基于源网荷储的配电网拓扑分析方法

基于源网荷储的配电网拓扑分析方法

发表时间：2019-12-23T13:03:38.080Z 来源：《电力设备》2019年第18期作者：罗松林陈威洪

[导读] 摘要：针对东莞地区大量光伏和储能电源接入，配电网分析不清晰的现状，探讨了配电网节点分析中的环路搜索、辐射状网络的拓扑搜索、含环网络的拓扑搜索，分析了其具体搜索要点，并比较了彼此的不同点和适用网络模型。

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞 523000）

摘要：针对东莞地区大量光伏和储能电源接入，配电网分析不清晰的现状，探讨了配电网节点分析中的环路搜索、辐射状网络的拓扑搜索、含环网络的拓扑搜索，分析了其具体搜索要点，并比较了彼此的不同点和适用网络模型。

关键词：配电网；环路搜索；辐射状网络

1引言

随着东莞地区大量储能电源的引入，源网荷储的各个元素集齐，但配电网的拓扑分析不甚明确，现对配电网网络拓扑分析进行研究，根据配电网中开关设备的开合状态确定一次设备的电气连接关系。拓扑分析的对象是节点和双端元件。电力系统的拓扑连接图，一个节点通常只和少数节点相连，一般都是稀疏图，对图的所有节点和边进行遍历，深度优先和广度优先的时间复杂度相同，都是O(n+e)，n是节点数目，e是边的数目。

输电网中通常采用深度优先搜索的方式遍历网络节点和支路。配电网通常是辐射状结构，没有环路或者有少量环路，有些馈线末端离根节点的距离较远。配电网拓扑分析的应用有两个[1-2]。第一个应用是找出网络中的环路路径。采用广度优先方法，遍历整个网络，即可搜索出环路路径。配电网的运行状态通常是辐射状网络，仅在合环操作时有环路，找出网络中的环路路径是配电网拓扑分析的基础。

第二个应用是拓扑搜索，找出一个设备的供电路径和供电范围。例如一个开关，其供电路径的搜索是找出电能经过哪些开关、线路等双端元件到达此设备，这些双端元件断开或者故障，此开关就会失电。其供电范围的搜索是找出哪些开关、线路、负荷设备的供电路径经过此设备，一旦此设备故障，这些供电范围内的设备都将失电。此功能在辐射状配电网的能量管理有很好的实用性[3]。辐射状电网条件下，找出设备的供电路径和供电范围在广度优先遍历的基础上方便得到结果，在有环网的情况下需要进行特殊处理。

2环路搜索

配电网环路搜索，采用广度优先方法遍历，找出环路路径。广度优先搜索从馈线根节点开始，遍历过程可以形成广度优先生成树，树根是馈线根节点。节点在广度优先生成树中到根节点的距离，是节点在图中到达根节点经过支路最少的路径距离。由节点到根节点的距离不同，将节点分为不同的层。

以图所示的网络拓扑图为例，描述广度优先遍历的过程。节点1和2是馈线根节点，节点5和6、节点12和17之间的虚线表示这两个节点之间有联络开关，开关均断开，馈线1和2都是辐射状馈线。广度优先遍历，先访问节点1和2，节点1和2是第一层节点，然后访问与节点1、2相连的节点3、4，为第二层节点。节点1是节点3的父节点，节点3是节点1的子节点。同理，节点2是节点4的父节点，节点4是节点2的子节点。按此方式，每次访问除父节点外与一层节点相连的节点，访问所有的节点，得到节点的层，建立父子节点的对应关系，一个节点的父节点是唯一的，一个节点的子节点可以有多个。广度优先遍历之后各节点的层如下：

第一层：1，2；第二层：3，4；第三层：5，6；第四层：7，8，9

第五层：10，11，12，13；第六层：14，15，16；第七层：17

图1 配电网网络拓扑结构示例

辐射状网络，本身就是一个树结构。如果节点5和节点6之间的开关闭合，两条馈线相连，构成环网，广度优先遍历的过程会有变化。访问第一层节点1和2、第二层节点3和4、第三层节点5和6之后，开始访问第四层节点。与节点5相连的节点是节点7和节点6。节点7是第四层节点，但是节点6已经访问过，是第三层节点，由此设置支路5-6是连支支路。其余遍历过程不变，最终结果中节点所在的层也不变。支路5-6是连支，移出连支，网络变成辐射状的，剩下的图就是广度优先生成树。

3辐射状网络的拓扑搜索

拓扑搜索是分析一个设备的供电路径和供电范围。在辐射状电网的条件下，基于广度优先遍历可以得到拓扑搜索的结果。

以图所示的网络拓扑图为例，两个联络开关都打开，分析支路5-8的供电路径和供电范围。支路5-8在馈线1上，只需要分析馈线1的拓扑。按照广度优先遍历的过程，依次访问节点1、5、3、7、8。对于双端设备来说，供电范围的搜索从层数较大的节点开始，对单端设备从设备所在节点开始。节点10和11是节点8的子节点，则支路8-10、支路8-11、节点10和11上的单端设备，都是支路5-8供电范围内的，节点8、10、11都称为下游节点。继续搜索，节点10、11的子节点也是下游节点，其与父节点连接支路和节点上的单端设备，也在供电范围内。依次方式搜索，至广度优先遍历完成，其供电范围搜索也完成。供电范围的结果，节点8、10、11、14、15、16、17是下游节点，节

点上的单端设备以及这些节点的连接支路在支路5-8的供电范围内。

4含环网络的拓扑搜索

在环网的条件下，基于广度优先遍历方式得到的拓扑搜索结果是不完善的。环网情况下供电路径不止一个，而此方法只能得到一个路径。在广度优先遍历的基础上，需要增加深度优先搜索的步骤，找出所有的路径。

结果与辐射状网络的拓扑搜索结果相同，但是对于含环的网络，这个结果是不完整的。含环网络的拓扑搜索，在完成辐射状网络的拓扑搜索过程后，从上游节点开始，进行深度优先搜索。深度优先搜索从一个节点开始，不断访问其相邻节点，遇到已经访问过的点中止。在环网拓扑搜索中，已经标记为供电路径或者供电范围的支路不再搜索，已经确定的上游节点或者下游节点认为是已经访问过的节点。深度优先搜索过程，遇到已经标记为下游节点的点，回到前一个访问点继续搜索；遇到其它的上游节点或者馈线根节点，根据深度优先搜索的原理，其访问过的点构成一个路径，即其他的电源路径。

拓扑搜索是从辐射状网络发展而来的拓扑分析应用，处理环网情况较为困难。本文给出的方法，在处理辐射状网络的基础上，再次进行搜索，将深度优先搜索和广度优先搜索结合，形成环网的拓扑搜索，可以处理多个环网存在的情况，具有较强的鲁棒性，其步骤为：找出馈线的所有节点和支路，进行广度优先遍历，找出下游节点和供电范围内的设备。从设备所在的上游节点开始，不断搜索其父节点，找出上游节点和供电路径。从已知的上游节点开，进行深度优先搜索，不搜索下游节点，搜索到上游节点或者馈线根节点时，形成一个供电路径。从设备所在的下游节点开始，进行深度优先搜索，不搜索上游节点，其搜索到的节点都是供电范围内的下游节点。 5小结

5.1分析了配电网网络拓扑分析的分类分析方法，分为环路搜索、辐射状网络的拓扑搜索、含环网络的拓扑搜索。

5.2比较了三种不同搜索的适用范围和搜索结果比较，为源网荷储配电网拓扑分析打下基础。作者介绍

罗松林（1984-）广东电网有限责任公司，硕士学历，工程师，研究方向：电力系统调度优化研究。陈威洪（1980-）广东电网有限责任公司，硕士学位，高级工程师，研究方向：电力系统调度优化研究。参考文献

[1]陈华山,刘军,韦正元.基于智能配电网技术的配电网规划研究[J].科技创新与应用,2017,(25):155,157.

[2]吴岚.分布式发电与新能源发电对电力系统影响的对比研究[J].科技资讯,2017,0(19).

[3]姜凤利,朴在林,吴硕,刘君.分布式发电对农村配电网电压分布和网损的影响[J].沈阳农业大学学报,2014,45(2):200-204 项目支撑：本论文为广东电网责任公司科技项目资助（项目编号：031900KK52160074）