基于复杂设备的智能配电网络拓扑分析与建模

基于复杂设备的智能配电网络拓扑分析与建模DENG Qijun, ZHOU Hong, CHEN Yong中国武汉大学自动化系e-mail:dzgzchenyong@摘要为了实现的一种配电网络管理系统的高级应用程序，我们提出一种节点模型，它基于分布网络设备的电气特征及配电网络设备的操作方法和每一台设备的应用程序的差异的全面分析。

根据此节点模型及内部结构的复杂的设备，获得了拓扑分析复杂的设备的一种新方法，而且给出了解释如何使用此方法的示例。

实践证明此方法不仅完成的拓扑结构分析的某些功能，而且还实现了电源线拓扑着色。

关键词分布式网络；拓扑分析；复杂设备；节点模型1．简介随着经济的发展和人们生活水平的提高，电力需求大幅增加，配电网络一天比一天变得复杂。

客户的要求已从“有电使用”到了“有高质量的电用”。

作为电力系统的最后一个级别，配电网络直接面对客户。

如何确保高质量的可靠性、提高安全和经济的通讯设备，以及降低线损，是电网改造和计划的难点。

传统的管理系统很难满足电网建设和运行的安全和经济模式的要求。

因此在智能配电网络需要更高效、更安全的管理系统以达到可靠、安全、经济、高效和环保的目标。

配网管理地理信息系统(简称GIS 配电网)因它强大的管理功能而被越来越多电力供应公司所应用。

配电网GIS带来统一和共享的所有计算机和通信技术的图形和数据。

它是一个完整的系统，提供包括故障位置、线损分析、操作票管理、等除GIS（地理数据输入/输出、维护和管理的空间数据和属性数据的一般功能的电力系统的一些高级的功能、统计、搜索、分析等)。

这些功能都基于一种合理的、简单的、统一的拓扑模式，是配电自动化的前提。

根据配电网络和设备的运行方式的结构，基于的运行图和单行图，电气特征分析拓扑建模和分析的一种实用算法建议在此文件中。

这种算法可以分析分布网络在线空间数据和属性数据的地理信息系统、与实现的功能，如模拟电源跟踪、遍历带电电路与操作。

算法被证明是成功的做法。

2．配电网络拓扑模型的当前形势配电网络的拓扑模型通常用于实现先进的功能，包括潮流计算、线损分析、故障定位、等。

配电网络分析的基础，本文主要讨论如何生成智能配电网络的拓扑模型和满足要求的分布网络地理信息系统。

目前，矢量和栅格模型是建立基于GIS 的分布网络模型的两种主要方式。

关系矩阵分析是向量模型的代表。

在此模型中，配网馈线被视为边缘，和配电网络可以描述与n ×n 矩阵。

例如：公式C=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛nnnnccc1111c代表设备的配电网络拓扑关系。

在矩阵，n 代表的配电网络，c 11， … …，c nn 表示节点的分布网络设备。

分布网络计算各种可以完美地通过矩阵变换。

不过，如c 1n 和c n1 矩阵中的元素表示相同的进纸器。

它导致重复的信息，增加的工作量的系统，并使系统运行慢。

此外,c 11, c 22,…, c nn 不能反映内部的结构及连接关系的复杂的设备。

所以，关系的矩阵不能完整地描述的配电网络，其中包含大量复杂的设备的状态。

更重要的是，它不会结合地理信息系统和无法找到地理信息系统的功能与设备。

基于这些原因，配电网络的拓扑结构建模主要使用光栅模型。

光栅模型包括基于地理信息系统和基于管理层分配的拓扑模型的配电网络的拓扑模型。

基于 GIS 的配电网络拓扑模型的主要单位包括节点、 线条和形状。

所有的设备都被视为节点或行，并在同一图层中生成的所有节点和行 — — 拓扑图层。

这种方法的最大特点是拓扑图层奠定的拓扑元素的地理信息能迅速得到的地理背景图层上。

但是，单个图层必将导致信息单。

复杂的配电网络中，单一的信息不能反映整个的配电网络。

基于管理层分配的拓扑模型太使用地理信息系统的地理背景。

基于 GIS 的配电网络拓扑模型的主要区别是不同类型的线条和节点存储在不同的图层，其中包括图层交换机、 变电站变压器层、 隔离层等，每个图层中含有大量的设备信息。

当已选择一个图标时，设备信息来自所属的图标的图层。

这种方法克服的缺点的单个的信息。

虽然上述的方法可以实现分配管理的部分职能，他们有共同的滥用。

为复杂的设备，如环网柜、 分支箱，如果他们被视为单独的节点，其内部的拓扑关系将会之忧，和几个内部设备都糊里糊涂指向一个节点。

当运行复杂设备的内部交换机，他们也不会准确地描述拓扑网络。

因此，基于上述的方法，节点模型的复杂设备被提出本文层管理。

3．配电设备模型中国城市建设日新月异和地形特征千方式的差异导致比其他国家有更复杂的配电网络。

在中国，配电网络包含很多品种的设备。

并且由于地广人多，分布网络成为更加复杂和难以管理。

为了解决分发管理中存在的问题，我们必须进行配电自动化。

若要提高配电自动化水平，应实现一种简单有效的拓扑模型，即在配电自动化中的主要困难。

一、主要设备模型虽然分布网络包含很多品种的设备是广泛，它包括这些功能： 电源，电源控制器，和开关电源。

因此，每个设备的配电网络被认为是简化分布模型的节点。

功能和操作方法，节点分为四种类型： 交换机节点 （S ），用户 (U)、 T 节点 (T)，作为动力源节点的变电站(V)。

转换节点包括交换机和隔离器。

所有变电站都是用户节点。

T 节点位置的分支计数是多个点。

基于对应关系的模型称为设备节点模型。

在模型中的每个节点表示的物理设备。

一线图的一部分如图 1 所示。

S u b s t a t i o nIsolatortransformatorc hU US图1 配电网络单线图 图2主要设备的节点模型根据上述定义，图2 被获得从图1。

表达式，如下所示：配电网=={V i; S j; U k; T t | i=1,2,…,n; j=1,2,…,n; k=1,2,…,n; t=1,2,…,n;}二、复杂设备模型有很多复杂的设备，除了上述的设备，如可控的分支箱、环网柜等的配电网络。

他们不属于四种类型的节点，和四个节点不能也表示它们的功能。

但他们有一个共同的特点，他们只能包含转换节点和T 节点。

因此，所有复杂的设备可视为两个类型的节点，以满足建模要求相结合。

1）可控分支箱作为的配电网络，可以打开或关闭电源的可控的分支框功能的可控设备。

作为上述的表达式中，模型的可控的分支箱所示图3。

图3 可控分支箱模型由图3可知，可控分支箱中包含一个转换节点和两个T 节点，并其模型表达如下所示：可控分支箱={T i; S j; | i=2; j=1;}在此表达式中，I 和j 代表T 模式的计数，并分别切换节点。

2)主要环网环网柜通常由总线和交换机组成。

根据实践，有总线隔离器之间有时来控制多电源的总线。

环网柜的主要控制元件是负荷开关，其运作的提供多电源和提高供电的可靠性。

环网柜的操作和低价格的简单性，因此广泛应用于电网建设。

典型的环网柜如图 4 所示。

4#3#2#1#FD07ShilizhiSubstationLufeng Villiage ring main unitT3S7T2S4T1S9S8 U4U3S6S5U2U1S2S1S3VThe ring main unit with n buses has n T nodes and n-1 switch nodes 图4 环网单线图图5 主环单元模型图根据定义的复杂的设备，图5是从图4得到的。

在图 5 中的椭圆部分是Lufeng村环主要单元，其中包含8 T 节点和 3 开关节点的节点模型。

其表达如下所示：环网主单元={T i; S j; | i=n; j=n-1;}在此表达式中，I 和j 代表T 节点计数，并分别切换节点和n 表示总线的计数。

节点模型中，复杂的设备可以通过节点集合表示。

在集合中的节点不仅代表该组件的设备，也反映了设备的属性。

以这种方式的模型称为组件节点模型和模型中的节点设备中有且只有一个匹配的组件。

4.分布网络节点模型生成的节点和设备的关系是拓扑分析在配电地理信息系统中的最重要的部分。

在实际系统中，必须使用地理图中找出的现状和分销网络的电气特征。

基于地图和空间属性数据收集的GPS 或全站仪的电气设备，地理图反映了地域的连接关系。

生成地理图，过程中每个设备分配一个标记的字段“Num”。

“Num”字段包含连接的序列号和所属的并且是唯一的设备一行的行号。

在许多接口中使用的该字段属性数据并实现地理因素和数据库之间的无缝连接。

为了更好地描述设备，设计了“Type”字段和“Name”字段。

“Type”字段表示的类型的设备，包括交换机、变电站变压器、分支箱，等等。

“Name”字段表示设备的实际名称。

不同的命名规则原因相同种类的设备具有不同的名称。

因此，在地理图中的设备可以说明如下：设备= {Num；Type；Name；}所有的设备都符合某一种节点类型字段。

节点是拓扑分析，这基于节点的主要单位。

节点不仅表示实际设备和它的状态，也符合拓扑分析的需求。

根据这一事实，该节点的定义如下：N= {ID; Num; Name; Type; State ;}在公式中，ID 是唯一的字段，系统会自动生成；表示设备的运行状况的状态；0 表示不改变，1 表示改变。

节点和节点之间的关系构成了运行环的拓扑模型。

然而，两个节点之间的关系被反映的进纸器，这是一条线与节点的开始和结束与另一个。

表达的送纸器，如下所示：L = {N1; N2; Path; Sign ;}在公式中，N1、N2起始节点分别表示和结束节点的送纸器；路径标签的当前的进纸器，以确保模型的正定性的方向。

如果当前流的起始节点从结束节点，路径等于 1 ；与此相反，路径等于1。

标记，0 表示没有走过了送纸器和进纸器走过的 1 代表的标志。

根据上面的表达式中，所有的拓扑模型运行环可以表达模型节点-进纸器，并描述两个节点的送纸器，起始节点和一个结束的节点。

因此，基于GIS 的配电网络拓扑模型是大量的关系的送纸器，根据节点组成的复杂的拓扑建设并称为节点模型的配电网D:D= {N i; N j; Path; Sign; | i =1, 2,…, n; j=1,2,…,n;}在公式中，倪表示起始节点和N j表示结束节点。

根据节点模型的分销网络，在图 5 中的模型数据被获得，如表 1 所示。

在表1、N1, Type1和State1中表示的类型和起始节点状态的起始节点分别为何；N2, Type2和State2表示结束节点类型和状态的结束节点分别为何；标志是字段的标记是否该节点已走过了或不。

表1 模型中的数据N1N2Type1Type2State1State2SignV S1V S 1 1 0S1T1S T 1 1 0T1S2T S 1 1 0S2S3T U 1 0 0T1S4T U 1 1 0S4T2T T 1 1 0T2S5T S 1 1 0T2S6T S 1 1 0T2S7T S 1 1 0S5U1S U 1 1 0S6U2S U 1 1 0S7T3S T 1 1 0T3S8T S 1 1 0T3S9T S 1 0 0S8U3S U 1 1 0S9U4S U 0 1 05．配电网络拓扑分析的算法通常情况下，分配建设是关闭到树中的同一级别的节点，相对较少。