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《電氣自動化雜志》2014年第三期

1模拓撲模型建立

1．1設(shè)備節(jié)點模型電網(wǎng)中的設(shè)備元件種類繁多，為了簡化說明問題，本文主要考慮有:母線、線路、開關(guān)間隔、電源、變壓器與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲建模分為節(jié)點類和支路類不同，并將包括支路類的所有設(shè)備都抽象節(jié)點類，通過不同的編號規(guī)則進行區(qū)分，根據(jù)設(shè)備節(jié)點的連接關(guān)系以及開關(guān)的狀態(tài)進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，而忽略設(shè)備的其他屬性。

1．2設(shè)備鄰接關(guān)系表根據(jù)節(jié)點模型，利用設(shè)備鄰接關(guān)系表存儲電網(wǎng)的連接信息。圖1為局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的一個變電站的接線示意說明，其中共有15個設(shè)備元件，編號如圖1所示。實際整體電網(wǎng)將是由多個這樣的變電站通過線路連接而成，這樣電網(wǎng)將由各個變電站中的設(shè)備元件以及站與站之間的連接線路組成的所有抽象節(jié)點類表征。對示意的15個設(shè)備元件進行設(shè)備鄰接關(guān)系分析，容易判斷任意兩個節(jié)點i、j之間是否連接。鄰接矩陣中兩兩連接的賦值1，不連接的賦值0。通過該設(shè)備鄰接矩陣，可以進行設(shè)備節(jié)點的深度優(yōu)先搜索。

2網(wǎng)絡(luò)分塊拓撲分析算法

網(wǎng)絡(luò)分塊拓撲分析算法在利用深度優(yōu)先搜索的同時，依據(jù)搜索到的開關(guān)數(shù)量占電網(wǎng)開關(guān)總數(shù)量的比例以及開關(guān)的狀態(tài)進行網(wǎng)絡(luò)分塊，通過局部網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的變化進行局部網(wǎng)絡(luò)重建，最終完成全網(wǎng)的拓撲更新。

2．1電網(wǎng)分塊規(guī)則在深度優(yōu)先搜索連接節(jié)點的同時，根據(jù)一定規(guī)則完成每一塊電網(wǎng)分塊來結(jié)束一次搜索，結(jié)束后再從沒有搜索放進任何電網(wǎng)塊的節(jié)點作為起始節(jié)點重復整個搜索過程。電網(wǎng)分塊規(guī)則如下:(1)具有多個節(jié)點的電網(wǎng)塊中的節(jié)點構(gòu)成的圖一定是連通圖，意味該網(wǎng)塊中的開關(guān)一定是閉合的;(2)一個斷開的開關(guān)間隔看作是一個電網(wǎng)塊;(3)每個電網(wǎng)塊中閉合的開關(guān)間隔數(shù)不超過電網(wǎng)總開關(guān)數(shù)量P%，P%＜1，是預設(shè)的分塊比例;(4)各個電網(wǎng)塊中的節(jié)點不重復;(5)兩個電網(wǎng)塊中的節(jié)點如果具有連接關(guān)系，則構(gòu)成了該兩個電網(wǎng)塊的連接關(guān)系，存儲為連接信息。圖2電網(wǎng)塊劃分示意圖根據(jù)電網(wǎng)分塊規(guī)則，假定含有m個設(shè)備的電網(wǎng)得到n個電網(wǎng)分塊，設(shè)電網(wǎng)分塊集合為B={bj|j=1，2，3，…，n}，則設(shè)備元件集合E={ei|ei∈bi，i=1，2，3，…，m，j=1，2，3，…，n}，其中對s≠t，bs∩bi=，并且可以得到電網(wǎng)分塊間的連接關(guān)系R={(bs，bt，eν，eγ)|s≠t，ν≠γ，s，t=1，2，3，…，n，ν，γ=1，2，3，…，m}，表明電網(wǎng)分塊bs和電網(wǎng)分塊bt是電氣連通的，兩個連接元件為eν和eγ，具體電網(wǎng)分塊以及連接關(guān)系示意如圖2所示，電網(wǎng)分塊實現(xiàn)的流程圖由圖3所示。圖3電網(wǎng)分塊流程圖當電網(wǎng)分塊完成后，根據(jù)電網(wǎng)塊與塊的連接關(guān)系，容易得到全網(wǎng)的拓撲。應(yīng)當說明，當整個電網(wǎng)節(jié)點不多時，電網(wǎng)塊的連接數(shù)目并未比節(jié)點本身的連接數(shù)目少很多，但是當電網(wǎng)規(guī)模龐大的時候，每個電網(wǎng)塊所包含的節(jié)點就很多，通過電網(wǎng)塊的連接關(guān)系可以簡化整個拓撲的連接關(guān)系，減少拓撲分析運算量。

2．2局部拓撲重建在電網(wǎng)完成分塊之后，當電網(wǎng)再次發(fā)生拓撲變化時，只要找到發(fā)生變化開關(guān)間隔所在的局部電網(wǎng)塊對其進行拓撲分析，即可最終對全網(wǎng)拓撲進行分析。主要分以下兩種情況:(1)當電網(wǎng)塊中的開關(guān)間隔狀態(tài)整體由閉合變?yōu)閿嚅_時，對該電網(wǎng)塊進行傳統(tǒng)的深度優(yōu)先搜索，結(jié)合考慮之前的電網(wǎng)塊間的連接關(guān)系，可得到最終的電網(wǎng)拓撲關(guān)系(如圖4所示)。(2)當單獨的斷開開關(guān)電網(wǎng)塊中的開關(guān)由斷開變?yōu)殚]合，則在根據(jù)最初的設(shè)備鄰接關(guān)系表找到與該開關(guān)連接的電網(wǎng)塊，在最后得到全網(wǎng)拓撲時考慮進去即可(如圖5所示)。在實際的電網(wǎng)拓撲變化過程中，上述兩種情況存在同時發(fā)生的情況，應(yīng)當結(jié)合考慮。最后根據(jù)局部重建之后產(chǎn)生新的電網(wǎng)塊以及更新的電網(wǎng)塊之間的連接關(guān)系可以得到需要的最新電網(wǎng)拓撲，最終得到最新全網(wǎng)拓撲的流程圖如圖6所示

3算例分析

3．1算例算例一華東某區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備元件總數(shù)為1613個，其中開關(guān)間隔總數(shù)為895個，母線總數(shù)為196條，線路總數(shù)312條，變壓器數(shù)量為105個，電源數(shù)量為105個。算例二華東某區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備元件總數(shù)為2411個，其中開關(guān)總數(shù)為1354個，母線總數(shù)為321條，線路總數(shù)442條，變壓器數(shù)量為147個，電源數(shù)量為147個。算例三華東某區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備元件總數(shù)為3186個，其中開關(guān)總數(shù)為1769個，母線總數(shù)為388條，線路總數(shù)593條，變壓器數(shù)量為218個，電源數(shù)量為218個。一般情況電網(wǎng)發(fā)生局部故障時，只有少量開關(guān)發(fā)生變化，根據(jù)這一特點，分別將以上三個不同節(jié)點數(shù)的電網(wǎng)進行算例仿真，其中分塊比例閾值根據(jù)多次實驗經(jīng)驗采用15%，所得到的計算結(jié)果如表1所示結(jié)果。

3．2結(jié)果分析(1)改變開關(guān)間隔狀態(tài)，采用分塊拓撲法和傳統(tǒng)拓撲法能夠得到一致的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu);(2)按分塊比例P%為15%來分塊網(wǎng)絡(luò)，三個不同節(jié)點數(shù)的系統(tǒng)分塊都為11塊，分塊數(shù)量和分塊比例有關(guān);(3)當電網(wǎng)變化中只有斷開開關(guān)間隔變?yōu)殚]合時，分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲法的耗時可以達到只需傳統(tǒng)拓撲法耗時的幾百分之一;(4)當電網(wǎng)變化中只有閉合開關(guān)間隔變?yōu)閿嚅_時，分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲法的耗時也可以達到只需傳統(tǒng)拓撲法耗時的18．5%左右;(5)當電網(wǎng)變化上述(2)和(3)變化同時存在的情況下，分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲法的耗時也可以達到只需傳統(tǒng)拓撲法耗時的18%左右;(6)當電網(wǎng)節(jié)點數(shù)越多，分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲法的速度比傳統(tǒng)拓撲法的速度越明顯。

4結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲法的基礎(chǔ)上，引入了開關(guān)間隔的概念，并建立了根據(jù)開關(guān)間隔比例設(shè)定分塊的方法進行分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲分析的算法模型。根據(jù)算例結(jié)果分析，電力系統(tǒng)分塊網(wǎng)絡(luò)拓撲法比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲法大大提高了電網(wǎng)拓撲分析的速度，對于規(guī)模較大的電網(wǎng)潮流計算以及實時性要求高的電網(wǎng)故障分析具更好的應(yīng)用價值。同時，算例反應(yīng)實際情況，證明了該算法的正確性和可靠性，能夠滿足實際系統(tǒng)運行要求。

作者：童開蒙楊鏡非單位：上海交通大學電氣工程系