電力系統分塊網絡拓撲法的建模范文

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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設備節點模型電網中的設備元件種類繁多，為了簡化說明問題，本文主要考慮有:母線、線路、開關間隔、電源、變壓器與傳統的網絡拓撲建模分為節點類和支路類不同，并將包括支路類的所有設備都抽象節點類，通過不同的編號規則進行區分，根據設備節點的連接關系以及開關的狀態進行網絡結構分析，而忽略設備的其他屬性。

1．2設備鄰接關系表根據節點模型，利用設備鄰接關系表存儲電網的連接信息。圖1為局部電網結構，以電網結構中的一個變電站的接線示意說明，其中共有15個設備元件，編號如圖1所示。實際整體電網將是由多個這樣的變電站通過線路連接而成，這樣電網將由各個變電站中的設備元件以及站與站之間的連接線路組成的所有抽象節點類表征。對示意的15個設備元件進行設備鄰接關系分析，容易判斷任意兩個節點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。通過該設備鄰接矩陣，可以進行設備節點的深度優先搜索。

2網絡分塊拓撲分析算法

網絡分塊拓撲分析算法在利用深度優先搜索的同時，依據搜索到的開關數量占電網開關總數量的比例以及開關的狀態進行網絡分塊，通過局部網絡開關的變化進行局部網絡重建，最終完成全網的拓撲更新。

2．1電網分塊規則在深度優先搜索連接節點的同時，根據一定規則完成每一塊電網分塊來結束一次搜索，結束后再從沒有搜索放進任何電網塊的節點作為起始節點重復整個搜索過程。電網分塊規則如下:(1)具有多個節點的電網塊中的節點構成的圖一定是連通圖，意味該網塊中的開關一定是閉合的;(2)一個斷開的開關間隔看作是一個電網塊;(3)每個電網塊中閉合的開關間隔數不超過電網總開關數量P%，P%＜1，是預設的分塊比例;(4)各個電網塊中的節點不重復;(5)兩個電網塊中的節點如果具有連接關系，則構成了該兩個電網塊的連接關系，存儲為連接信息。圖2電網塊劃分示意圖根據電網分塊規則，假定含有m個設備的電網得到n個電網分塊，設電網分塊集合為B={bj|j=1，2，3，…，n}，則設備元件集合E={ei|ei∈bi，i=1，2，3，…，m，j=1，2，3，…，n}，其中對s≠t，bs∩bi=，并且可以得到電網分塊間的連接關系R={(bs，bt，eν，eγ)|s≠t，ν≠γ，s，t=1，2，3，…，n，ν，γ=1，2，3，…，m}，表明電網分塊bs和電網分塊bt是電氣連通的，兩個連接元件為eν和eγ，具體電網分塊以及連接關系示意如圖2所示，電網分塊實現的流程圖由圖3所示。圖3電網分塊流程圖當電網分塊完成后，根據電網塊與塊的連接關系，容易得到全網的拓撲。應當說明，當整個電網節點不多時，電網塊的連接數目并未比節點本身的連接數目少很多，但是當電網規模龐大的時候，每個電網塊所包含的節點就很多，通過電網塊的連接關系可以簡化整個拓撲的連接關系，減少拓撲分析運算量。

2．2局部拓撲重建在電網完成分塊之后，當電網再次發生拓撲變化時，只要找到發生變化開關間隔所在的局部電網塊對其進行拓撲分析，即可最終對全網拓撲進行分析。主要分以下兩種情況:(1)當電網塊中的開關間隔狀態整體由閉合變為斷開時，對該電網塊進行傳統的深度優先搜索，結合考慮之前的電網塊間的連接關系，可得到最終的電網拓撲關系(如圖4所示)。(2)當單獨的斷開開關電網塊中的開關由斷開變為閉合，則在根據最初的設備鄰接關系表找到與該開關連接的電網塊，在最后得到全網拓撲時考慮進去即可(如圖5所示)。在實際的電網拓撲變化過程中，上述兩種情況存在同時發生的情況，應當結合考慮。最后根據局部重建之后產生新的電網塊以及更新的電網塊之間的連接關系可以得到需要的最新電網拓撲，最終得到最新全網拓撲的流程圖如圖6所示

3算例分析

3．1算例算例一華東某區域電網設備元件總數為1613個，其中開關間隔總數為895個，母線總數為196條，線路總數312條，變壓器數量為105個，電源數量為105個。算例二華東某區域電網設備元件總數為2411個，其中開關總數為1354個，母線總數為321條，線路總數442條，變壓器數量為147個，電源數量為147個。算例三華東某區域電網設備元件總數為3186個，其中開關總數為1769個，母線總數為388條，線路總數593條，變壓器數量為218個，電源數量為218個。一般情況電網發生局部故障時，只有少量開關發生變化，根據這一特點，分別將以上三個不同節點數的電網進行算例仿真，其中分塊比例閾值根據多次實驗經驗采用15%，所得到的計算結果如表1所示結果。

3．2結果分析(1)改變開關間隔狀態，采用分塊拓撲法和傳統拓撲法能夠得到一致的電網拓撲結構;(2)按分塊比例P%為15%來分塊網絡，三個不同節點數的系統分塊都為11塊，分塊數量和分塊比例有關;(3)當電網變化中只有斷開開關間隔變為閉合時，分塊網絡拓撲法的耗時可以達到只需傳統拓撲法耗時的幾百分之一;(4)當電網變化中只有閉合開關間隔變為斷開時，分塊網絡拓撲法的耗時也可以達到只需傳統拓撲法耗時的18．5%左右;(5)當電網變化上述(2)和(3)變化同時存在的情況下，分塊網絡拓撲法的耗時也可以達到只需傳統拓撲法耗時的18%左右;(6)當電網節點數越多，分塊網絡拓撲法的速度比傳統拓撲法的速度越明顯。

4結束語

本文在傳統網絡拓撲法的基礎上，引入了開關間隔的概念，并建立了根據開關間隔比例設定分塊的方法進行分塊網絡拓撲分析的算法模型。根據算例結果分析，電力系統分塊網絡拓撲法比傳統網絡拓撲法大大提高了電網拓撲分析的速度，對于規模較大的電網潮流計算以及實時性要求高的電網故障分析具更好的應用價值。同時，算例反應實際情況，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