N-x快速拓扑分析方法、系统及可读存储介质与流程

n-x快速拓扑分析方法、系统及可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及网络拓扑分析领域，具体涉及一种n-x快速拓扑分析方法、系统及可读存储介质。


背景技术：

2.电力系统网络拓扑分析是智能电网调度控制系统在线分析计算的基础功能，在进行n-x故障扫描时，需要针对不同设备投退情况，而不断重新进行电网网络拓扑分析。当参与扫描的故障数越多时，拓扑分析计算量越大。因此，缩减n-x故障扫描时网络拓扑分析的耗时，对提升故障扫描计算性能具有重要意义。
3.电力系统网络拓扑分析根据开关状态和网络元件状态由电网的物理模型(结点模型)产生电网的计算模型(母线模型)，具体包括两个基本步骤：厂站母线分析和系统网络分析。厂站母线分析时，通过搜索闭合断路器和隔离开关相连的连接结点，形成的连通图即为计算模型。系统网络分析时，通过搜索投运线路、变压器、串联无功补偿器等多端元件，形成的连通图即为电气岛。通过网络拓扑分析可将电网设备结点模型转化为节点支路计算模型(即等值电路模型)，计算模型只包含计算母线、交流支路、直流支路、换流器相关信息，其中交流支路包含变压器、交流线路、串联无功补偿装置的等值电路，计算母线包含节点电压相角幅值、注入功率、对地电纳等值电路，该模型一般直接用于电力系统分析计算。
4.对于一个给定拓扑结构和网络参数的电网，其中一条或多条支路开断，会引起其他支路的潮流变化，其变化量可用下式表示。
[0005][0006]
式中，p
l
为支路l的有功潮流，d
k-l
为支路l开断对支路k的分布因子，简称支路开断分布因子，为支路l开断引起支路k上的有功潮流变化量。支路开断分布因子常用于表示计算支路开断后，对其他支路有功潮流分布的影响。支路l与支流k之间的支路开断分布因子用电抗表示如下式所示，可以看出，支路开断分布因子只与网络的拓扑结构及参数有关，不受运行方式影响。
[0007][0008]
式中，x
k-l
为支路l和支路k对应端口之间的互阻抗，x
l-l
为支路l对应端口的自阻抗，x
l
为支路l的电抗值，xk为支路k的电抗值。
[0009]
不同设备所在支路开断导致的几种电网拓扑变化：
[0010]
(1)末端支路开断，如图1(a)所示，#1变的开断属于末端支路开断。
[0011]
(2)电网不解列，如图1(b)所示，支路7开断时，图示电网仍然是完整连通图，电网不解列。
[0012]
(3)电网解列，如图1(b)所示，联络线6开断时，区域a和区域b分别构成连通图，两个区域电网独立运行，电网解列。
[0013]
一般情况下，x
l-l
＜x
l
。当支路l开断引起电网解列时，x
l-l
＝x
l
，此时支路开断分布因子无定义。因此，可通过计算支路开断分布因子可以判断设备开断是否会造成电网解列。
[0014]
现有技术公开了一种大电网并行网络拓扑分析方法(cn 104167736 a)，此大电网并行网络拓扑分析方法将电网模型数据按区域和厂站进行划分，封装拓扑搜索功能，对模型数据分区分厂站进行并行处理，从而实现电网拓扑分析的并行计算。
[0015]
具体步骤为：
[0016]
1)读取智能电网调度控制系统电网模型；
[0017]
2)对智能电网调度控制系统电网模型进行并行校验；
[0018]
3)大电网并行网络拓扑分析。
[0019]
以上现有技术主要在电网拓扑结构的分析方法和计算速度上取得了进展，采用并行计算的方法可大幅提高计算速度。但并未进一步考虑n-x故障后的拓扑分析提速，当开断某设备后，电网拓扑会发生变化，电网物理模型和计算模型随之发生改变，现有技术是每开断一个设备，都需要重新进行拓扑分析，尤其是在进行n-x故障扫描时，参与扫描的故障数越多，拓扑分析计算量越大，因此该方法不足以满足n-x故障扫描的要求。


技术实现要素：

[0020]
本发明的目的在于提供一种n-x快速拓扑分析方法、系统及可读存储介质，以克服现有技术存在的缺陷，本发明大幅减小了拓扑分析计算规模，提升了n-x整体计算效率。
[0021]
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0022]
n-x快速拓扑分析方法，包括：
[0023]
对电网进行基态网络拓扑分析，获取基态拓扑分析结果；
[0024]
在基态拓扑分析结果的基础上，进行全网交流设备n-1故障开断、故障组开断，对开断电网设备类型进行判断；
[0025]
若开断电网设备类型为双端元件，则对双端元件支路所在电气岛重新进行拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；
[0026]
若开断电网设备类型为单端元件，则判断是否已经进行双端元件支路开断，若是，则将双端元件支路开断拓扑分析结果作为单端元件支路开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得单端元件支路开断拓扑分析结果；
[0027]
若开断电网设备类型为物理母线，则调用复杂故障局部拓扑分析，获得物理母线开断拓扑分析结果；
[0028]
若开断电网设备类型为故障组，则判断故障组是否包含物理母线，如是，则调用复杂故障局部拓扑分析方法，获得故障组开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得故障组开断拓扑分析结果。
[0029]
进一步地，所述对双端元件支路所在电气岛重新进行拓扑分析具体包括：
[0030]
计算双端元件所在支路的支路开断分布因子，判断该双端元件支路开断是否造成电网解列，若未造成电网解列，则调用电网不解列开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；若造成电网解列，则判断该双端元件支路是否为末端支路，若是，则调用末端支路开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果，若否，则调用电网解列开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果。
[0031]
进一步地，所述末端支路开断拓扑分析具体为：
[0032]
当一条或多条末端支路开断，末端支路开断拓扑分析后节点支路计算模型model'
i1
采用式(1)表示：
[0033][0034]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；busi表示电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；branch_offi表示开断末端支路集合；bus_offi表示停运计算母线集合；
[0035]
如果停运支路末端节点不是电网唯一电源或负荷节点时，则基于式(1)的节点支路计算模型启动在线分析计算，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；如果停运支路末端节点是电网唯一电源或负荷节点时，剩余电网失去电源或负荷，电气岛i成为电气死岛。
[0036]
进一步地，所述电网不解列开断拓扑分析具体为：
[0037]
当电网发生不解列开断时，不解列开断节点支路计算模型model'
i2
采用式(2)表示：
[0038][0039]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；bus'i表示修改后电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；branch_offi表示末端支路集合。
[0040]
进一步地，所述电网解列开断拓扑分析具体为：
[0041]
当电网解列时，重新进行拓扑分析获取开断后的电网节点支路计算模型，电气岛i解列后第m个电气岛的电网节点支路计算模型如式(3)表示：
[0042][0043]
式中，m为电气岛i解列后重新编号的电气岛号，包括电气死岛和电气活岛，m＝1,2,3,
…
,m，m为电气岛i解列后电气岛个数；bus
im
为解列后的电气岛m的计算母线集合，branch
im
为解列后的电气岛m的交流支路集合，ri
im
为解列后的电气岛m的换流器集合，dcbranch
im
为解列后电气岛m的计算母线集合，
[0044]
根据式(3)对原电气岛中的计算母线、交流线路、换流器、直流线路进行拆分，重构
形成解列后电气岛的电网节点支路计算模型
[0045]
进一步地，所述复杂故障局部拓扑分析方法具体为：
[0046]
在开断设备连接点所属厂站范围内，搜索与开断设备连接点直接关联的断路器或隔离开关，并将与开断设备连接点直接关联的断路器或隔离开关置分；
[0047]
对开断设备所在厂站重新进行厂站母线拓扑分析，搜索闭合的断路器或隔离开关和物理母线，形成厂站开断后的计算母线；
[0048]
判断厂站下辖机组、负荷、线路端点、变压器绕组是否为悬空设备，如为悬空设备，则悬空设备由在运转变为停运，再修改原电气岛对应交流支路或计算母线状态，将在运的悬空设备状态改为停运；
[0049]
构建原电气岛停运支路集合和需要修改的计算母线集合；
[0050]
基于式(3)重新构建拓扑分析后电网节点支路计算模型，基于节点支路计算模型进行拓扑分析。
[0051]
n-x快速拓扑分析系统，包括基态拓扑分析结果获取模块和判断计算模块；其中：
[0052]
基态拓扑分析结果获取模块：用于对电网进行基态网络拓扑分析，获取基态拓扑分析结果；
[0053]
判断计算模块：用于在基态拓扑分析结果的基础上，进行全网交流设备n-1故障开断、故障组开断，对开断电网设备类型进行判断；
[0054]
若开断电网设备类型为双端元件，则对双端元件支路所在电气岛重新进行拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；
[0055]
若开断电网设备类型为单端元件，则判断是否已经进行双端元件支路开断，若是，则将双端元件支路开断拓扑分析结果作为单端元件支路开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得单端元件支路开断拓扑分析结果；
[0056]
若开断电网设备类型为物理母线，则调用复杂故障局部拓扑分析，获得物理母线开断拓扑分析结果；
[0057]
若开断电网设备类型为故障组，则判断故障组是否包含物理母线，如是，则调用复杂故障局部拓扑分析方法，获得故障组开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得故障组开断拓扑分析结果。
[0058]
进一步地，所述对双端元件支路所在电气岛重新进行拓扑分析具体包括：
[0059]
计算双端元件所在支路的支路开断分布因子，判断该双端元件支路开断是否造成电网解列，若未造成电网解列，则调用电网不解列开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；若造成电网解列，则判断该双端元件支路是否为末端支路，若是，则调用末端支路开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果，若否，则调用电网解列开断拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果。
[0060]
进一步地，所述末端支路开断拓扑分析具体为：
[0061]
当一条或多条末端支路开断，末端支路开断拓扑分析后节点支路计算模型model'
i1
采用式(1)表示：
[0062][0063]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；busi表示电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；branch_offi表示开断末端支路集合；bus_offi表示停运计算母线集合；
[0064]
如果停运支路末端节点不是电网唯一电源或负荷节点时，则基于式(1)的节点支路计算模型启动在线分析计算，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；如果停运支路末端节点是电网唯一电源或负荷节点时，剩余电网失去电源或负荷，电气岛i成为电气死岛。
[0065]
进一步地，所述电网不解列开断拓扑分析具体为：
[0066]
当电网发生不解列开断时，不解列开断节点支路计算模型modeli'2采用式(2)表示：
[0067][0068]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；bus'i表示修改后电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；branch_offi表示末端支路集合。
[0069]
进一步地，所述电网解列开断拓扑分析具体为：
[0070]
当电网解列时，重新进行拓扑分析获取开断后的电网节点支路计算模型，电气岛i解列后第m个电气岛的电网节点支路计算模型如式(3)表示：
[0071][0072]
式中，m为电气岛i解列后重新编号的电气岛号，包括电气死岛和电气活岛，m＝1,2,3,
…
,m，m为电气岛i解列后电气岛个数；bus
im
为解列后的电气岛m的计算母线集合，branch
im
为解列后的电气岛m的交流支路集合，ri
im
为解列后的电气岛m的换流器集合，dcbranch
im
为解列后电气岛m的计算母线集合，
[0073]
根据式(3)对原电气岛中的计算母线、交流线路、换流器、直流线路进行拆分，重构形成解列后电气岛的电网节点支路计算模型
[0074]
进一步地，所述复杂故障局部拓扑分析方法具体为：
[0075]
在开断设备连接点所属厂站范围内，搜索与开断设备连接点直接关联的断路器或隔离开关，并将与开断设备连接点直接关联的断路器或隔离开关置分；
[0076]
对开断设备所在厂站重新进行厂站母线拓扑分析，搜索闭合的断路器或隔离开关和物理母线，形成厂站开断后的计算母线；
[0077]
判断厂站下辖机组、负荷、线路端点、变压器绕组是否为悬空设备，如为悬空设备，则悬空设备由在运转变为停运，再修改原电气岛对应交流支路或计算母线状态，将在运的悬空设备状态改为停运；
[0078]
构建原电气岛停运支路集合和需要修改的计算母线集合；
[0079]
基于式(3)重新构建拓扑分析后电网节点支路计算模型，基于节点支路计算模型进行拓扑分析。
[0080]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述n-x快速拓扑分析方法的步骤。
[0081]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0082]
本发明对不同开断电网设备分类处理，无需每开断一个设备都重新进行一次全网拓扑分析。当线路、变压器、机组开断时，可事前判断开断属于哪种类型的拓扑变化，这种方法可大幅减少不必要的重复拓扑分析，仅需进行局部修改即可，提升计算效率；比如当物理母线开断时，可调用局部拓扑分析仅对物理母线所在厂站和交流电气岛重新进行拓扑搜索，这种方法大幅降低拓扑分析需要搜索的节点数量和支路数量，并且可依据原节点支路计算模型拆分构建新的计算模型，有效提高复杂故障拓扑分析和在线分析计算效率。因此，本发明可大大减少n-x网络拓扑分析的计算时间，从而达到提升其他应用程序计算效率的目的。
[0083]
进一步地，本发明基于支路开断分布因子筛选出会导致电网解列的设备开断，利用基态厂站母线分析和系统网络分析生成的节点支路计算模型和交流电气岛信息，针对不同类型的电网解列设备开断，采取不同局部修正拓扑分析方法，减少不必要的拓扑分析频次、搜索或消去次数，同时采用并行计算策略，大幅减少n-x故障扫描时拓扑分析的计算耗时，提升故障扫描计算效率，实现电网在线分析计算基础环节的性能提升。
附图说明
[0084]
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0085]
图1为设备开断导致电网拓扑示意图，其中(a)为末端支路，(b)为电网连接关系；
[0086]
图2为复杂故障局部拓扑分析流程图；
[0087]
图3为n-x快速拓扑分析流程图。
具体实施方式
[0088]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。
[0089]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0090]
本发明以计算母线为顶点，支路为边构建电网拓扑连接关系可表示为图当支路发生开断时，可以通过对图进行拓扑分析，得到设备开断后电网拓扑连接关系。节点支路计算模型可由下式表示：
[0091][0092]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；busi表示电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；modeli表示电气岛i的计算模型集合。
[0093]
(1)末端支路开断拓扑分析
[0094]
当开断支路一端的计算母线有且仅有一条支路相连时，该支路为末端支路，其开断会导致一端计算母线停运，记开断末端支路集合为branch_offi，记停运计算母线集合为bus_offi。分析该种类型拓扑变化不难发现，末端支路开断，仅影响末端节点，电网其它设备拓扑连接关系不变。因此，当一条或多条末端支路开断无需重新进行拓扑分析，其拓扑分析后节点支路计算模型modeli'1可用式(1)表示。
[0095][0096]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；busi表示电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合。
[0097]
通过计算开断交流支路集合branch_offi关于交流支路集合branchi的相对补集，以及停运计算母线集合为bus_offi关于计算母线集合busi的相对补集，即可完成末端支路开断的电网网络拓扑分析，进而得到n-x故障后，电气岛i的节点支路计算模型。在程序实现时只需要剔除原电气岛开断末端支路和停运末端节点，其余电网连接关系不变。需要说明的是，如果停运末端节点不是电网唯一电源或负荷节点时，可基于式(1)计算模型直接启动在线分析计算，但如果停运末端节点是电网唯一电源或负荷节点时，剩余电网失去电源或负荷，电气岛i变为电气死岛，开断导致全电网停电，为严重故障。
[0098]
(2)电网不解列开断拓扑分析
[0099]
当电网发生不解列开断时，除开断支路外，无其它设备和计算母线停运，因此也无需重新进行拓扑分析，便可得到n-x故障后的网络拓扑连接关系，其节点支路计算模型model'
i2
可用式(2)表示。
[0100][0101]
式中，i表示电气岛号，取值为i＝0,1,2,3,
…
,n；bus'i表示修改后电气岛i中的计算母线集合；branchi表示电气岛i中的交流支路集合；rii表示电气岛i中的换流器集合；dcbranchi表示电气岛i中的直流线路集合；branch_offi表示末端支路集合。
[0102]
当开断设备是交流线路、变压器、串联无功补偿装置等交流多端元件时，通过计算开断支路集合branch_offi关于交流支路集合branchi的相对补集，即可到n-x故障后电气岛model
′i的拓扑连接关系；当开断设备是机组、负荷、电容器、电抗器、svg、svc、调相机等交流单端元件时，计算母线集合数量不变，但需要开断设备所在计算母线的节点注入功率或者对地电纳等属性，修改后计算母线集合记为bus'i。此类设备开断不会造成其它任何设备停运，因此无需判断开断后电气岛是否带电。
[0103]
(3)电网解列开断拓扑分析
[0104]
当电网解列时，情况最为复杂，需要重新进行拓扑分析获取开断后的电网节点支路计算模型。电气岛i解列后第m个电气岛的电网节点支路计算模型如式(3)表示。
[0105][0106]
式中，m为电气岛i解列后重新编号的电气岛号，包括电气死岛和电气活岛，m＝1,2,3,
…
,m，m为电气岛i解列后电气岛个数；bus
im
为解列后的电气岛m的计算母线集合，如果存在负荷、机组等单端元件开断，则需要修正单端元件所在计算母线的对应属性，将该节点注入功率置0；branch
im
为解列后的电气岛m的交流支路集合，ri
im
为解列后的电气岛m的换流器集合，dcbranch
im
为解列后电气岛m的计算母线集合，根据式(3)对原电气岛中的计算母线、交流线路、换流器、直流线路进行拆分，重构形成解列后电气岛的电网节点支路计算模型并统计每个电气岛的机组出力和负荷功率总加，判断是否为电气活岛或电气死岛，分析各电气岛功率平衡情况，再进行分析计算。
[0107]
在对电网n-1故障扫描时，可通过依次扫描开断设备，计算开断设备所在支路的支路开断分布因子，判断计算过程量x
l-l
是否等值x
l
，以及该支路是否为末端支路，来判断该种类型的开断将导致电网发生上述何种类型的拓扑变化。但是，当需要模拟物理母线故障或多个故障设备组成的故障组开断时，无法通过支路开断分布因子是否存在来事前判断电
网解列情况。因此，在对这种复杂故障进行拓扑分析时，可采用局部拓扑分析，构建停运设备集合，再对节点支路计算模型进行修正，获取开断后各电气岛计算模型的方法。复杂故障局部拓扑分析方法是对上述三种拓扑变化的补充，一般在实际电网调度控制系统中，在扫描物理母线开断和故障组时，通常需要调用复杂故障局部拓扑分析方法，复杂故障局部拓扑分析流程图如图2所示，具体包括以下步骤：
[0108]
步骤1：在开断设备连接点所属厂站范围内，搜索与开断设备连接点直接关联的断路器或隔离开关，并将其置分。
[0109]
步骤2：对开断设备所在厂站重新进行厂站母线拓扑分析，搜索闭合的断路器/隔离开关和物理母线，形成该厂站开断后的计算母线。
[0110]
步骤3：判断厂站下辖机组、负荷、线路端点、变压器绕组是否为悬空设备，如其状态从非悬空变为悬空，则该设备由在运转变为停运，需要再修改原电气岛对应交流支路或计算母线状态，将原在运的设备状态改为停运。
[0111]
步骤4：根据步骤3结果构建原电气岛停运支路集合和需要修改的计算母线集合。
[0112]
步骤5：基于式(3)重新构建拓扑分析后电网节点支路计算模型，基于节点支路计算模型进行拓扑分析。
[0113]
以上为本发明的理论部分，传统静态安全分析在进行母线开断扫描时，由于电网拓扑变化大，一般重新进行全网拓扑分析(包括全网厂站母线分析和网络拓扑分析)，因而计算量极大。而本发明基于节点支路计算模型，对不同开断设备分类处理，无需每开断一个设备都重新进行一次全网拓扑分析。当线路、变压器、机组开断时，可事前判断开断属于哪种类型的拓扑变化，这种方法可大幅减少不必要的重复拓扑分析，仅需进行局部修改即可，提升计算效率；当物理母线开断时，可调用局部拓扑分析仅对物理母线所在厂站和交流电气岛重新进行拓扑搜索，这种方法大幅降低拓扑分析需要搜索的节点数量和支路数量，并且可依据原节点支路计算模型拆分构建新的计算模型，有效提高复杂故障拓扑分析和在线分析计算效率。因此，本发明可大大减少n-x网络拓扑分析的计算时间，从而达到提升其他应用程序计算效率的目的。
[0114]
以上为本发明的理论部分，传统静态安全分析在进行母线开断扫描时，由于电网拓扑变化大，一般重新进行全网拓扑分析(包括全网厂站母线分析和网络拓扑分析)，因而计算量极大。而本发明基于节点支路计算模型，对不同开断设备分类处理，无需每开断一个设备都重新进行一次全网拓扑分析。当线路、变压器、机组开断时，可事前判断开断属于哪种类型的拓扑变化，这种方法可大幅减少不必要的重复拓扑分析，仅需进行局部修改即可，提升计算效率；当物理母线开断时，可调用局部拓扑分析仅对物理母线所在厂站和交流电气岛重新进行拓扑搜索，这种方法大幅降低拓扑分析需要搜索的节点数量和支路数量，并且可依据原节点支路计算模型拆分构建新的计算模型，有效提高复杂故障拓扑分析和在线分析计算效率。因此，本发明可大大减少n-x网络拓扑分析的计算时间，从而达到提升其他应用程序计算效率的目的。
[0115]
下面介绍本发明在程序实现时的具体流程。本发明依据q/gdw 680.44-2011《智能电网调度技术支持系统第4-4部分：实时监控与预警类应用网络分析》标准，以及《智能电网调度控制系统实用化验收办法(试行)》中规定的在线分析需要计算的n-1故障(具体包括：线路、变压器、发电机、物理母线等设备开断)，针对交流设备开断，提出n-x拓扑分析方法，
电网直流部分(换流器、直流线路、直流阻波器、滤波器等)连接关系不变，将换流变两端电气岛为定点，换流变为边，重新构建电网交流直流拓扑连接关系图。通过对n-1故障后电网拓扑变化进行分类，针对不同类型电网拓扑变化，采用不同的拓扑分析策略，同时拓展了故障组n-x故障后的拓扑分析方法，提升了n-x拓扑分析整体效率。n-x快速拓扑分析整体流程如图3所示。
[0116]
步骤1：对电网进行基态网络拓扑分析，存储基态拓扑分析结果。
[0117]
步骤2：在基态拓扑分析结果的基础上，逐个开断电网设备，对开断设备类型进行判断并分类讨论。本发明将设备开断类型按照线路/变压器为例的双端元件开断、以发电机为例的单端元件开断、物理母线开断，以及故障组开断分类讨论。若开断类型为线路/变压器开断，跳转步骤3；若开断类型为发电机开断，跳转步骤4；若开断类型为物理母线开断，跳转步骤5；若开断类型为故障组开断，跳转步骤6。
[0118]
步骤3：线路和变压器支路开断。线路和变压器是双端元件，其停运可能导致其他设备停电或电网解列，同时线路和变压器在节点支路计算模型中均被等效为支路，不需要通过设置开关或刀闸状态重新进行母线拓扑分析，可在节点支路模型中设置支路运行状态，直接对支路所在电气岛重新进行拓扑分析。因此，此种情况又分为以下几步。
[0119]
(3.1)计算支路开断分布因子，判断该支路开断是否会造成电网解列，若是，继续执行下一步；否则直接跳转第(3.5)步，调用电网不解列开断拓扑分析；
[0120]
(3.2)判断该支路是否为末端支路，若是，继续执行下一步，调用末端支路开断拓扑分析；否则，跳转第(3.4)步，调用电网解列开断拓扑分析。
[0121]
(3.3)末端支路开断拓扑分析，依据式(1)获取末端支路开断后的电网计算模型，跳转第(3.6)步；
[0122]
(3.4)电网解列开断拓扑分析，依据式(3)获取电网解列开断后的电网计算模型，跳转第(3.6)步；
[0123]
(3.5)电网不解列开断拓扑分析，依据式(2)获取电网不解列开断后的电网计算模型，跳转第(3.6)步；
[0124]
(3.6)统计支路开断拓扑分析结果。
[0125]
步骤4：发电机支路开断。发电机是单端元件，其停运可以等效为电网计算母线和支路数量不变情况下节点注入功率的变化，即只需修改对应节点注入功率，无需重新进行拓扑分析。因此，此种情况又分为以下几步：
[0126]
(4.1)判断是否已进行线路/变压器支路开断。发电机一般通过升压变接入电网，在机组n-1扫描时，实际已经完成了发电厂升压变压器n-1计算，因此机组n-1可以复用发电厂升压变压器n-1扫描结果。但当n-1未进行变压器支路n-1扫描时，仍需要进行机组n-1分析计算。若已进行支路开断扫描，则从步骤3获取机组升压变开断计算结果，跳转第(4.3)步；否则，执行下一步，调用电网不解列拓扑分析。
[0127]
(4.2)电网不解列拓扑分析，依据式(2)获取电网不解列开断后的电网计算模型。
[0128]
(4.3)统计发电机开断拓扑分析结果。
[0129]
步骤5：物理母线开断。物理母线可能连接线路、变压器、机组、负荷、电容器、电抗器等设备，其停运会导致多个电气设备的停运或电网解列。因为物理母线、闭合开关和刀闸等在厂站母线分析时，被等效成计算母线，其开断无法直接修正节点支路计算模型，需要通
过设置物理母线相连开关或刀闸的开合状态，进行母线所在厂站的厂站母线拓扑，如果重新进行母线拓扑分析后，支路一端连接计算母线仅连接一条支路，则该支路因母线开断后悬空，可认为物理母线开断导致该支路停运。通过局部母线拓扑分析得到停运支路集合，在节点支路模型中设置对应支路运行状态，直接对支路所在电气岛重新进行拓扑分析。因此，当模拟物理母线开断时，需要调用复杂故障局部拓扑分析方法，获取计算模型。
[0130]
步骤6：故障组开断。电网故障组一般是通过人工设置或根据外部信息智能化构建，其数量有限。故障组成员可能包含线路、变压器、发电机组、断路器、物理母线等设备，基于上述分析，可推导出故障组开断时的分析步骤如下：
[0131]
(6.1)判断故障成员是否包含断路器、物理母线等设备，若包含，执行下一步；否则，执行第(6.3)步。
[0132]
(6.2)调用复杂故障局部拓扑分析方法，获取在线分析所需计算模型，跳转第(6.4)步。
[0133]
(6.3)根据故障设备构建停运支路集合和停运单端元件集合，调用电网解列开断拓扑分析，获取故障组开断后的电网计算模型。
[0134]
(6.4)统计故障组开断拓扑分析结果。
[0135]
本发明还提供一种n-x快速拓扑分析系统，包括基态拓扑分析结果获取模块和判断计算模块；其中：
[0136]
基态拓扑分析结果获取模块：用于对电网进行基态网络拓扑分析，获取基态拓扑分析结果；
[0137]
判断计算模块：用于在n-x拓扑分析结果的基础上，进行全网交流设备n-1故障开断、故障组开断，对开断电网设备类型进行判断；
[0138]
若开断电网设备类型为双端元件，则对双端元件支路所在电气岛重新进行拓扑分析，获得双端元件支路开断拓扑分析结果；
[0139]
若开断电网设备类型为单端元件，则判断是否已经进行双端元件支路开断，若是，则将双端元件支路开断拓扑分析结果作为单端元件支路开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得单端元件支路开断拓扑分析结果；
[0140]
若开断电网设备类型为物理母线，则调用复杂故障局部拓扑分析，获得物理母线开断拓扑分析结果；
[0141]
若开断电网设备类型为故障组，则判断故障组是否包含物理母线，如是，则调用复杂故障局部拓扑分析方法，获得故障组开断拓扑分析结果，若否，则进行电网不解列开断拓扑分析，获得故障组开断拓扑分析结果。
[0142]
下面对本发明中与n-x拓扑分析相关的关键术语解释如下：
[0143]
(1)网络元件：开关、机组、负荷、电容器或电抗器、变压器和线路等均称为网络元件。其中变压器、线路和开关等均称为双端元件，机组、负荷、电容器和电抗器等称为单端元件；
[0144]
(2)结点：指网络元件的连接点，元件通过相互公共的结点连接成电网；
[0145]
(3)逻辑支路：指的是开关元件，在连接的两结点之间或是零阻抗(闭合时)，或是无穷大阻抗(开断时)，因此网络拓扑分析得到的计算模型中已不存在开关；
[0146]
(4)母线：是被闭合逻辑支路联系在一起的结点集合，即保留支路的连接点；
[0147]
(5)电网设备：网络元件、母线的统称；
[0148]
(6)电气死岛：不带电的电气岛，即无负荷或者无发电，或者没有支路等输电设备；
[0149]
(7)电气活岛：带电的电气岛，即有负荷也有发电，同时存在支路等输电设备(即电气岛支路数大于1，计算母线数大于2)；
[0150]
(8)末端支路：支路一端计算母线有且仅有一条支路相连；
[0151]
(9)末端节点：有且仅有一条支路相连的计算母线；
[0152]
(10)电网不解列开断：当发生支路开断后，电气岛不解列，除开断设备外无其它设备停运；
[0153]
(11)电网解列开断：当发生支路开断后，电气岛解列成多个电气岛，新生成的多个电气岛可能是电气活岛，也可能是电气死岛，需要重新判断新生成的电气岛是否带电；
[0154]
(12)悬空设备：不连接其它任何设备的线路端点、变压器绕组、机组、负荷等电气设备。
[0155]
实施例
[0156]
以十一月份某时刻国分调控云实时数据平台电网模型数据断面为例，包含交流线路20948条，变压器15279个，物理母线30082条，机组8933个，断路器和隔离开关415456个。对该电网模型进行厂站母线拓扑分析，生成计算模型，得到电网连接点个数为385767个，计算母线数46552条，交流支路53808条，直流支路522条，在该计算模型基础上进行系统网络分析，得到电气岛22197个，其中交流岛22029个，直流岛168个，带电电气岛87个，带电交流电气岛7个。对全网模型进行一次基态拓扑分析共耗时0.042s，其中厂站母线分析耗时0.034s，系统网络分析耗时0.008s。传统n-x拓扑分析需要搜索设备连接点，基于节点支路计算模型展开拓扑分析，经统计，该算例n-x开断设备总数为49400(其中包含复杂故障20220个，以及测试算例中加入故障组7个)。采用方法一，每开断一个设备，均对全网重新进行一次拓扑分析，共耗时2074.8s；采用方法二，基于计算模型，每开断一个设备，对全网重新进行一次系统网络分析，共耗时395.242s；采用方法三，即本发明提出的快速拓扑分析法，利用电网拓扑结构和支路开断分布因子对不同设备开断类型采用不同的局部拓扑修正，共耗时3.653s。本发明提出的拓扑分析方法大幅减少了拓扑分析计算规模，提升了n-x整体计算效率。
[0157]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0158]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0159]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0160]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0161]
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。