李亮
(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇 南京 210003)
軌道交通電力監(jiān)控中的拓?fù)浞治?/p>
李亮
(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇 南京 210003)
在軌道交通電力監(jiān)控中,根據(jù)車站對(duì)應(yīng)電力主接線圖上的設(shè)備圖元和連接線顏色變化來實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)車站內(nèi)的帶電情況。采用深度優(yōu)先搜索算法,根據(jù)實(shí)時(shí)變化的電源電壓和設(shè)備開斷狀態(tài),動(dòng)態(tài)地對(duì)電力主接線圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治霾⒂?jì)算圖中設(shè)備圖元的帶電情況。該方案在國(guó)內(nèi)多條地鐵線路的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中均能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地完成拓?fù)渲δ堋?/p>
軌道交通 電力監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?電力主接線圖 拓?fù)渲?/p>
近年來,我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛。隨著城市軌道交通線路的不斷增多,作為監(jiān)控單條線路軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)(integrated supervisory control system,ISCS)[1]和監(jiān)控管理整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的軌道交通路網(wǎng)指揮中心調(diào)度系統(tǒng)(traffic control centre, TCC)[2]的應(yīng)用也越來越廣泛。電力監(jiān)控是綜合監(jiān)控和指揮交通調(diào)度系統(tǒng)中非常重要的部分,而電力監(jiān)控中核心部分是對(duì)整個(gè)廠站或者整條線路所有電力設(shè)備及線路帶電狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。
在軌道交通中,電調(diào)人員主要通過廠站或者全線電力主接線圖來對(duì)相應(yīng)設(shè)備和線路帶電情況進(jìn)行監(jiān)控,所以設(shè)計(jì)一種高效的拓?fù)浞椒?對(duì)電力調(diào)度人員進(jìn)行日常監(jiān)控和決策尤為重要。
1.1 設(shè)備分類
根據(jù)是否對(duì)電力主接線圖的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和帶電情況產(chǎn)生影響,對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行分類。設(shè)備主要分為開斷設(shè)備類、電源類和不產(chǎn)生影響的無關(guān)設(shè)備類。設(shè)備分類情況示意圖如圖1所示。
圖1 設(shè)備分類情況示意圖Fig.1 Classification of equipment
開斷設(shè)備類主要包括一些開關(guān)、電隔、刀閘、接地刀閘等能夠通過狀態(tài)改變(斷開、閉合)影響整個(gè)電力主接線圖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)備。電源類設(shè)備主要包括進(jìn)線線端等能夠作為電源送電的設(shè)備。無關(guān)設(shè)備類除開斷設(shè)備和電源設(shè)備外,還包括其他不會(huì)對(duì)電力主接線圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及帶電狀態(tài)產(chǎn)生影響的設(shè)備。
1.2 劃分子圖
對(duì)整個(gè)電力主接線圖進(jìn)行拓?fù)浞治?采用圖的深度優(yōu)先搜索(depth-first-search,DFS)[4]算法對(duì)子連通圖進(jìn)行劃分??紤]到劃分后的子圖只有存在電源設(shè)備才可能帶電,所以作如下簡(jiǎn)化:只需要分別以主接線圖上電源設(shè)備為根節(jié)點(diǎn),根據(jù)設(shè)備間的連接關(guān)系以及開斷設(shè)備如開關(guān)刀閘等的開合狀態(tài),通過深度搜索確定和分配各個(gè)電源設(shè)備所在子圖的拓?fù)鋱D號(hào)(1~n)。剩余的設(shè)備由于沒有電源設(shè)備,因此肯定是無電狀態(tài),不需要再劃分,圖號(hào)分配為-1。采用優(yōu)化DFS算法劃分子圖的示意圖如圖2所示。
圖2 劃分子連通圖Fig.2 Sub-graph divided
1.3 子圖中設(shè)備和線路帶電分析計(jì)算
劃分完子連通圖后,對(duì)每個(gè)子圖進(jìn)行帶電分析計(jì)算[5]。根據(jù)圖內(nèi)有無電源以及電源電壓值是否是有效值來確定該子圖內(nèi)設(shè)備和線路是否帶電。如果無電源或者電源電壓無效,則認(rèn)為子圖內(nèi)所有設(shè)備和線路都不帶電。
根據(jù)實(shí)際需要,將設(shè)備模型分為直流設(shè)備和交流設(shè)備,并設(shè)定電能從交流設(shè)備傳給交流設(shè)備和直流設(shè)備,而直流設(shè)備只能傳給直流設(shè)備。如果子圖內(nèi)只有交流設(shè)備,有電源設(shè)備且電源電壓有效,則認(rèn)為子圖內(nèi)所有設(shè)備都帶電;如果子圖內(nèi)直流設(shè)備和交流設(shè)備都有,則需要對(duì)子圖進(jìn)行遞歸計(jì)算,得到各個(gè)設(shè)備和線路帶電情況。
子圖中交直流設(shè)備混連模型如圖3所示。
圖3 子圖內(nèi)“交流-直流-交流”連接模型Fig.3 “AC-DC-AC”connection model inside sub-graph
圖3中,假定交流設(shè)備1即電源的電壓正常,線路中所有開斷設(shè)備都是閉合狀態(tài),那么交流設(shè)備1、交流設(shè)備2和直流設(shè)備1都帶電。這時(shí)由于直流設(shè)備1后連接交流設(shè)備3,直流設(shè)備不能傳給交流設(shè)備,所以電不能傳到交流設(shè)備3,子圖中交流設(shè)備3和交流設(shè)備4都不帶電。
對(duì)每個(gè)子連通圖完成帶電計(jì)算后,整個(gè)電力主接線圖上所有設(shè)備和線路帶電情況都已經(jīng)計(jì)算完成;然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果將主接線圖上不帶電線路置成無色,帶電線路置為彩色,完成整個(gè)圖的拓?fù)渲?以供電調(diào)人員參考。
由于主接線圖上所有設(shè)備圖元的狀態(tài)值都是采集于車站真實(shí)環(huán)境中相對(duì)應(yīng)的設(shè)備,因此開斷類設(shè)備狀態(tài)和電源電壓都是在實(shí)時(shí)變化的。每次開斷設(shè)備狀態(tài)和電源電壓的變化都有可能對(duì)整個(gè)主接線圖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者圖中帶電情況產(chǎn)生影響。因此,需要根據(jù)實(shí)時(shí)開斷設(shè)備狀態(tài)和電源電壓狀態(tài)變化,動(dòng)態(tài)地對(duì)整個(gè)主接線圖進(jìn)行拓?fù)浞治龊陀?jì)算。動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治鲇?jì)算程序流程圖如圖4所示。
圖4 動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治鲇?jì)算程序流程圖Fig.4 Flowchart of dynamic topological analysis calculation program
后臺(tái)程序收到有設(shè)備狀態(tài)變化后,首先判斷其中有沒有開斷設(shè)備狀態(tài)變化。由于開斷設(shè)備狀態(tài)變化會(huì)對(duì)主接線圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,因此當(dāng)接收到的變化中有表征開斷設(shè)備狀態(tài)的變化時(shí),需要重新拓?fù)浞治鰟澐肿舆B通圖,然后再對(duì)每個(gè)子圖進(jìn)行帶電分析,最后根據(jù)計(jì)算出的設(shè)備和線路帶電情況對(duì)主接線圖著色。如果沒有收到開斷設(shè)備狀態(tài)的變化,再判斷是否有主接線電源電壓值狀態(tài)的變化。如果存在變化,由于電源電壓變化不會(huì)影響整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因此只需要重新對(duì)每個(gè)子圖進(jìn)行帶電計(jì)算,再做主接線圖著色即可。
后臺(tái)程序通過不斷循環(huán)接收設(shè)備狀態(tài)的變化,并實(shí)時(shí)根據(jù)主接線圖上相應(yīng)開斷類設(shè)備和電源設(shè)備狀態(tài)的變化來對(duì)整個(gè)電力主接線圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治?并完成著色功能。
通過動(dòng)態(tài)地對(duì)電力主接線圖進(jìn)行拓?fù)浞治鲇?jì)算,能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反映對(duì)應(yīng)廠站實(shí)際環(huán)境中整個(gè)設(shè)備和線路的帶電情況,為軌道交通電力調(diào)度人員監(jiān)控和決策提供有效的依據(jù)。該方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)和軌道交通路網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)中,目前已穩(wěn)定高效地運(yùn)行在國(guó)內(nèi)多條地鐵線路監(jiān)控中。
[1] 李天輝.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽,2013(10):16-17.
[2] 劉志鋼,胡華,黃遠(yuǎn)春,等.城市軌道交通應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].城市軌道交通研究,2012(12):29-30.
[3] 張佳.城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的不足與未來展望[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2012(10):25-26.
[4] Cormen T H,Leierson C E,Rivest R L,et al.Introduction to algorithms[M]. Cambridge,MA:MIT Press,2005.
[5] 王曼.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鏊惴ǜ攀鯷J].商業(yè)現(xiàn)代化,2010(36): 28-29.
Topological Analysis for Rail Transit Electricity Supervisory Control
In electricity monitoring of rail transit,real time monitoring the voltage presenting conditions in overall station according to the image elements of equipment and the color changes of the connecting lines on the electric power main wiring diagram of the station.By adopting depthfirst searching algorithm,in accordance with the real time voltage changes of power,and the ON/OFF states of the equipment,network topological analysis of the electric power main wiring diagram is conducted dynamically,and the voltage presenting conditions of image elements of equipment is calculated.The strategy has been practically applied in several domestic rail transit lines and accurately accomplishes topological coloring function in real time.
Rail transit Electricity supervisory control Network topology Electric power main wiring diagram Topological coloring
TP29
A
修改稿收到日期:2013-12-20。
作者李亮(1984-),男,2010年畢業(yè)于浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè),獲碩士學(xué)位,工程師;主要從事軌道交通電氣化及自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的研究。