1、基于廣度優(yōu)先搜索的電力網(wǎng)拓撲分析方法于廣度優(yōu)先的快速網(wǎng) 網(wǎng)絡接線形式和結構點和支路，使拓撲過程不受 撲分析，增強了算法的通用針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲方 法多次重復搜索路徑、效率低、速度慢的 缺點，文章提出一種基 絡拓撲方法。該方法將電力設備抽象為節(jié)的約束，對輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)可統(tǒng)一進行拓性。同時，該方法利用節(jié)點-支路鄰接表，加快了拓撲速度。開關狀態(tài)改變時，通過修改節(jié)點一支路鄰接表，可進行局部重新拓撲，提高了拓撲靈活性。實際應用中，該方法可以滿足系統(tǒng)對各電壓等 級網(wǎng)絡拓撲的要求。1 引言近年來，隨著計算機 技術的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)應用軟件越來 越多的采用基于圖形數(shù)據(jù)庫一體化平臺來實現(xiàn)狀態(tài)估計、潮流計算、無功

2、優(yōu)化等系統(tǒng)的計算與分析。這類軟件通過網(wǎng)絡跟蹤技術和拓撲連通性分析，建立圖形平臺上設備的節(jié)點連接關系。電力網(wǎng)絡結構拓撲分析則是根據(jù)這種圖形連接關系和開關實時信息，劃分計算用節(jié)點數(shù)，形成新的網(wǎng)絡接線形式。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲分析，主要采用堆棧技術和深度優(yōu)先的搜索算法，其缺點在于重復搜索支路，造成搜索效率低下，速度較慢。采用基于節(jié)點融合的拓撲分析方法，忽略了多端口支路如三相變壓器對拓撲過程的影響。同時，拓撲過程需要設備節(jié)點的母線號，定程度上限制了這種方法的應用。本文提出一種基于廣度優(yōu)先的拓撲算法。該算法僅需設備端口節(jié)點號，可接表，大大加快了全以對任何結線方式下多電壓等級的網(wǎng)絡進網(wǎng)拓撲速度。同時根據(jù)實際情況

3、，可對局行拓撲。利用節(jié)點-支路鄰部電力網(wǎng)絡進行拓撲，從而快速準確地反映網(wǎng)絡實時接線狀態(tài)。2 拓撲模型網(wǎng)絡結構拓撲，僅根 據(jù)圖形平臺上設備的節(jié)點連接關系和開關 狀態(tài)進行分析，忽略設 備的其余屬性。因此 ，可將圖形設備模型處理成以下兩類抽象 模型：（1）節(jié)點類，表示網(wǎng)絡圖 中的節(jié)點。包括單端口有源設備（如母線 、負荷、發(fā)電機等）和 設備間的電氣連接點 ；（2）支路類，表示網(wǎng)絡圖 中的兩端口支路。包括單端口設備（如并 聯(lián)電容器，等值為一端 接地的支路） 、雙端口設備（如閉合開關 與刀閘、線路、雙繞組變壓器、串連 電抗器等， 等值為二端點的支路 ）和三端口設備（如三繞組變壓器，等值 為呈 Y 形分布的

4、三條支路） 對于斷開的刀閘和 開關，可以不計入支路類。圖形平臺上電 力系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構可以用一 個 有向圖描述。3 網(wǎng)絡拓撲方法3.1 節(jié)點-支路鄰接表的建立利用節(jié)點-支路鄰接表存儲圖形平臺上電力網(wǎng)絡 結構的連接信息。圖 1 所示的網(wǎng)絡中節(jié)點 -支路鄰接表的形式如圖 2 所示。圖1網(wǎng)絡接線示意圖J| t i 8LL1I疝h| ftM i I*JM圖2 節(jié)點-支路鄰接表i 首庖1.7 Jj 1 莆點歩節(jié)重9圖2中節(jié)點-支路鄰接表以順序表的方式存放節(jié)點v1vn ,節(jié)點vi的支路鏈表中存放了與vi相連的所有支路。這樣，一條支路在鄰接表中有兩條記錄。為避免在拓撲過程中重復處理支路，需要 給支路記錄添加訪

5、問標志。利用節(jié)點-支路鄰接表，可直接尋找相鄰節(jié)點及相關支路，力口快了網(wǎng)絡的拓撲速度。3.2拓撲算法描述通常，網(wǎng)絡結構拓撲 分為兩個步驟：第一步進行變電站母 線分析，合并相連接的母線；第二步進行 網(wǎng)絡分析，將全網(wǎng)劃分為若 干 個子系統(tǒng)。傳統(tǒng)方 法主要采用深度優(yōu)先的搜索策略，該算法 從某一節(jié)點出發(fā)，沿支路搜 索到 某條路徑的末端，再回溯到該搜索路徑的節(jié)點，繼續(xù)搜索 新的分支路徑，直到搜索完 所有支 路和節(jié)點。利 用該算法對圖1所示網(wǎng)絡進行拓撲，各節(jié)點的 訪問次序如圖3所示，算法流 程圖如圖4所示。件戌I *盧3 f雪貞J f節(jié)芒r -豈白& f節(jié)點節(jié)茍Ja乂書點號圖3節(jié)點搜索次序由上述可知，進行深

6、 度優(yōu)先搜索時，只考慮節(jié)點的一條連接支 路而忽略了其余分支， 因此該方法需要重復 搜索節(jié)點的連接支路，以尋找新的搜索路 徑，搜索效率低，同時，還 需要利用堆棧保留原搜索路徑才能按原路徑進行回溯。本文提出了一種基于 廣度優(yōu)先的網(wǎng)絡拓撲算法，克服了傳統(tǒng)方 法的缺點，將母線分析 和 結線分析統(tǒng)一在一 個拓撲過程中。這種方法從某一母線節(jié)點 出發(fā)，利用建立的節(jié)點-支路鄰接表，查找所有 與該節(jié)點相連的支路，根據(jù)支路類型對支 路作拓撲處理。并通過相連支路，搜索所有未曾 被訪問的鄰接點。再從鄰接點出發(fā)，按廣 度優(yōu)先策略搜索下一層節(jié)點，直到所有與該母線節(jié) 點有電氣聯(lián)系的節(jié)點都被訪問。這樣，可以從全網(wǎng)中劃分出一個

7、子系統(tǒng)，接著從下一個未 曾被訪問的母線節(jié)點出發(fā)，按上述步驟劃 分出第二個子系統(tǒng)，直至所有的母線節(jié)點都被訪問過，全網(wǎng)拓撲結束。拓撲結束后，沒有 被訪問過的支路即表示不帶電的孤立元件。利用本文提出的算法 對圖1所示網(wǎng)絡進行拓撲，從母線節(jié)點1出發(fā)，各節(jié)點的訪問次序如圖5，拓撲后網(wǎng)絡模型見圖6。點丄一 VflB圖5節(jié)點搜索次序.-一 - 9 吳 也 1作2點羽節(jié)虎！譽點】* X 3) 詬芒薩I 節(jié)左入4卻ijft&葫吉占A節(jié)占打圖6等值網(wǎng)絡拓撲模型按上述方法進行網(wǎng)絡 拓撲，對于每一層節(jié)點，其連通的所有支路在處理該節(jié)點時都被搜索到，不存在對已搜索的路徑進行回溯、尋找新的分支路徑的問題。而且，搜索每一個節(jié)

8、點的所有相連支路及鄰接點的次數(shù)必定只有一次，避免了多次重復搜索節(jié)點的問題，提高了拓撲效率。在拓撲過程中，僅根據(jù)支路類型處理支路的端節(jié)點，形成支路與節(jié)點的拓撲信息，把廠站母線分析和電氣島劃分統(tǒng)一處理，可對多電壓等級的網(wǎng)絡結構進行拓撲,增強了算法的通用性3.3局部拓撲處理開關的開合會引起網(wǎng) 絡結構的變化，需要對網(wǎng)絡進行重新拓撲。實際情況中，往往是屬于一個子系統(tǒng)的少量開關狀態(tài)發(fā)生變化，可結合網(wǎng)絡特點進行局部拓撲。本文直接根據(jù)開關影 響范圍對網(wǎng)絡進行局部拓撲。開關狀態(tài)的變化，僅僅影響同一電壓等級的網(wǎng)絡，因此，只會影響到一個或兩個子系統(tǒng)的結構，而對其它子系統(tǒng)不產生影響。利用這些特點，根據(jù) 開關狀態(tài)的變化

9、改變節(jié)點-支路鄰接表，采用上節(jié)所述算法進行網(wǎng)絡拓撲時，根據(jù)全網(wǎng)拓撲中形成的節(jié)點和支路所屬電壓等級、所屬子系統(tǒng)等相關信息,篩選出受開關變化影響的節(jié)點類和支路類，對這部分網(wǎng)絡重新進行拓撲。這樣，極大地減少了網(wǎng)絡拓撲范圍,提高了拓撲效率。4算法流程根據(jù)上述分析，本文 提出的基于廣度優(yōu)先的拓撲方法可用圖7所示的流程表示。5應用筆者測試機為Intel Core 2 T5600處理器、內存2G機、編譯環(huán)境為 VC+,運行環(huán)境為WindowsXP,以大連地區(qū)輸電網(wǎng)的正常 運行狀態(tài)為例，電網(wǎng)規(guī)模為： 245 座廠站（各種接 線形式與電壓等級），1128條母線段，1886個開關，274條線路，對本 文提出的按廣

10、度 優(yōu)先的拓撲算法與傳 統(tǒng)的拓撲方法作比較。拓撲分析后， 形成一個具有 216條母線，329個節(jié)點，198條支路的輸電網(wǎng)絡。拓撲結果見表 1。方法嗖索節(jié)點益全網(wǎng)拓撲吋間冒本文算法）6210.41傳統(tǒng)莫法37151.04表1 輸電網(wǎng)拓撲結果表由表1可見，對輸電網(wǎng)絡進行拓撲時，本文算法比傳統(tǒng)方法約節(jié)省一半時間。本文算法僅對節(jié)點搜索一次，效 率更高。6結論本文摒棄了傳統(tǒng)的深度優(yōu)先的拓撲方法，提出了一種基于廣度 優(yōu)先的快速拓撲方法。電力網(wǎng)絡圖形建模在 圖形平臺上建立了電力設備的節(jié)點連接關系。該方法根據(jù)這種連接關系，逐層推進直至遍 歷全網(wǎng)，克服了傳統(tǒng)拓撲過程中重復搜索 支路的缺點。在拓撲過程中，利用節(jié)點

11、-支路鄰接表，加快網(wǎng)絡的搜索速度。同時將具體的電力設備處理成抽象的支路概念，對變電站接線 分析與系統(tǒng)網(wǎng)絡分析做統(tǒng)一處理，使拓撲 過程不受網(wǎng)絡接線形式和網(wǎng) 絡結構的 約束，可對 多電壓等級的網(wǎng)絡統(tǒng)一進行拓撲，增強了 算法的通用性。另外，對于開關變化引起的網(wǎng)絡結構的變化，通過修改節(jié)點-支路鄰接表，可進行局部重新拓撲，提高了算法的靈活性。實際應用中，采用 C語言實現(xiàn)了本文提出的快速拓撲方法，并利用該方法進行圖形動態(tài)著色、結構錯誤檢驗、電力潮流計算等，取 得了良好的效果。參考文獻：The fast電力網(wǎng)絡局部拓撲的 快速算法1朱文東，劉廣一，于爾鏗，等calculation method of loc

12、al power network topology )J 電網(wǎng)技 術( Power System Technology )，1996， 20(3) ： 30-33 2. 陳竟成，張學松，汪 峰，等( Chen Jingcheng ， Zhang Xuesong， Wang Feng et al ) 配電網(wǎng)絡建模與網(wǎng)絡 結線分析( Distribution network modeling and connectivity analysis ) J 電網(wǎng) 技術( Power System Technology ) ， 1999， 23(5) ： 52-54 3陳竟成，張學松，汪峰，等(Chen Jingcheng ，Zhang Xuesong， W