電力系統拓撲分析及計算

郭怡嘉 鄭志波 康德 李金科 王詩舒 陳志偉 四川電力職業技術學院

引言

拓撲結構不僅是潮流分析、狀態估計等高級應用的基礎,它也是電力系統網絡分析其他應用軟件的基礎。通過一定的算法計算出網絡的實時結構，從而進行更高級的運算以了解電力網絡的運行狀態和安全穩定性。并且對拓撲圖分析的效果直接影響著工作人員進行故障估計、診斷和其他應用程序的使用效果。

1 深、廣度搜索法

早期的網絡拓撲分析是利用堆棧技術進行搜索。一般是將拓撲結構表述為鏈表關系，用圖論中的搜索技術，如深度優先搜索法和廣度優先搜索法分析節點的連通性。這種方法一般需要建立反映拓撲結構的鏈表，通過處理鏈表實現拓撲分析，然后以搜索回溯的框架, 利用堆棧記錄劃分。由于其基本算法采用“堆棧”原理——先進后出的搜索邏輯，程序不可避免采用遞歸的實現形式，因此編程和維護較復雜，效率較低。況且當應用于實時網絡分析時, 在運算時間上不能滿足要求。

2 啟發式搜索算法

由于在電網的實際運行過程中，狀態頻繁發生變化的開關占少數，因此將追蹤技術引入拓撲分析中，僅在開關狀態發生改變時進行局部拓撲分析，可以減少拓撲分析的計算量。在完成網絡的初始拓撲分析并構筑了電網的結點樹之后，當電網發生開關變位事件時，根據開關變位只造成局部電網拓撲發生變化的特點，采用啟發式搜索算法進行電網結點樹拓撲的跟蹤。針對不同的變位事件，分開關“開”和“合”兩種情況進行分析。實現拓撲跟蹤OO模型的啟發式拓撲分析方法，利用OO技術可擴展拓撲算法的適用范圍。

3 基于關聯矩陣的集合劃分算法

[文獻3]是以SVG圖形模型為基礎，再結合CIM 和XML的特點，采用改進的集合劃分方法基于關聯矩陣的網絡拓撲分析方法，將拓撲分析與代數分析有機結合，這樣可進一步提高計算效率。在改進方法中，先將連接點都新建成各個獨立的拓撲點，其中連接點中包含了與拓撲點的關聯信息，這樣在歸并拓撲點時就避免了遍歷比較；在拓撲點歸并過程中只銷去拓撲點中的信息，而拓撲點對象依然存在，最后在進行一次總的導入。

4 基于OSPF協議的算法

目前獲取網絡拓撲普遍采用的方法是基于SNMP協議或ICMP協議的主動探測技術，但此類技術容易增加網絡負擔，影響其正常運行。提出了一種基于OSPF協議數據庫描述報文和鏈路狀態更新報文的拓撲分析算法。因為OSPF協議報文中含有網絡拓撲信息，為有效處理報文數據，所以采用這種算法。該算法的主要思想是：將OSPF協議報文按區域劃分，采用模擬路由器的工作方式構造鏈路狀態數據庫，分別計算各個區域的拓撲，再利用邊界路由器連接分散的拓撲得到完整的網絡拓撲。

5 無線抄表系統拓撲圖

5.1 拓撲圖：

5.2 ZigBee無線通信技術主要特點：

5.3 產品：

5.3.1 RS485/ZigBee采集器：

完成ZigBee無線信號和RS485信號的互相轉換以及帶有RS485功能儀表的數據采集。實現帶有RS485功能儀表的無線集抄。RS485通訊規約完全符合DL/T 645－1997《多功能電能表通訊規約》的要求。主站通過無線通訊可對采集器進行編程設置，可編程設置項目包括：RS485通信波特率、電表號自動發現、同步時間、無線通訊頻率等。

5.3.2.網關及集中器

網關的組成包括兩個部分：ZigBee網絡協調器和接口轉換。ZigBee網絡協調器的功能是：通過這個協調器可以管理其下的一個ZigBee網絡。接口轉換的功能是：通過配置特定的接口類型，可以把ZigBee網絡的信息轉換到外界的通用接口，如RS232/485、GPRS、Ethernet、USB，方便計算機通過這些通用接口對ZigBee網絡進行管理。集中器是在網關功能的基礎上更具有采集任務、數據存儲、告警事件等功能。

5.3 大用戶配變系統

5.3.1 拓撲圖

5.3.2 介紹：

目前占有電力部門營業額的80%是工業用電,要降低線損和不必要的人為損失就要對其進行有效的管理,降低線損率也是電力部門年度考核的一個主要的指標,大用戶配變系統的功能及尺寸就是控制用電情況,實時監測線路運行情況,實時上報數據,防竊電,事件實時報警的等功能，以達到適應現代化、規范化的管理發展需求。

6 結語

以上幾種利用數據結構加上特定的算法來實現拓撲分析的改進方法，目的是為了加快拓撲的速度和效率，得到準確的拓撲結構。以及通過拓撲圖來了解其運行流程，更加客觀分析運行中存在的問題，便于快速解決。