郝 騫，馬慧卿，楊 風(fēng)，齊明思，蔣永建

（1.中北大學(xué) 國(guó)家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，山西 太原 030051；2.儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030051；3.青島青咨工程咨詢有限公司 山西 青島 266071）

配電網(wǎng)是一種有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的大型電力網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)典型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)拓?fù)涓櫵惴ň褪歉鶕?jù)電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的變化來(lái)重構(gòu)電網(wǎng)拓?fù)涞囊环N算法。跟蹤算法的性能是影響狀態(tài)仿真、潮流計(jì)算、故障定位等高級(jí)功能推理過(guò)程性能的關(guān)鍵因素。人們不斷提出更為有效的方法用于提高跟蹤算法的性能。Mauro Prais在文獻(xiàn)[1]中提出了一種延時(shí)（over time）跟蹤算法用于提高跟蹤速度。區(qū)別于傳統(tǒng)的跟蹤算法，該算法采用累積更新技術(shù)，以減少拓?fù)渲貥?gòu)的次數(shù)。但該積累后還是需要對(duì)整個(gè)電網(wǎng)遍歷，計(jì)算量相當(dāng)大。在前一算法的基礎(chǔ)上，Phongsak D.Yehsakul于文獻(xiàn)[2]中提出一種基于拓?fù)涞木植扛拢↙ocal Update）實(shí)時(shí)跟蹤算法。該算法實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)拓?fù)鋵?shí)時(shí)跟蹤，并且使計(jì)算量顯著下降。但是該算法劃分的子網(wǎng)單元中母線數(shù)目還是相當(dāng)大，采用深度優(yōu)先搜索技術(shù)遍歷子網(wǎng)，仍需一定的計(jì)算量。另外以上兩種算法描述電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的初始數(shù)據(jù)，需人工輸入數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，使得更新維護(hù)不是很方便。

結(jié)合前兩種算法，Ying He在文獻(xiàn)[3]中提出了一種基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的拓?fù)涓櫵惴āＴ撍惴ㄔ诿嫦驅(qū)ο蟓h(huán)境中實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)故障的模擬，同時(shí)用深度優(yōu)先算法進(jìn)行了快速的拓?fù)涓橻4-6]，但由于利用C++編程封裝各個(gè)抽象類，使得初始化需要使用大量的時(shí)間和的內(nèi)存空間。

結(jié)合以上3種算法以及實(shí)際需求，本文提出了一種電網(wǎng)全局以母線為節(jié)點(diǎn)遍歷和設(shè)備單元局部更新相結(jié)合的新型實(shí)時(shí)跟蹤算法。

1 電網(wǎng)拓?fù)渥兓?/h2>

在電力系統(tǒng)中，典型的配電網(wǎng)系統(tǒng)圖如圖1所示，由開關(guān)、閘刀、母線、連接線、變壓器、負(fù)載、接地等設(shè)備連接而成。電網(wǎng)拓?fù)鋾?huì)隨著開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)變化而不斷變化。經(jīng)過(guò)分析，我們可以看到不同位置開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的變化，對(duì)電網(wǎng)拓?fù)洚a(chǎn)生不同程度的影響。

當(dāng)連接負(fù)載的開關(guān)設(shè)備（如開關(guān)89121）狀態(tài)變化時(shí)，將只對(duì)電網(wǎng)局部的負(fù)載，連接的母線狀態(tài)產(chǎn)生影響，而對(duì)整個(gè)基于母線的電網(wǎng)拓?fù)鋷缀鯖](méi)有影響。

圖1 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)Fig.1 Distributiont network of power system

而當(dāng)連接母線的開關(guān)設(shè)備（如開關(guān)89112）改變狀態(tài)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致該設(shè)備所連接的母線之間的連接狀態(tài)發(fā)生改變。從而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的拓?fù)洚a(chǎn)生影響，而不僅僅只是對(duì)局部的設(shè)備連接狀態(tài)產(chǎn)生影響。因此，我們有必要采用不同的方法來(lái)處理不同位置上設(shè)備狀態(tài)變化的情況，以致跟蹤算法更有針對(duì)性和有效性。

為了對(duì)不同的設(shè)備采用不同的方法處理，我們對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行歸類；為了對(duì)電網(wǎng)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)局部更新，我們對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分。這里提出了一種適合本跟蹤算法的電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ兔枋龇椒?，?shí)現(xiàn)了有效的設(shè)備歸類和恰當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)區(qū)域劃分。本描述方法采用一種基于對(duì)象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)描述電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

2 拓?fù)涓櫵惴?/h2>

電網(wǎng)的拓?fù)湓陔娋W(wǎng)運(yùn)行中會(huì)根據(jù)操作設(shè)備的狀態(tài)不斷變化。拓?fù)涓櫨褪且皶r(shí)跟蹤電網(wǎng)拓?fù)涞淖兓?，確定新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在傳統(tǒng)的跟蹤算法中，每個(gè)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)變化都要導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母?、重?gòu)。由于電網(wǎng)的設(shè)備非常多，拓?fù)湎喈?dāng)復(fù)雜，導(dǎo)致跟蹤算法計(jì)算量很大。

本文根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)渥兓姆治龊碗娋W(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷慕?，提出了一種電網(wǎng)全局以母線為節(jié)點(diǎn)遍歷和設(shè)備單元局部更新相結(jié)合的新型實(shí)時(shí)跟蹤算法。本算法核心就是對(duì)改變狀態(tài)的不同類型開關(guān)設(shè)備，采取不同的處理方法來(lái)跟蹤電網(wǎng)拓?fù)洹?/p>

1）葉支路類設(shè)備改變狀態(tài) 這種情況下，只需在該負(fù)載設(shè)備單元內(nèi)使用基于規(guī)則的推理算法進(jìn)行拓?fù)涓?，更新本單元?nèi)的設(shè)備狀態(tài)即可。

2）母線連接類設(shè)備改變狀態(tài) 這種情況下，如果沒(méi)有改變兩母線的連接狀態(tài)，就不會(huì)改變整個(gè)電網(wǎng)拓?fù)洌瑒t只需跟蹤母線連接設(shè)備單元內(nèi)的拓?fù)?，更新本單元?nèi)的設(shè)備狀態(tài)。如果兩個(gè)母線的連接狀態(tài)發(fā)生改變，則會(huì)改變母線間的連接狀態(tài)，也就改變了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。則需要重構(gòu)整個(gè)以母線為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。還要繼續(xù)跟蹤，改變狀態(tài)母線對(duì)負(fù)載設(shè)備單元和母線連接設(shè)備單元的影響。

3）接地設(shè)備類改變狀態(tài) 因?yàn)榻拥卦O(shè)備必須在連接線無(wú)電時(shí)才可操作，因此接地設(shè)備類設(shè)備的狀態(tài)變化對(duì)電網(wǎng)拓?fù)涞挠绊?，可以不給考慮。

下面將結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)說(shuō)明跟蹤算法的具體流程。

3 跟蹤算法應(yīng)用

本文根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)推理的實(shí)際需求和以上的電網(wǎng)跟蹤算法，提出了母線為節(jié)點(diǎn)的電網(wǎng)拓?fù)湟砸环N近似的寬度優(yōu)先的算法，設(shè)備單元內(nèi)部采用基于規(guī)則的推理算法。整個(gè)跟蹤算法的推理流程如圖2所示。

圖2 算法應(yīng)用程序流程圖Fig.2 Chart of algorithmic application program

在算法實(shí)現(xiàn)以前，需要把設(shè)備的拓?fù)淠Ｐ拖嚓P(guān)內(nèi)容保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。這里可以由輔助程序，自動(dòng)從所畫的電網(wǎng)系統(tǒng)圖生成相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)知識(shí)，無(wú)須人工輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。

當(dāng)推理算法啟動(dòng)后，首先查詢“設(shè)備表”獲取該設(shè)備的相關(guān)信息。然后判斷設(shè)備的類型是葉支路類還是母線連接設(shè)備類。如果是葉支路類設(shè)備則進(jìn)入“葉支路設(shè)備推理程序”，根據(jù) ‘系統(tǒng)圖名’、‘邏輯圖號(hào)’、‘連接單元號(hào)’、對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位，并查詢 “負(fù)載設(shè)備連接單元表”，獲取該設(shè)備所在單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)基于規(guī)則的推理算法，跟蹤單元內(nèi)的拓?fù)?，獲得各設(shè)備的有電無(wú)電狀態(tài)。然后，再更新該單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備狀態(tài)。

如果是母線連接設(shè)備類設(shè)備，則進(jìn)入“母線連接設(shè)備單元推理程序”。同理，對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位查詢，結(jié)合“母線連接設(shè)備邏輯單元連接關(guān)系表”和“母線連接設(shè)備邏輯單元母線狀態(tài)表”，對(duì)該設(shè)備所在的單元進(jìn)行有電遍歷算法。跟蹤該單元的拓?fù)?，獲取該單元所有有點(diǎn)的設(shè)備。然后更新該設(shè)備單元的設(shè)備狀態(tài)。所謂有電遍歷算法，就是遍歷所有前提設(shè)備有電，連接設(shè)備狀態(tài)為連通，得到結(jié)論設(shè)備為有電。

如果是母線連接設(shè)備類設(shè)備，則還需要進(jìn)入“母線連接狀態(tài)處理程序”，判斷該設(shè)備狀態(tài)的變化，是否導(dǎo)致了母線連接狀態(tài)的改變。這里由“母線連接設(shè)備狀態(tài)表”中同一‘連接號(hào)’下，各設(shè)備的“母線連接設(shè)備狀態(tài)”確定。如果導(dǎo)致‘母線連接設(shè)備狀態(tài)’的“與”值改變，則該設(shè)備狀態(tài)的變化，改變了母線連接狀態(tài)。就要更新 “母線連接關(guān)系表”中同一連接號(hào)對(duì)應(yīng)的‘母線連接狀態(tài)’。

如果改變了母線連接狀態(tài)，也就改變了電網(wǎng)的拓?fù)?。那就需要進(jìn)入“母線狀態(tài)處理程序”，對(duì)以母線為節(jié)點(diǎn)的電網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行遍歷、重構(gòu)。首先，要確定整個(gè)電網(wǎng)的供電電源，這里作為一個(gè)特殊的前提母線處理。即把為供電電源的‘前提母線’置為“有電”。然后，把‘前提母線’有電，并且‘連接狀態(tài)’為連通的‘結(jié)論母線’在‘母線狀態(tài)表’中置為“有電”。并把‘母線狀態(tài)表’中作過(guò)‘前提母線’的使用標(biāo)志置為“使用過(guò)”。然后遍歷母線狀態(tài)表中所有“有電”的母線，到所有“有電”的母線都使用過(guò)，則停止遍歷。其中遍歷的可能最大次數(shù)就是母線的數(shù)目。由此跟蹤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ⅰ坝须娡评怼鲍@取所有母線的新的狀態(tài)。

這里雖然電網(wǎng)拓?fù)渥兓?，但是電網(wǎng)母線的狀態(tài)有可能沒(méi)有產(chǎn)生變化。電網(wǎng)狀態(tài)推理可以結(jié)束。如果母線狀態(tài)產(chǎn)生變化，雖然不會(huì)影響負(fù)載設(shè)備單元和母線連接設(shè)備單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是會(huì)對(duì)內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)產(chǎn)生影響。這就需要對(duì)影響到的單元進(jìn)行重新的局部更新，獲取新的設(shè)備狀態(tài)。

4 性能測(cè)試分析

本跟蹤算法在一個(gè)大型鋼鐵企業(yè)的配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用。系統(tǒng)由VB編寫ActiveX控件嵌入網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)B/S模式。其中配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ陀申P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL SERVER的數(shù)據(jù)表來(lái)描述，而跟蹤算法由VB編程實(shí)現(xiàn)。配電網(wǎng)的特性如下表1所示。

系統(tǒng)測(cè)試的運(yùn)行環(huán)境如下：服務(wù)器端CPU 1.4 GHz，內(nèi)存256 MB，瀏覽器端CPU為1.2 GHz，內(nèi)存128 MB。兩端網(wǎng)絡(luò)速度為100 Mb/S，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好。測(cè)試結(jié)果滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)推理的需要。

表1 配電網(wǎng)特性Tab.1 Distribution Network Character

5 結(jié) 論

本文在一個(gè)基于對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)描述的電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ突A(chǔ)上，提出了一種新型有效的電網(wǎng)拓?fù)鋵?shí)時(shí)跟蹤算法，即電網(wǎng)全局以母線為節(jié)點(diǎn)遍歷和設(shè)備單元局部更新分步計(jì)算相結(jié)合的算法。并在一個(gè)B/S模式的配電電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中應(yīng)用驗(yàn)證了該算法是有效的。

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