周步祥1!刘欣宇2
(1.四川大学电气信息学院9四川省成都市61006532.重庆电力公司调度通信中心9重庆市400014)家庭自制黄豆芽机
摘要!根据配电网的结构特点9在分析影响配电网拓扑结构的设备属性的基础上9提出了配电网的设备模型和网络图形模型9包括母线模型\线路模型和开关模型9并由此提出了一种既便于计算机图形处理9又能够准确\可靠地描述配电网拓扑结构的拓扑分析方法O实际应用表明9这种基于网络图形的配电网拓扑分析方法具有较大的实用价值O 关键词!配电网9网络图形9拓扑分析
中图分类号!TM7119TM727.2
引言
随着电力事业的发展9我国电力工业已从单纯
重视建设电源和输电网络9发展到在建设电源和输
电网络的同时加强配电网络的建设O但是9由于长
期以来配电网络的建设缺乏规划性9结构上随意性
比较大9有辐射形网络\环形网络等9给配电网的运
行和管理带来了诸多不便O
在配电网改造过程中9迫切需要一种对配电网进行有效\科学管理的方法[192]9而配电网运行管理的关键技术问题之一就是要能准确\可靠地分析配电网的拓扑结构O在配电网运行过程中9运行人员使用的是描述配电网设备组成和结构的直观图形9它与用于配电网分析计算的网络拓扑图形的表示方法不一致O
本文从配电网的结构特点出发9在研究配电网关键设备及其属性的基础上9提出了一种实用的配电网设备模型9并在此基础上给出了基于网络图形的配电网拓扑分析算法9它不仅便于构成运行人员实用\直观的计算机图形9而且能够准确\可靠地描述配电网拓扑结构9通过实际系统运行9验证了该算法的实用价值和推广价值O
配电网设备模型
配电网主要由变电站或开关站的母线\配电线路\各种开关及负荷母线组成9配电网是将这些设备有机地结合在一起9完成配电工作O图1给出了典型的配电网结构O
根据图19配电网D由母线B\配电线路L和开关BR组成9其中母线又分为变电站母线\开关站母
图l典型的配电网结构
F i g.l T yp ical struct ure of distri bution net work
线和负荷母线9开关则分为母联开关\出线开关\分段开关和联络开关O因此9配电网可以定义为I
D={B i9L j9BR i=1929"9n3
j=1929"9m3=1929"9l}(1)式中I n9m9l分别表示配电网中的母线数\配电线路数和开关数O
为进一步描述配电网9可将组成配电网的设备模型统一定义为I
设备名
{
编码3
水台
类别3
图形属性3
关联属性3
管理属性3
}
模型中的编码是根据设备的大类(母线\线路\开关)按照一定的规则统一标识3 类别用于进一步标识该设备属于某一大类中的某一类(例如9开关设备中的母联开关\出线开关或分段开关等)3 图形属性用于描述该设备在图形中的位置3 关联属性用于描述配电网中各类元件之间的相互关联关
76
第27卷第16期200 年8月25日Vol.27No.16 Au8.259
200
收稿日期C2002-07-079修回日期C2002-08-26O
系9主要是开关与线路\母联开关与母线\母线与线路\线路与节点\母线与节点的关系等9它们将直接影响网络的拓扑结构；管理属性H主要用于配电网运行管理9可分为安装属性和运行属性9本文不做进一步的讨论O
2配电网图形模型
在配电网分析计算中9每条母线都看成一个节点9配电线路作为节点间的连线9由此形成配电系统的拓扑结构O由于配电网的复杂性和配电网运行人员的需要9两个节点之间不一定用一条直线相连9可能会考虑图形的美观\线路的实际走向9通过多个线段将它们连接起来O因此9为了能直接从运行用的网络图形获得分析计算用的拓扑结构9必须建立科学\合理的网络图形模型O由式(1)可知9配电网图形中包含的主要设备为：母线\线路\开关O
2.母线模型
根据配电网母线的特征9结合网络图形和拓扑分析的要求9定义母线模型为:
B=<BuS Code9C9[BR]9S t at e9GP9MP}(2)式中:BuS Code描述的是母线编码9系统中每条母线的编码是惟一的;C是母线的分类信息9用来描述母线的类别(变电站母线\开关站母线\负荷母线);BR 是与该母线相关联的母联开关信息9它可以存在9也可以不存在;S t at e描述母线的运行状态(是否带电运行);GP和MP分别为母线的图形属性(图形坐标\颜等)和管理属性(型号\厂家\电气参数等)O 以下各种模型中均有类似的属性9将不再一一说明O 利用母线模型构成网络图形时9具体规则为:
a.一个母线图元表示一条实际母线;
b.如果在已有的母线图元上增加母联开关9则在母联开关处将该母线分割为2个母线图元9这2个母线图元将与母联开关关联O
根据以上规则9图1中的母线B19B29B 均可用上述模型描述O B 是一条负荷母线9它不与母联开关关联;B1和B2是变电站母线(或开关站母线9根据实际系统确定)9它们均与母联开关BR1关联O 在制作网络图形时9可以先画一条母线B19然后在B1上增加母联开关BR19系统将自动把B1分成B1和B2两条母线9并均与BR1关联9修改相应的图形属性9提示输入相应的管理属性O
2.2线路模型
在建立线路的网络图形模型之前9首先定义线路元的概念O网络图形中描述线路的独立的线段称为线路元9具体可描述为:
E l=<Ecode9J19J29Nu m9[BR]9GP9MP}()
式中:Ecode是系统对线路元的编码;J19J2分别为描述该线路元的线段的2个端点(称为结点);Nu m 是线路元所在线路的编号9它是线路和线路元的对应标志;BR为与该线路元关联的开关设备9可以存在9也可以不存在O这里的结点H仅仅是图形模型中的一个概念9并不是通常电网中的节点H O 利用线路元构成网络图形时9具体规则为:
a.每个线路元的两端都是结点9且线路元只能以结点为顶点9结点不能出现在线路元的中间;
b.一个线路元上只能有一个开关O如在已有开关的线路元上增添新的开关9将自动把这个线路元分割为
2个线路元9每个线路元上将分配获得一个开关O
因此9一个线路元的首端或末端可能有悬空\与其他线路元相连\与某条母线相连种情况9J1和J2为线路元两端点的编号O图1中91和292和9和4之间均为一个线路元9其中端点1与母线B1相连9端点29与其他线路元相连9端点4悬空O 根据线路元模型9可以得到线路模型:
L=<Nu m9<E l1}9MP}(4)式中:1满足<1E l
1
(Nu m)=Nu m};Nu m为线路基础桩
编号;<E l
ca34201
}是一个线路元的集合9即线路是线路元的集合O
利用线路模型构成网络图形时9除了要遵循线路元的规则以外9还必须注意9同一条线路上不同材料的段应定义为不同的线路元9以便于线路参数的计算和分析O图1中9线路L1是由1和292和9和4之间的线路元组成9它们分别关联了开关BR29 BR49BR5O
2.3开关模型
综合考虑配电网开关的特征9定义开关模型为: BR=<T yp e9ML9CX9FD9LL9S t at e9GP9MP}
(5)式中:T yp e为开关的分类信息9用来确定开关种类：母联开关在ML中说明开关连接的2条母线的信息；出线开关在CX中说明变电站(开关站)信息；分段开关在FD中说明线路分段信息；联络开关在LL 中说明它连接的2条配线信息;S t at e用于记录开关的运行状态O
形成网络图形时9定义开关的规则为:
a.母联开关的定义应在完成母线定义后立即完成9以免影响线路和结点的关系;
b.其他开关的定义可在线路完成后进行O
开关和线路的关联关系在线路元模型中已经定义9因此开关模型中不再定义它们之间的关联关系O
86200 927(16)
3配电网拓扑分析算法
根据定义的模型可以方便直观地完成配电网的网络图形的绘制9并可根据网络图形进行配电网的拓扑
分析o拓扑分析中包括2类基本元素：节点(node)与线(li ne)o
G节点7与网络图形模型中的G结点7不同o G结点7包含了所有的G节点79网络图形中的结点只有符合以下任一条件时才能成为网络拓扑中的G节点7:①由母线构成的结点(如图1中的195914);②一个结点与个或个以上的线路元相关联(如图1中的7910);③只有1个线路元相关联的结点(如图1中的499911)o
网络拓扑中的G线7和模型中的G线路7也并不等价o一条G线路7可能包含很多G线7；出于地理等原因可能把一条连通的配电线路划分为多条G线路79这样一条G线7又可能包括多条G线路7o
G节点7和G线7的定义如下:
Node={Nu m9J1}(6)
式中:Nu m表示节点的编号;J
1
表示该节点对应的结点编号o
L i ne={Nu m9{E l1}9N i9N j}(7)
式中:Nu m表示线的编号;{E l
1
}表示所有属于这条
线的线路元集合;N
i 和N
j
表示G线7首尾连接的节
煤矿井下定位系统点信息o
3.Node的分析算法
该算法只需初步确定符合条件的Node元素9条件如下:①所有的母线结点;②判断母线开关的状态9决定其连接的母线是作为几个节点运行;③连接了个以上线路元的结点(如T型节点);④只连接1个线路元的结点(该结点是线路末端);⑤通过判断其他开关的状态9还可能增加新的节点o
搜寻完毕后9将建立Node矩阵或Node
S
(S=19 29 9n)数组9以存储网络拓扑节点信息o
3.2L i ne的分析算法
根据配电网拓扑和网络图形模型的特点9形成L i ne矩阵的算法如图2所示o
停止条件分别为:①遇到G联络开关7或断开的开关;②线路(线路元)连接到其他节点o
另外9在具体实现上述算法的过程中9在搜索G L i ne7时9为避免重复搜索9在搜索过程中将建立相应的标志；为了提高拓扑分析的速度9当网络结构发生变化时(改变开关状态等)9拓扑分析算法将从导致配电网结构发生改变的操作点出发9对本次操作引起的局部拓扑结构变化进行重新计算9避免了对整个网络的所有组成元素都进行重新分析9在保证
图2L i ne搜索算法流程
F i g.2F l ow chart of t he li ne searchi n g
准确性的前提下大大提高了运算速度o
利用上述配电网图形结构模型和拓扑分析算法9已在成都电业局锦江供电局建立了G配电网络运行管理系统79该系统集配电网运行仿真故障管理设备及日常工作管理等功能于一体9较好地解决了当前配电网运行中的管理问题o
4结语
本文提出的图形结构模型和配电网拓扑分析算法很好地实现了配电网的构建和在线拓扑分析9能够满足现代电力企业的供电配电运行管理工作的需要9对于提高配电网运行水平有较好的理论意义和实用价值o
参考文献
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刘欣宇(1977T)9男9硕士9主要从事电力系统自动化\计算机应用等方面的科研及工程工作O
96
!研制与开发!周步祥等
基于网络图形的配电网拓扑分析方法及应用
NET WORK GRAPH-BASED POW ER D ISTRI B TI ON NET WORK TOPOLOGY
ANALYS IS AND I TS APPLI CATI ON
ZhOu Bu1ian g1,i u in u2
(1~S ichuan Uni verSit y,Chen8du610065,Chi na>
(2~Chon8<i n8E l ectric Po Wer Co m p an y,Chon8<i n8400014,Chi na>
Abstract:A ccor di n8t o t he Str uct ural characteriSticS of a diStri buti on net Wor k,t he device modelS and net Wor k8ra p h modelS f or t he diStri buti on S y Ste m,i ncl udi n8t he buS model,li ne model and S W itch model,are p r o p oSed baSed on an anal y SiS of t he device p r o p erti eS t hat i nfl uence t he t o p ol o8ical Str uct ure of t he diStri buti on S y Ste m~A t o p ol o8y anal y zi n8m et hod f or t he diStri buti on S y Ste m iS p r o p oSed,Which iS ca p abl e of not onl y f acilitati n8co m p uter8ra p hicS p r oceSSi n8,but alSo accuratel y and reli abl y deScri bi n8t he t o p ol o8ical Str uct ure of t he diStri buti on S y Ste m~It haS been Sho Wn i n p ractice t hat t hiS al8orit h miS of f airl y hi8h p ractical val ue~
K e y words:diStri buti on net Wor k;net Wor k8ra p h;t o p ol o8y anal y SiS
(上接第52页conti nued f r o m p a8e52>
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俎云霄(1964->女博士现在清华大学电机系进行博士后研究主要从事电路与系统~信号处理~路由算法和图论方面的研究E-m ail:zu y x＠m ail.tSi n8hua.edu
庞浩(1976->男博士研究生主要从事电路与系统及高性能数字电路的研究
李东霞(1975->女硕士研究生主要从事电路与系统~变压器故障保护的研究
A METHOD OF REACTI VE POW ER MEAS RE MENT BASED ON H I LBERT D I G I TAL FI LTERI NG
Zu Yun1iaO,pan g~aO,i DOn g1ia,w an g Zan j i
(T Si n8hua Uni verSit y,Bei J i n8100084,Chi na>
Abstract:A~il bert di8ital filteri n8techni<ue f or reacti ve p o Wer m eaSure m ent iS p r o p oSed~The m et hod iS not onl y vali d i n t he Si nuSoi dal conditi on,but alSo i n t he non-Si nuSoi dal conditi onS under certai n defi niti on~The reacti ve p o Wer iS m eaSured b y firStl y Sa m p li n8t he volta8e and current Si8nalS,and t hen b y directl y i m p le m enti n8~il bert di8ital filteri n8techni<ue and So m e Si m p l e calculati onS~The err orS i ntr oduced b y t he m eaSure m entS of t he acti ve p o Wer and t he r oot-m ean-S<uare val ueS of volta8e and current i n t he exiSti n8m et hodS can be avoi ded~In additi on,becauSe of t he excellent f re<uenc y reS p onSe of t he deSi8ned~il bert filter,t he hi8h accurac y of t he m eaSure m ent f or hi8h har monicS can be8uaranteed~M ean While,t he p oSiti ve or ne8ati ve val ue of t he m eaSured reacti ve p o Wer alSo i ndicateS t he l oad characteriSticS~Exce p t f or A/D converSi on f r o m volta8e and current Si8nalS,all p r ocedureS of t he al8orit h m are di8itall y p erf or m ed~~ence,t he p r o p oSed m et h
od iS Si m p l e and eaS y t o be realized~ The m et hod haS been uSed i n t he deSi8n of a multi-f uncti onal p o Wer i nStr u m ent~
K e y words:reacti ve p o Wer m eaSure m ent;har monicS;~il bert filteri n8;di8ital filteri n8
07200 !27#16$
基于网络图形的配电网拓扑分析方法及应用
作者：周步祥， 刘欣宇
作者单位：周步祥(四川大学电气信息学院，四川省成都市,610065)， 刘欣宇(重庆电力公司调度通信中心，重庆市,400014)
刊名：
电力系统自动化
英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS
年，卷(期)：2003,27(16)
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