網(wǎng)建模
本文采用方便實(shí)用的圖形建模系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)將表示實(shí)際設(shè)備的圖形元件定義為圖形和端口的集合，以不同圖形表示元件的不同類型，以端口來建立元件之間的連接。每個(gè)電力元件都擁有單個(gè)或多個(gè)端口，當(dāng)不同元件的兩個(gè)端口重合時(shí)，即表示兩者連接。在繪制接線圖時(shí)就自動(dòng)生成相應(yīng)的拓?fù)潢P(guān)系，并作為連接屬性存放在元件中。另外，每個(gè)元件均設(shè)置如下屬性，以便在元件整合和后續(xù)的拓?fù)浞治鲇?jì)算時(shí)使用：
State：帶電狀態(tài)，0為不帶電（缺?。?，1為帶電；
SearchNo：遍歷途徑的序號(hào)，0為尚未遍歷（缺?。?；
NetNo：所在子網(wǎng)號(hào)，0為尚未分配子網(wǎng)號(hào)（缺省）。
2.2 元件整合
元件整合的目的是減少參與拓?fù)溆?jì)算的電力元件的數(shù)量。其基本原理是以開關(guān)等能夠改變電力元件帶電狀態(tài)的設(shè)備為分界點(diǎn)，將其他電力元件整合為一個(gè)虛擬的電力元件。該虛擬元件具有與實(shí)際的電力元件相同的屬性，并擁有一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)，用于與開關(guān)元件的連接。具體整合過程如圖2所示。當(dāng)對(duì)電網(wǎng)模型中的元件進(jìn)行遍歷時(shí)，如果該元件是開關(guān)，則不做任何處理；否則，如果已存在的虛擬元件中不包括該元件，則創(chuàng)建新虛擬元件；同時(shí)如果該元件與開關(guān)連接，則創(chuàng)建虛擬元件與開關(guān)的連接關(guān)系，否則將這兩個(gè)元件整合到一個(gè)虛擬元件。
圖2 元件整合過程流程圖
整合后，形成一個(gè)只有虛擬元件和開關(guān)元件的新的電網(wǎng)模型，其中的電力元件數(shù)量只有原來的以圖 3為例，左側(cè)的電網(wǎng)中有 2條母線（M1、M2）、2個(gè)電流 互感 器 （CT1、CT2）、1 個(gè) 變壓 器 （T1）、2 個(gè) 開 關(guān) （K1、K2），共計(jì) 7個(gè)元件；在整合過程中，將 M1整合為 N1，CT1、CT2和 T1整合為 N2，M2整合為 N3，K1和 K2不變，整合后的電網(wǎng)只有5個(gè)元件，比原電網(wǎng)減少了2個(gè)。
圖3 整合實(shí)例
2.3 拓?fù)溆?jì)算
本文參與拓?fù)溆?jì)算的是通過整合后的只有虛擬元件和開關(guān)的電網(wǎng)模型，而計(jì)算的主要任務(wù)是處理由于開關(guān)變化所引起的電網(wǎng)元件帶電狀態(tài)的變化，因此對(duì)參考文獻(xiàn)[3]的算法流程進(jìn)行了優(yōu)化。具體計(jì)算流程如圖4所示。
圖4 拓?fù)溆?jì)算流程
其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑跏挤治霭ǔ跏紡S站分析、自動(dòng)節(jié)點(diǎn)編號(hào)（形成節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)表）、初始連通性分析（得到電氣島號(hào)）。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，根據(jù)支路-節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)表，進(jìn)行連通性分析，相當(dāng)于電氣島分析。分析的結(jié)果按照帶電與否在電力元件上進(jìn)行著色，顯示在電網(wǎng)接線圖上，使拓?fù)涞慕Y(jié)果一目了然。
3 算法實(shí)現(xiàn)
本算法采用C++語言，在Window操作系統(tǒng)平臺(tái)上得到了實(shí)現(xiàn)。算法軟件由4個(gè)模塊組成，各模塊的具體功能如下。
圖形建模模塊：用于繪制電網(wǎng)接線圖，同時(shí)完成電網(wǎng)建模的功能。接線圖以文件的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，電網(wǎng)模型存儲(chǔ)在商用數(shù)據(jù)庫中。
元件整合模塊：分析圖形建模模塊生成的電網(wǎng)模型，并將其轉(zhuǎn)換為由虛擬元件和開關(guān)元件組成的新的電網(wǎng)模型，新的電網(wǎng)模型存儲(chǔ)在商用數(shù)據(jù)庫中。該模塊可以在圖形建模模塊中調(diào)用，也可以在分析算法模塊初始化時(shí)調(diào)用。
分析算法模塊：按照整合后的電網(wǎng)模型，根據(jù)當(dāng)前開關(guān)的狀態(tài)，分析電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)，分析結(jié)果存放在元件的帶電狀態(tài)（State）字段中，供顯示模塊使用。
顯示模塊：根據(jù)元件的帶電狀態(tài) （State）字段的內(nèi)容，在電網(wǎng)接線圖上顯示各電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)。當(dāng)元件帶電時(shí)，以繪制圖形時(shí)的顏色顯示；否則，以灰色顯示。
本文主要討論了電網(wǎng)拓?fù)浞治鏊惴傲鞒?。在圖形建模的基礎(chǔ)上，提出了通過元件整合預(yù)處理過程減少參與拓?fù)溆?jì)算的電氣元件的數(shù)量，從而提高計(jì)算速度的方法。
參考文獻(xiàn)
[1]李冰劍，張學(xué)軍.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆治雠c比較[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，21（1）：184-187.
[2]林濟(jì)鏗，覃嶺，羅萍萍.基于圖形建模的電力系統(tǒng)拓?fù)浞治鲂路椒╗J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（22）：54-59.
[3]向德軍，楊銀國.基于地理信息系統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鯷J].繼電器，2006，34（20）：20-23.
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電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲋饕脕硖幚黹_關(guān)狀態(tài)的變化對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，是各種電網(wǎng)分析軟件的基礎(chǔ)。因此，電網(wǎng)拓?fù)浞治龅目焖傩院蜏?zhǔn)確性就顯得尤為重要[1]。
目前，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ㄖ饕袠渌阉鞣ê途仃嚪▋煞N。樹搜索法分為深度優(yōu)先搜索法和廣度優(yōu)先搜索法，矩陣法分為鄰接矩陣法和關(guān)聯(lián)矩陣法。
1 不同拓?fù)浞治鏊惴ǖ谋容^
[1]中對(duì)不同拓?fù)浞治鏊惴ㄟM(jìn)行了分析和比較，并得出以下結(jié)論：對(duì)環(huán)型電網(wǎng)，矩陣法比深度優(yōu)先法有優(yōu)勢(shì)；而對(duì)發(fā)散型電網(wǎng)，兩者則相差無幾。起始節(jié)點(diǎn)的選擇對(duì)矩陣法和深度優(yōu)先法的拓?fù)渌俣扔绊懞艽?，而?duì)節(jié)點(diǎn)融合法和廣度優(yōu)先法則影響不大。
在拓?fù)浞治鏊惴ǖ木唧w實(shí)現(xiàn)上，深度優(yōu)先法原理簡(jiǎn)單，編程易于實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行時(shí)占用系統(tǒng)資源較多；而廣度優(yōu)先法則能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，但原理復(fù)雜，對(duì)編程技巧要求較高。
2 提高拓?fù)浞治鏊俣鹊姆椒?/h2>
在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，不論采用那一種拓?fù)渌惴ǎS著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和支路數(shù)的增減，拓?fù)溆?jì)算量都會(huì)迅速增加，從而降低拓?fù)溆?jì)算的速度。因此減少參與拓?fù)溆?jì)算的電力元件數(shù)量，將有效提高拓?fù)溆?jì)算的速度。
考慮到只有開關(guān)狀態(tài)的變化才會(huì)改變電網(wǎng)設(shè)備的帶電狀態(tài)，在拓?fù)浞治鲇?jì)算之前，對(duì)電網(wǎng)模型進(jìn)行元件整合后，再進(jìn)行具體的拓?fù)浞治鲇?jì)算，具體的處理流程如圖1所示。
圖1 拓?fù)溆?jì)算處理流程
2.1 電網(wǎng)建模
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State：帶電狀態(tài)，0為不帶電（缺?。?，1為帶電；
SearchNo：遍歷途徑的序號(hào)，0為尚未遍歷（缺?。?；
NetNo：所在子網(wǎng)號(hào)，0為尚未分配子網(wǎng)號(hào)（缺省）。
2.2 元件整合
元件整合的目的是減少參與拓?fù)溆?jì)算的電力元件的數(shù)量。其基本原理是以開關(guān)等能夠改變電力元件帶電狀態(tài)的設(shè)備為分界點(diǎn)，將其他電力元件整合為一個(gè)虛擬的電力元件。該虛擬元件具有與實(shí)際的電力元件相同的屬性，并擁有一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)，用于與開關(guān)元件的連接。具體整合過程如圖2所示。當(dāng)對(duì)電網(wǎng)模型中的元件進(jìn)行遍歷時(shí)，如果該元件是開關(guān)，則不做任何處理；否則，如果已存在的虛擬元件中不包括該元件，則創(chuàng)建新虛擬元件；同時(shí)如果該元件與開關(guān)連接，則創(chuàng)建虛擬元件與開關(guān)的連接關(guān)系，否則將這兩個(gè)元件整合到一個(gè)虛擬元件。
圖2 元件整合過程流程圖
整合后，形成一個(gè)只有虛擬元件和開關(guān)元件的新的電網(wǎng)模型，其中的電力元件數(shù)量只有原來的以圖 3為例，左側(cè)的電網(wǎng)中有 2條母線（M1、M2）、2個(gè)電流 互感 器 （CT1、CT2）、1 個(gè) 變壓 器 （T1）、2 個(gè) 開 關(guān) （K1、K2），共計(jì) 7個(gè)元件；在整合過程中，將 M1整合為 N1，CT1、CT2和 T1整合為 N2，M2整合為 N3，K1和 K2不變，整合后的電網(wǎng)只有5個(gè)元件，比原電網(wǎng)減少了2個(gè)。
圖3 整合實(shí)例
2.3 拓?fù)溆?jì)算
本文參與拓?fù)溆?jì)算的是通過整合后的只有虛擬元件和開關(guān)的電網(wǎng)模型，而計(jì)算的主要任務(wù)是處理由于開關(guān)變化所引起的電網(wǎng)元件帶電狀態(tài)的變化，因此對(duì)參考文獻(xiàn)[3]的算法流程進(jìn)行了優(yōu)化。具體計(jì)算流程如圖4所示。
圖4 拓?fù)溆?jì)算流程
其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑跏挤治霭ǔ跏紡S站分析、自動(dòng)節(jié)點(diǎn)編號(hào)（形成節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)表）、初始連通性分析（得到電氣島號(hào)）。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，根據(jù)支路-節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)表，進(jìn)行連通性分析，相當(dāng)于電氣島分析。分析的結(jié)果按照帶電與否在電力元件上進(jìn)行著色，顯示在電網(wǎng)接線圖上，使拓?fù)涞慕Y(jié)果一目了然。
3 算法實(shí)現(xiàn)
本算法采用C++語言，在Window操作系統(tǒng)平臺(tái)上得到了實(shí)現(xiàn)。算法軟件由4個(gè)模塊組成，各模塊的具體功能如下。
圖形建模模塊：用于繪制電網(wǎng)接線圖，同時(shí)完成電網(wǎng)建模的功能。接線圖以文件的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，電網(wǎng)模型存儲(chǔ)在商用數(shù)據(jù)庫中。
元件整合模塊：分析圖形建模模塊生成的電網(wǎng)模型，并將其轉(zhuǎn)換為由虛擬元件和開關(guān)元件組成的新的電網(wǎng)模型，新的電網(wǎng)模型存儲(chǔ)在商用數(shù)據(jù)庫中。該模塊可以在圖形建模模塊中調(diào)用，也可以在分析算法模塊初始化時(shí)調(diào)用。
分析算法模塊：按照整合后的電網(wǎng)模型，根據(jù)當(dāng)前開關(guān)的狀態(tài)，分析電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)，分析結(jié)果存放在元件的帶電狀態(tài)（State）字段中，供顯示模塊使用。
顯示模塊：根據(jù)元件的帶電狀態(tài) （State）字段的內(nèi)容，在電網(wǎng)接線圖上顯示各電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)。當(dāng)元件帶電時(shí)，以繪制圖形時(shí)的顏色顯示；否則，以灰色顯示。
本文主要討論了電網(wǎng)拓?fù)浞治鏊惴傲鞒?。在圖形建模的基礎(chǔ)上，提出了通過元件整合預(yù)處理過程減少參與拓?fù)溆?jì)算的電氣元件的數(shù)量，從而提高計(jì)算速度的方法。
參考文獻(xiàn)
[1]李冰劍，張學(xué)軍.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆治雠c比較[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，21（1）：184-187.
[2]林濟(jì)鏗，覃嶺，羅萍萍.基于圖形建模的電力系統(tǒng)拓?fù)浞治鲂路椒╗J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（22）：54-59.
[3]向德軍，楊銀國.基于地理信息系統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鯷J].繼電器，2006，34（20）：20-23.
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