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用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法


华北电力技术/980803

华 北 电 力 技 术
NORTH CHINA ELECTRIC POWER 1998年 第8期

科技期刊

用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法
长沙电力学院(长沙 410077)  竺 炜 李卫国 湖南大学(长沙 410082)  周有庆 文 摘 通过对传统的电力网

络拓扑分析方法的分析,针对DTS的特殊性要求,采用了一种实用、 简单可靠、快速的拓扑分析方法。实例证明,该方法可靠性高,并能很好地满足实时性要求。 关键词 DTS 拓扑分析 电力网络   电力系统调度员培训仿真器(称DTS)是用计算机模拟一个连续运行的电力系统。当开关发生 变位时,电网的结构发生变化,运行状态也发生变化。DTS在仿真计算时,首先就要根据电网的 开关状态分析判断出电网的结构(即拓扑),这就是电力网络拓扑分析模块的功能。它是动态潮 流、安全分析、动态仿真等模块的基础。   电力网络拓扑分析实质:根据开关状态迅速准确地进行大量的逻辑运算,形成计算用的结点 ——支路模型[3]。当开关状态发生变化时,能迅速地形成新的结点——支路模型。   DTS在仿真计算时有其一定的特殊性,而且对可靠性和实时性要求很高。本文采用了一种能 满足要求的、简单使用的电网拓扑分析方法。 1 传统的电力网络拓扑分析方法   一般定义描述开关的物理连接点称为物理节点,定义通过闭合开关连接在一起的节点集合为 逻辑节点。网络拓扑分析由两部分组成,第一步是厂站的接线分析,采用堆栈技术和深度优先算 法进行搜索[1],根据厂站内开关的状态,将由闭合开关相连的所有物理节点集合成一个逻辑节 点:第二步是系统网络分析,采用同样的搜索方法,根据支路的连接情况,将整个系统的逻辑节 点由支路连接成若干子系统。例如图1所示的三个厂站的模型系统[1],在当前开关状态下,经 厂站接线分析共有6个逻辑结点,经系统网络分析得2个子系统(如图2)。   

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图1 模型系统

图2 母线分析和网络分析结果 当开关状态发生变化后,传统的拓扑分析需重新在每个厂站内进行搜索,并重新为逻辑节点编 号。但开关变位不会同时发生很多,仅仅造成局部网络状态变化。为提高局部网络状态变化时的 拓扑分析速度,参考文献2提出了一种追踪网络变化的拓扑处理方法;参考文献3提出一种缩小局 部拓扑搜索范围和局部拓扑处理的方法。所以一般的电力网络拓扑分析步骤是:   (1) 全网拓扑分析。首先是所有厂站的接线分析,再是系统网络分析,得出各个子系统内的 逻辑节点——支路的系统模型。   (2) 局部网络拓扑修正。当开关变位时,判断出开关变位的厂站和电压等级,仅对该厂站的 该电压等级重新进行接线分析,再进行系统网络分析。   在DTS动态过程的仿真中,对电网拓扑分析有一定的特殊要求。在进行实时动态潮流计算 时,要求算一些开关潮流(如单母分段开关、母联开关、3/2接线的开关、四边形接线开关等);在 进行继电保护的数值仿真时,要计算流经开关的短路电流。这时候传统的拓扑分析方法就不一定 能胜任,因为它得到的是逻辑节点——支路模型,潮流计算得到的是支路(线路、变压器支路等) 上的潮流及逻辑节点上的输入/出有功和无功,而逻辑节点内物理节点间的潮流和短路电流(即某 些开关上的潮流和短路电流)是无法计算的。   还有,传统的拓扑分析方法在进行局部网络拓扑修正时,由于开关的变化,一个逻辑节点可
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能会分裂成两个或多个逻辑节点, 两个或多个逻辑节点也可能会合并成一个逻辑节点,这样一 来电网导纳矩阵的总阶数也要发生变化,处理起来就复杂了。参考文献4将网络拓扑数据采用物 理节点-逻辑节点-子系统的三层链表结构表示,将拓扑变化归结为四类用于导纳矩阵修正的逻辑 节点,识别跟踪并采用不同的方法修正导纳矩阵。参考文献3定义电网所有的开关闭合时形成的 逻辑节点为初始逻辑节点,那么任何开关操作形成的逻辑节点数都不可能少于初始逻辑节点数, 导纳矩阵的修正也就简单一些。 2 一种实用的电力网络拓扑分析方法   按对电网拓扑的影响,将开关分类:   (1) 对拓扑无影响的开关,如发电机开关、负荷开关;   (2) 对逻辑节点有影响的开关;   (3) 对子系统有影响的开关,如支路开关。   使逻辑节点发生变化的开关主要是母联开关、母线分段开关、3/2接线开关、环行接线开关 等。   在对电网接线形式进行分析归类后可以发现,厂站的主要接线形式是双母带旁路、单母分段 带旁路等,对这类接线形式进行物理节点——逻辑节点的拓扑分析意义不大,可将母线直接定义 为计算用的节点,母联开关、母线分段开关当支路。传统的拓扑分析方法的这一步主要是针对特 殊接线形式,如3/2接线开关、环行接线等,但这类形式并不多,可将这些形式的开关当支路处 理,计算的节点数增加得也不多。这样一来,全电网的开关上的潮流和短路电流都可求得。   因此采取如下措施:   (1) 除原有的支路外,将一些特殊开关(母联开关、母线分段开关、3/2接线开关、环行接线 开关等)当作支路,并赋以小阻抗;   (2) 重新定义节点,将原支路端点、各母线段和开关支路的端点定义为节点,电网的拓扑模 型就仅仅是节点——支路模型。   此时的电网拓扑分析就是根据节点间的支路的开关状态进行全网的连通性搜索,形成若干个 连通子系统,省去了物理节点——逻辑节点这一步。当支路开关变位导致拓扑变化后立刻进行全 网的连通性搜索,不再进行局部网络拓扑修正。电网的任何开关操作都不会影响节点数,全网导 纳矩阵的总阶数是恒定的。所以整个电力网络拓扑分析的步骤就只是全网的连通性搜索。   电网拓扑分析(连通性搜索)的算法在图论中就是无向图的遍历(traversing graph)问题[4],电 网节点对应图的顶点,要计算潮流的开关和支路对应图的边。对无向图进行遍历,即从图中某一 顶点出发访遍图中其余顶点,且使每个顶点仅被访问一次;对于连通图,仅需调用搜索过程一 次。对非连通图,则需多次调用搜索过程。而每次调用得到的顶点访问序列恰为其各个连通分量 中的顶点集。   图的遍历算法是求解图的连通性问题的基础。深度优先和广度优先搜索法都能适用,参考文 献4认为广度优先法比深度优先法的拓扑分析速度和搜索稳定性都高。通过分析,本文认为关键 在于深度优先法程序实现依赖于堆栈和递归调用;广度优先法的程序实现采用了队列技术。递归 调用的程序的运行效率比较低,无论是时间还是空间都比非递归程序更费。本文采用深度优先法 和广度优先法进行全网连通性搜索,并进行比较。 3 算例   在北京清华仿真工程研究所利用“广东电网仿真系统”的数据库,编写了基于广度优先和深 度优先两种算法的网络拓扑搜索程序。数据库中广东电网的规模为:厂站数98、发电机台数58、 负荷并关164、开关总数882、支路数498、节点数391。用这两个程序对广东电网进行了拓扑分 析,把391个节点和498条支路分成了66个子系统,并测出搜索过的节点数和程序用时,程序运行
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的硬件平台是RICS工作站Sun Sparc 20,软件平台是UNIX操作系统,PANDA实时数据管理系统。 程序运行用时如表1。 表1 程序运行用时ms 搜索算法 深度优先法 广度优先法 时间 26 14

  Sun Sparc20工作站的性能并不算最好,但由表1可见,采用本文方法的电网拓扑分析速度很 快,特别是采用广度优先算法,能很好地满足DTS电网仿真的实时性要求。 4 结论   本文分析了传统的电力网络拓扑分析方法在DTS仿真中的局限性,根据DTS的要求和特点, 采用了一种简单实用的电力网络拓扑分析方法。该方法基于如下几点:   (1) 解决开关潮流和短路电流计算问题;   (2) 保持全网导纳矩阵的阶数恒定,简化开关操作后导纳矩阵的修正;   (3) 由于计算机技术的发展,在满足仿真实时的前提下,尽量简化拓扑分析方法和程序,以 满足DTS可靠性要求。   因此在该方法中将一些开关当作支路,重新定义节点,拓扑分析的步骤简化为全网连通搜 索,并保持全网导纳矩阵的阶数恒定,使编程简单可靠。尽管采用此方法使网络方程的阶数有少 量增加,但由于电网的稀疏性,因此在网络计算时对复杂度产生的影响是很有限的。实例证明, 该方法简便可靠,易于实现,能很好地满足DTS电网仿真的实时性要求。 致谢:衷心感谢北京清华仿真研究所的王心丰教授。 参考文献 1 于尔铿等.电力系统状态估计.北京:水利电力出版社,1985 2 Prais M,Bose A.A Topology Processor That Tracks Network Modifications over Time.IEEE on PWRS,1988,3(3) 3 朱文东等.电力网络局部拓扑的快速算法.电网技术,1996,(3) 4 万华等.用于培训仿真的快速网络拓扑形成与跟踪、修正算法.电力系统自动化,1995,(5)

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用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 竺炜, 李卫国, 周有庆, Lan Wei, Li Weiguo, Zhou Youqing 竺炜,李卫国,Lan Wei,Li Weiguo(长沙电力学院,长沙,410077), 周有庆,Zhou Youqing(湖南大学,长沙 ,410082) 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER 1998(8) 8次

参考文献(4条) 1.万华 用于培训仿真的快速网络拓扑形成与跟踪、修正算法 1995(05) 2.朱文东 电力网络局部拓扑的快速算法 1996(03) 3.Prais M;Bose A A Topology Processor That Tracks Network Modifications over Time 1988(03) 4.于尔铿 电力系统状态估计 1985

引证文献(8条) 1.潘世奇.俞凯 调度操作防误管理系统的开发和应用[期刊论文]-浙江电力 2010(2) 2.章立宗 地调SCADA/EMS/DTS系统模式研究[学位论文]硕士 2006 3.韩国政 基于间隔的电力网络拓扑分析[学位论文]硕士 2006 4.张百舸.姚学武.田丽华 网络拓扑着色的矩阵方法及其在电力系统中的应用[期刊论文]-吉林电力 2005(4) 5.谭海龙.常鲜戎.项丽.王冬辉 DTS中网络拓扑快速形成与局部修正的实用方法[期刊论文]-电力自动化设备 2005(3) 6.于辉 面向对象技术电力系统网络拓扑分析的研究[学位论文]硕士 2005 7.竺炜.陈元新.穆大庆.李欣然.李卫国 结合实验室建设探索产学研相结合的途径[期刊论文]-实验室研究与探索 2002(5) 8.竺炜.穆大庆 电力网络实时拓扑分析的两种算法的实现[期刊论文]-长沙电力学院学报(自然科学版) 2001(2)

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