背景技術：

電網連(lian)通(tong)性(xing)分(fen)(fen)析在電力系統中有著(zhu)重要作(zuo)用。如電源點(dian)追(zhui)溯、短路計算、停電分(fen)(fen)析等(deng)，都是基于電網連(lian)通(tong)性(xing)分(fen)(fen)析的(de)應(ying)用。相對于其它(ta)領域(yu)的(de)連(lian)通(tong)性(xing)分(fen)(fen)析業務，電網連(lian)通(tong)性(xing)分(fen)(fen)析具(ju)有設備(bei)數量和種類多、拓撲結構復雜、節點(dian)狀態(tai)變動頻繁的(de)特點(dian)，因此，電網連(lian)通(tong)性(xing)分(fen)(fen)析的(de)方法必須具(ju)有高(gao)效處理大(da)量拓撲節點(dian)的(de)能力，并(bing)且具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)實時(shi)性(xing)。

現(xian)有(you)(you)的(de)電網拓撲連通性分析(xi)方(fang)法一般(ban)有(you)(you)兩種：鄰接(jie)矩陣法和樹/有(you)(you)向圖搜索法。

鄰(lin)接(jie)矩陣(zhen)法(fa)(fa)是構造一個n*n的0-1矩陣(zhen)m(n為拓撲節(jie)點(dian)數(shu)(shu))，若節(jie)點(dian)i可(ke)達節(jie)點(dian)j，則將(jiang)矩陣(zhen)m[i][j]置為1,進行連通性(xing)分析(xi)時，從指定節(jie)點(dian)遍歷為矩陣(zhen)m中(zhong)為1的要素即可(ke)，鄰(lin)接(jie)矩陣(zhen)法(fa)(fa)實現簡單，實時性(xing)高，但(dan)矩陣(zhen)較為稀疏(shu)時，空間(jian)浪費較大，且隨(sui)著(zhu)節(jie)點(dian)數(shu)(shu)n的增(zeng)長，算法(fa)(fa)的時間(jian)成(cheng)本和空間(jian)成(cheng)本都按平方增(zeng)長，不適用(yong)于節(jie)點(dian)數(shu)(shu)較多的分析(xi)。

樹/有(you)向圖(tu)(tu)(tu)搜索法是將連通(tong)關系(xi)構建為一個樹或(huo)有(you)向圖(tu)(tu)(tu)，進行(xing)連通(tong)性分析時(shi)采(cai)用深度優先或(huo)廣度優先的方式，遍歷樹/有(you)向圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)的節(jie)點(dian)。樹/有(you)向圖(tu)(tu)(tu)搜索法的時(shi)間(jian)、空間(jian)開銷都比鄰接(jie)矩陣法要(yao)好，但在實現上比鄰接(jie)矩陣法要(yao)復(fu)雜許多(duo)，同時(shi)，當節(jie)點(dian)連接(jie)狀態發(fa)生變化時(shi)，需要(yao)對(dui)樹進行(xing)調(diao)整(zheng)，當節(jie)點(dian)數較(jiao)多(duo)時(shi)，樹的深度會(hui)較(jiao)深，導致節(jie)點(dian)的調(diao)整(zheng)開銷較(jiao)大(da)，對(dui)系(xi)統實時(shi)性造成影響。

在(zai)電(dian)力(li)領(ling)域，一般(ban)會采用拓(tuo)(tuo)撲(pu)島分(fen)析的(de)方法對上(shang)述(shu)方法進(jin)行優化：預先把具有直接(jie)(jie)或(huo)間接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)關系的(de)設備聚合(he)在(zai)一起，得到一個(ge)拓(tuo)(tuo)撲(pu)島。進(jin)行分(fen)析時(shi)，只需(xu)在(zai)待分(fen)析設備所(suo)屬的(de)拓(tuo)(tuo)撲(pu)島上(shang)進(jin)行遍(bian)歷，而不需(xu)要(yao)涉及整個(ge)電(dian)網，大大減少了運(yun)算量。但電(dian)網中的(de)開關狀態發(fa)生變化，或(huo)需(xu)要(yao)模擬某些設備故障(zhang)時(shi)，可能會對拓(tuo)(tuo)撲(pu)島進(jin)行合(he)并/拆分(fen)操作，性能開銷比較大。

技術實現要素：

本文根據電網(wang)(wang)的特點，基于(yu)(yu)深度優先的樹/有向圖搜索(suo)法和現有拓撲島(dao)聚合方(fang)法，提出了一種基于(yu)(yu)靜(jing)態(tai)拓撲島(dao)的電網(wang)(wang)連(lian)通性分(fen)析方(fang)法，使得電網(wang)(wang)連(lian)通性分(fen)析系統擁(yong)有較高(gao)性能和實時(shi)性的同時(shi)，還(huan)兼具高(gao)擴展性、易(yi)于(yu)(yu)部署到(dao)分(fen)布(bu)式環境中的優點。

一種基于靜態拓撲島的(de)電網連通性分(fen)析方法(fa)，所述(shu)分(fen)析方法(fa)包括以下步驟：

步驟(1)建(jian)立(li)靜態(tai)拓撲(pu)島(dao)視(shi)所有開關(guan)設備均(jun)處于斷開狀態(tai)，遍歷所有設備節(jie)(jie)點(dian)，將有連(lian)通(tong)關(guan)系的(de)設備合(he)為一(yi)組(zu)(zu)，直(zhi)到(dao)遍歷結(jie)(jie)束，每(mei)組(zu)(zu)節(jie)(jie)點(dian)即(ji)為一(yi)個拓撲(pu)島(dao)，各節(jie)(jie)點(dian)數據結(jie)(jie)構中(zhong)的(de)相鄰設備信息(xi)也在(zai)此(ci)次(ci)遍歷中(zhong)得(de)到(dao)；

步驟(2)計算(suan)各設備的動態可達(da)設備；

步(bu)驟(zou)(3)建立通用遍歷器(qi)：通用遍歷器(qi)的工作(zuo)步(bu)驟(zou)如下:

(3.1)接(jie)收應用程序傳入的節點訪問(wen)函數visitor、終(zhong)止條件函數isend；

(3.2)構建一個(ge)棧(zhan)s，將起始(shi)節(jie)點壓入棧(zhan)中；

(3.3)從(cong)棧s中取出棧頂(ding)節點(dian)e，若e被(bei)標(biao)記(ji)為已讀，則轉至(zhi)步驟(3.6)；

(3.4)將e標(biao)記為已(yi)讀，并將e遞給終止條件函數(shu)isend，若函數(shu)isend(e)返回結束標(biao)記，則結束整個遍(bian)歷過程；

(3.5)將e的靜(jing)態可(ke)達設備壓入棧(zhan)中，傳遞e給訪問函數visitor處理(li)，并根據visitor的返回(hui)結果，決定將e的哪(na)些動態可(ke)達設備壓入棧(zhan)中；

(3.6)若(ruo)棧s中尚有元素，則(ze)跳轉至步(bu)驟(3.3)，否(fou)則(ze)結束(shu)整個遍歷過(guo)程；

步驟(4)運行通用遍歷器，收集訪問函數(shu)visitor得(de)到的(de)節(jie)點(dian)，按需求的(de)格式返回查詢結果；

步驟(5)若(ruo)開關狀態發生變動，或設(she)備被模擬為故障等，修改(gai)所影響設(she)備的(de)相(xiang)關狀態即(ji)可；

所述設(she)(she)(she)備(bei)(bei)節點(dian)的(de)數據結(jie)構(gou)為存(cun)儲設(she)(she)(she)備(bei)(bei)連接關系的(de)一(yi)種結(jie)構(gou)體(ti)，包(bao)含了(le)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)基(ji)本信息，設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的(de)直(zhi)接相鄰設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(下(xia)簡(jian)稱靜態可(ke)達設(she)(she)(she)備(bei)(bei))，及(ji)在某組開關閉合時設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的(de)直(zhi)接相鄰設(she)(she)(she)備(bei)(bei)(下(xia)簡(jian)稱動態可(ke)達設(she)(she)(she)備(bei)(bei))；

所述的(de)靜態拓撲島(dao)為在(zai)電網中，所有開(kai)關(guan)設備均斷開(kai)時(shi)，具(ju)有直(zhi)接或(huo)間接連接關(guan)系的(de)一組設備組成的(de)一個(ge)集群(qun)，與現有技術中的(de)拓撲島(dao)相比，靜態拓撲島(dao)不(bu)隨著開(kai)關(guan)狀態、模擬狀態等信息發生合(he)并或(huo)拆分。

所述的通(tong)(tong)(tong)用遍歷(li)器為(wei)一段(duan)通(tong)(tong)(tong)用的電網遍歷(li)程序，只(zhi)需傳(chuan)入節(jie)點訪問函數(shu)、終止條件函數(shu)，即可實現所需連通(tong)(tong)(tong)性分析功能，達到代碼高度復用，功能易于擴展的目的；

所述步驟(1)遍歷所有(you)設(she)備節點過程中(zhong)，對于(yu)遍歷到的節點e，判斷e與現(xian)有(you)設(she)備是否具有(you)連(lian)接(jie)關系，若(ruo)(ruo)無，則建立(li)新拓撲島t，將e加入(ru)t中(zhong)；若(ruo)(ruo)有(you)且只(zhi)有(you)一(yi)個(ge)拓撲島t0與e有(you)連(lian)接(jie)關系，則將e加入(ru)t0；若(ruo)(ruo)有(you)多(duo)個(ge)拓撲島t1,t2,...tn與e具有(you)連(lian)接(jie)關系，則將t2...tn合并(bing)(bing)到t1，并(bing)(bing)將e加入(ru)t1；

所(suo)(suo)述步(bu)驟(2)計算各設(she)備(bei)的動(dong)態可(ke)達設(she)備(bei)時，將(jiang)所(suo)(suo)有(you)開關(guan)視為(wei)閉合、所(suo)(suo)有(you)設(she)備(bei)視為(wei)無故障，此時針對各個設(she)備(bei)，計算出(chu)與之直接相連的設(she)備(bei)，并(bing)出(chu)去其靜(jing)態可(ke)達設(she)備(bei)，即得到其動(dong)態可(ke)達設(she)備(bei)；

所述(shu)步驟(3.5)中，visitor的返回結果(guo)視具體需求而定，如“根據(ju)(ju)開關狀(zhuang)(zhuang)態(tai)決定入(ru)(ru)棧設備”、“根據(ju)(ju)模擬(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和開關狀(zhuang)(zhuang)態(tai)決定入(ru)(ru)棧設備”、“無(wu)視開關狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，只由模擬(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)決定入(ru)(ru)棧設備”等。

與現(xian)有技術相(xiang)比，本(ben)發(fa)明(ming)具有以下(xia)有益效果(guo)：相(xiang)比于現(xian)有的(de)(de)(de)拓撲(pu)島(dao)分析方法，本(ben)發(fa)明(ming)遍(bian)歷(li)的(de)(de)(de)節(jie)(jie)點(dian)數和深度一致，只是(shi)多了(le)一步是(shi)否遍(bian)歷(li)動態(tai)可達(da)節(jie)(jie)點(dian)的(de)(de)(de)判斷(duan)，因(yin)此，兩種方法在分析過程中的(de)(de)(de)耗時(shi)相(xiang)差無幾(實測本(ben)方法比現(xian)有拓撲(pu)島(dao)分析方法慢(man)5％左右)；在開關狀(zhuang)態(tai)、模擬狀(zhuang)態(tai)變更時(shi)，只需修(xiu)改對(dui)應(ying)節(jie)(jie)點(dian)的(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)，不會進行拆分/合并操作，大幅(fu)減(jian)少了(le)系統(tong)在節(jie)(jie)點(dian)狀(zhuang)態(tai)時(shi)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)開銷；因(yin)此，本(ben)方法以極小的(de)(de)(de)分析時(shi)的(de)(de)(de)開銷為代(dai)價，兼具了(le)性(xing)能(neng)和實時(shi)性(xing)。

本方法(fa)將遍歷(li)方法(fa)提取為遍歷(li)器(qi)，在開發具(ju)體連通性分析的(de)業務時，只需額外編寫訪問函(han)數(shu)visitor、終止(zhi)條件函(han)數(shu)isend即可，代碼(ma)高度復(fu)用，具(ju)有很強的(de)可擴展性。

龐(pang)大(da)的電網被(bei)分(fen)(fen)割成了多個拓(tuo)撲(pu)島(dao)，可方便地將拓(tuo)撲(pu)島(dao)分(fen)(fen)散到分(fen)(fen)布式(shi)系統中(zhong)，由于拓(tuo)撲(pu)島(dao)不會進行拆分(fen)(fen)/合(he)并的修(xiu)改操作(zuo)，故無需處理(li)由于修(xiu)改操作(zuo)帶(dai)來的分(fen)(fen)布式(shi)系統一致性問題。

附圖說明

圖1為各子(zi)程序分工(gong)和交互(hu)示意圖；

圖2為通(tong)用(yong)遍歷器的工作(zuo)流程圖。

具體實施方式

下面結(jie)合(he)實(shi)施例對本發明(ming)的技(ji)術(shu)方(fang)案作進一步詳細說明(ming)，但(dan)本發明(ming)并不(bu)局限于以下技(ji)術(shu)方(fang)案。

實施(shi)例1所(suo)述電網連通性分析(xi)方法做配電網上游追溯

電(dian)源點，即為指定設備供電(dian)的的設備，在配電(dian)網中，電(dian)源點一般為變電(dian)站。

上游設(she)(she)(she)備(bei)，即從電源(yuan)點到(dao)達待分析設(she)(she)(she)備(bei)所經歷的設(she)(she)(she)備(bei)，這些設(she)(she)(she)備(bei)是(shi)否正常工(gong)作、工(gong)作負載等參數，對于待分析設(she)(she)(she)備(bei)的供電可靠性有著(zhu)重(zhong)要(yao)的意義。

配電(dian)網上游(you)追溯，即查(cha)詢配電(dian)網中(zhong)待分析設(she)備的(de)上游(you)設(she)備的(de)過程。

步(bu)驟(1)建立靜態拓(tuo)撲島本實施例中的(de)(de)數(shu)(shu)據倉庫為hbase數(shu)(shu)據庫，編寫mapreduce模型程(cheng)序(xu)，將數(shu)(shu)據庫中的(de)(de)數(shu)(shu)據分(fen)片(pian)地讀到(dao)(dao)map程(cheng)序(xu)節(jie)(jie)點上(shang)，map程(cheng)序(xu)節(jie)(jie)點將接收到(dao)(dao)的(de)(de)數(shu)(shu)據分(fen)片(pian)封(feng)裝為設(she)備節(jie)(jie)點對象，并將具有連(lian)通性的(de)(de)設(she)備節(jie)(jie)點標上(shang)相同的(de)(de)拓(tuo)撲島編號(hao)，傳遞(di)給reduce程(cheng)序(xu)節(jie)(jie)點；

reduce程序(xu)節(jie)點(dian)收集map程序(xu)節(jie)點(dian)傳(chuan)遞的(de)拓撲(pu)島分組(zu)的(de)信息(xi)，并將拓撲(pu)島分組(zu)信息(xi)進行合(he)并，得(de)到初始拓撲(pu)島；

最(zui)后，將初始拓撲島分發到(dao)服(fu)務器集群(qun)中；

步驟(2)建立動態可達關系視所有開(kai)關設備均為閉合(he)狀(zhuang)態，得到各(ge)節點在某組開(kai)關閉合(he)時的相鄰節點；

步驟(3)建立通用遍(bian)歷器(qi)：通用遍(bian)歷器(qi)的工作步驟如下：

(3.1)設計(ji)訪(fang)問函數visitor、終止條(tiao)件函數isend

visitor函數的設(she)計尋找上(shang)(shang)游設(she)備，本(ben)質上(shang)(shang)就是從(cong)電網(wang)無向圖(tu)中(zhong)獲(huo)取由待分析設(she)備出發的所(suo)有分支，并從(cong)這(zhe)些分支中(zhong)獲(huo)取一條包(bao)含電源點的路徑，因(yin)此visitor設(she)計為：

在(zai)visitor中建立(li)一個(ge)棧(zhan)(zhan)rs，當(dang)visitor接收到通用遍歷(li)器傳入(ru)的設備(bei)e時，判斷(duan)e是否與棧(zhan)(zhan)rs的棧(zhan)(zhan)頂元(yuan)素(su)是否相鄰或動態可(ke)達，若是，則e壓入(ru)棧(zhan)(zhan)rs；若否，則說明通用遍歷(li)器已遍歷(li)完一個(ge)子分支，故需要將棧(zhan)(zhan)rs中非本分支的設備(bei)剔除，具體做(zuo)法(fa)是重復(fu)移除rs的棧(zhan)(zhan)頂元(yuan)素(su)，直至(zhi)棧(zhan)(zhan)頂元(yuan)素(su)與e相鄰或動態可(ke)達或rs為(wei)空(kong)；

visitor的返回(hui)值(zhi)為”chosebyswitch”，即要求將(jiang)e的動態(tai)可達(da)設(she)備(bei)中開關閉合的設(she)備(bei)壓入棧(zhan)s中。

isend函數的設(she)計當傳(chuan)入isend函數的節點(dian)e為電源點(dian)時，返回結束標記；

(3.2)構建(jian)一個(ge)棧s，將待分(fen)析設(she)備(bei)壓入(ru)棧中(zhong)；

(3.3)從棧(zhan)(zhan)s中取出棧(zhan)(zhan)頂節(jie)點e，若(ruo)e被標記為已(yi)讀，則轉至步驟(3.6)；

(3.4)將e標記為已讀，并(bing)將e遞給(gei)終止條(tiao)件函數isend，若函數isend(e)返(fan)回(hui)結(jie)束標記，則結(jie)束整個遍(bian)歷(li)過(guo)程；

(3.5)將e的(de)靜態(tai)可達設備(bei)壓(ya)入棧(zhan)中，傳遞e給(gei)訪問(wen)函數visitor處理，并根據visitor的(de)返回結(jie)果(guo)，決定將e的(de)哪些動態(tai)可達設備(bei)壓(ya)入棧(zhan)中；

(3.6)若棧(zhan)s中(zhong)尚有元素，則跳轉(zhuan)至(zhi)步驟(3.3)，否(fou)則結束整(zheng)個遍(bian)歷(li)過程。

步(bu)驟(4)運行通用遍(bian)歷器，收集訪問函數visitor得到(dao)的(de)節點，按需求的(de)格式返回(hui)查(cha)詢結(jie)果；

步(bu)驟(5)若(ruo)開(kai)關(guan)(guan)狀態發生變動(dong)，或設備被模擬為(wei)故(gu)障等(deng)，修改(gai)所(suo)影(ying)響設備的相關(guan)(guan)狀態即可；

當遍歷過(guo)(guo)程結(jie)束后，若(ruo)isend未(wei)(wei)返回過(guo)(guo)結(jie)束標記，則說(shuo)明未(wei)(wei)找到電(dian)源點，即待分析設備(bei)處于斷電(dian)狀(zhuang)態，故不存(cun)在其上游設備(bei)；若(ruo)isend返回過(guo)(guo)結(jie)束標記，則說(shuo)明找到了電(dian)源點，visitor中的棧rs中的元(yuan)素(su)即為待分析設備(bei)的上游設備(bei)。

實施例(li)2所述電(dian)網連通性分(fen)析(xi)方法做(zuo)配電(dian)網停(ting)電(dian)模擬分(fen)析(xi)

停電(dian)(dian)模擬分析，即假(jia)設(she)電(dian)(dian)網(wang)中(zhong)的一個或(huo)多個設(she)備(bei)(bei)發生故障，分析假(jia)設(she)故障的設(she)備(bei)(bei)會導(dao)致(zhi)指(zhi)定片(pian)區(qu)中(zhong)的哪些設(she)備(bei)(bei)斷電(dian)(dian)。

由(you)于(yu)設(she)計了通用遍歷(li)器(qi)，故電(dian)網模擬分(fen)析的(de)步驟和程序均可(ke)復(fu)用實(shi)施(shi)例(li)1中的(de)對應部分(fen)，只需重新(xin)設(she)計實(shi)施(shi)例(li)1中步驟(3.1)用到的(de)訪問(wen)函(han)數visitor、終(zhong)止條件函(han)數isend，并設(she)待分(fen)析設(she)備為片(pian)區的(de)電(dian)源點即可(ke)。

visitor函數的(de)設(she)計在visitor中建立一個列表list，當visitor接收到通用遍歷器(qi)傳入(ru)的(de)設(she)備e時，將e加(jia)入(ru)list中；

visitor的(de)返回(hui)值為”chosebyswitchandsim”，即要求將e的(de)動態可達(da)設(she)備中開關閉合且未被模擬為故障的(de)設(she)備壓入棧s中。

isend函(han)數的設計當傳入isend函(han)數的節(jie)點e為電源點時，返回(hui)結束標記；

當遍(bian)歷過(guo)程結(jie)束(shu)或，visitor中的(de)列表list即為帶電(dian)設備，將(jiang)片區內所有設備與list中的(de)設備相減，所得(de)結(jie)果即為斷電(dian)設備，至(zhi)此停電(dian)模擬(ni)分析完(wan)成。