專利名稱：基于節(jié)點(diǎn)合并法網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治龇椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于節(jié)點(diǎn)合并法網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治龇椒ā?br> 背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪荅MS (能量管理系統(tǒng))/DMS (配電管理系統(tǒng))高級應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)模塊，是電力系統(tǒng)仿真和各種分析計(jì)算的基礎(chǔ)；對于含分布式電源的配網(wǎng)系統(tǒng)，采用傳輸斷路器跳閘信號檢測孤島的技術(shù)瓶頸是需要一種滿足實(shí)時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒?。故網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅倪\(yùn)算速度直接影響高級應(yīng)用軟件的性能與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。目前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ㄖ饕袃煞N:樹搜索法和鄰接矩陣法。樹搜索法分為基于深度優(yōu)先搜索法和廣度優(yōu)先搜索法。樹搜索法的缺陷與不足:對于變電站復(fù)雜接線方式和環(huán)網(wǎng)情況適應(yīng)性較差?；谏疃葍?yōu)先搜索算法，由于其內(nèi)在的順序性，不滿足并行計(jì)算；基于廣度優(yōu)先搜索算法受節(jié)點(diǎn)度數(shù)不確定性的影響，并行運(yùn)算效率不高。鄰接矩陣法的不足:其運(yùn)算復(fù)雜度是0(n3)，實(shí)時(shí)性較差；另外電力網(wǎng)絡(luò)中支路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該算法的重用性差。電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鰞?nèi)容主要是由廠站組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)分析兩大部分組成。文獻(xiàn):“連通矩陣準(zhǔn)平方法網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥背鲎浴峨娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制》，2011，39 (5):31-34，提出連通矩陣準(zhǔn)平方法網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，該方法對廠站母線組態(tài)分析效率較鄰接矩陣法還低。文獻(xiàn):“基于同步相量測量的廠站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲂路椒ā背鲎浴峨娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制》，2011，39(17):52-56，提出基于pmu(同步相量測量單元)廠站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ǎ撍惴ㄐ枰娏ο到y(tǒng)中每條出線及母線配置相量量測單元，因PMU單元價(jià)格昂貴，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性價(jià)比極低。文獻(xiàn):“基于廣度優(yōu)先的快速拓?fù)浞治龇ā保鲎浴峨娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)》，1995，7(2):18-23，對華東電力系統(tǒng)某個(gè)運(yùn)行狀態(tài)使用廣度優(yōu)先和深度優(yōu)先算法進(jìn)行拓?fù)浞治?，該算例表明不論采用哪種拓?fù)浞治鏊惴ǎ瑥S站組態(tài)拓?fù)浞治稣颊麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊馁M(fèi)時(shí)間的70%左右。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上不足之處，同時(shí)為滿足基于拓?fù)浞治鰧?shí)時(shí)性需求，本發(fā)明提出一種基于節(jié)點(diǎn)連通島合并網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒ǎ捎媚軌虮４娌糠种虚g運(yùn)算結(jié)果的二維數(shù)組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，不僅能夠適應(yīng)環(huán)網(wǎng)型和樹型網(wǎng)絡(luò)連通性分析，尤其適合廠站組態(tài)并行拓?fù)浞治?，提高拓?fù)浞治鲞\(yùn)算速度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:首先對連通島及連通島號進(jìn)行定義:在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，節(jié)點(diǎn)i和它的鄰接節(jié)點(diǎn)j、k形成的連通區(qū)域稱為該節(jié)點(diǎn)的連通島，并用島內(nèi)所包含節(jié)點(diǎn)1、j、k中最小節(jié)點(diǎn)號作為該連通島的島號；當(dāng)兩個(gè)連通島之間存在相同的節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)連通島能夠合并為一個(gè)連通區(qū)域，用其中較小的連通島號代替較大的連通島號；一個(gè)含η個(gè)節(jié)點(diǎn)的圖G，依次對η個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島進(jìn)行合并，最終每個(gè)連通子圖包含的所有節(jié)點(diǎn)具有相同的連通島號，并且該島號是對應(yīng)的連通子圖所有節(jié)點(diǎn)中最小節(jié)點(diǎn)的編號；故依據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島號能夠?qū)崿F(xiàn)圖G的拓?fù)浞治龌螂姎鈲u劃分；I)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的邊與節(jié)點(diǎn)關(guān)系生成鄰接數(shù)組表和連通島號初值k(i):依次讀取支路開斷狀態(tài)信息，由連通的支路形成每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的鄰接節(jié)點(diǎn)集合，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島，并比較節(jié)點(diǎn)i及其鄰接的每個(gè)節(jié)點(diǎn)號的大小，將其中最小的節(jié)點(diǎn)號作為節(jié)點(diǎn)i的連通島號k(i)初值；2)合并連通島:對η個(gè)節(jié)點(diǎn),把每一節(jié)點(diǎn)i及其鄰接節(jié)點(diǎn)j、P的連通島合并成一個(gè)連通區(qū)域，用上述節(jié)點(diǎn)最小的連通島號kmin來標(biāo)識(shí)，合并過程分兩步進(jìn)行:第一步，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i連通島號k_(i)與kmin不等,用kmin替換節(jié)點(diǎn)k_(i)及k_(k_(i))連通島號,其中k_(k_(i))表示節(jié)點(diǎn)d_(i)的連通島號；第二步，用kmin替換當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i連通島號；3)節(jié)點(diǎn)最終連通島號的形成:對η個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次讀取節(jié)點(diǎn)i所在的連通島號d_(i)，節(jié)點(diǎn)k_(i)所在的連通島號是k_(Ui)),若K_(i)與k_(k_(i))不相等,則用k_(k_(i))替換節(jié)點(diǎn)i的連通島號。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)如下:(I)該拓?fù)浞治龇椒ㄝ^深度和廣度優(yōu)先搜索方法具有良好的并行性，適合計(jì)算機(jī)多核并行處理新技術(shù)的應(yīng)用。基于深度優(yōu)先搜索算法，由于其內(nèi)在的順序性，不滿足并行計(jì)算；基于廣度優(yōu)先搜索算法受節(jié)點(diǎn)度數(shù)不確定性的影響，并行運(yùn)算效率不高。故本發(fā)明的拓?fù)浞治龇椒ㄊ褂糜?jì)算機(jī)多核并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)廠站母線組態(tài)拓?fù)浞治鰰r(shí)，避免因多個(gè)處理器同時(shí)讀寫一個(gè)節(jié)點(diǎn)連通島號產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，不需要增加并行運(yùn)算共享數(shù)據(jù)讀、寫操作互斥機(jī)制所需時(shí)間開銷，提高了并行處理效率，運(yùn)算速度快，實(shí)時(shí)性好。(2)該拓?fù)浞治龇椒ㄝ^鄰接矩陣法具有較好的重構(gòu)性。對于節(jié)點(diǎn)固定的網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明采用二維數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠保存上次拓?fù)浞治鲇?jì)算結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)中某條支路閉合時(shí)只需比較閉合支路首、尾節(jié)點(diǎn)上一次拓?fù)浞治鏊诘倪B通島號，并用較小的連通島號替代較大的連通島號，完成拓?fù)浞治觥?3)該拓?fù)浞治龇椒ㄝ^鄰接矩陣法具有較少的運(yùn)算工作量，占用較少的內(nèi)存資源。


圖1為一個(gè)9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，圖2為母線段、輸電線路與開關(guān)的電氣連接關(guān)系圖，圖3為圖2對應(yīng)的頂點(diǎn)與邊的拓?fù)潢P(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級拓?fù)浞治鍪紫葘B通島及連通島號進(jìn)行定義。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，節(jié)點(diǎn)i和它的鄰接節(jié)點(diǎn)j、k形成的連通區(qū)域稱為該節(jié)點(diǎn)的連通島，并用島內(nèi)所包含節(jié)點(diǎn)1、j、k中最小節(jié)點(diǎn)號作為該連通島的島號。如果兩個(gè)連通島之間存在相同的節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)連通島可以合并為一個(gè)連通區(qū)域，用其中較小的連通島號代替較大的連通島號。一個(gè)含η個(gè)節(jié)點(diǎn)的圖G，依次對η個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島進(jìn)行合并，最終每個(gè)連通子圖包含的所有節(jié)點(diǎn)具有相同的連通島號，并且該島號是對應(yīng)的連通子圖所有節(jié)點(diǎn)中最小節(jié)點(diǎn)的編號。故依據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島號可以實(shí)現(xiàn)圖G的拓?fù)浞治龌螂姎鈲u劃分。
1.節(jié)點(diǎn)連通島合并拓?fù)浞治龇椒?。以圖1為例說明節(jié)點(diǎn)連通島合并拓?fù)浞治霾襟E，其中節(jié)點(diǎn)1-9代表電力網(wǎng)絡(luò)中廠站級母線(見圖2)組態(tài)拓?fù)浞治鲂纬傻挠?jì)算節(jié)點(diǎn)編號。I)根據(jù)圖1的邊與節(jié)點(diǎn)關(guān)系生成鄰接數(shù)組表和連通島號初值k(i)。依次讀取支路開斷狀態(tài)信息，由連通的支路形成每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的鄰接節(jié)點(diǎn)集合，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島，并比較節(jié)點(diǎn)i及其鄰接的每個(gè)節(jié)點(diǎn)號的大小，將其中最小的節(jié)點(diǎn)號作為節(jié)點(diǎn)i的連通島號k(i)初值。根據(jù)圖1中邊、節(jié)點(diǎn)連通關(guān)系形成鄰接數(shù)組和連通島初值如表I所示。并把連通島號初值備份留作它用。表I節(jié)點(diǎn)合并拓?fù)浞治鰯?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種基于節(jié)點(diǎn)合并法網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治龇椒ǎ涮卣髟谟?，方法如? 首先對連通島及連通島號進(jìn)行定義:在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，節(jié)點(diǎn)i和它的鄰接節(jié)點(diǎn)j、k形成的連通區(qū)域稱為該節(jié)點(diǎn)的連通島，并用島內(nèi)所包含節(jié)點(diǎn)1、j、k中最小節(jié)點(diǎn)號作為該連通島的島號；當(dāng)兩個(gè)連通島之間存在相同的節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)連通島能夠合并為一個(gè)連通區(qū)域，用其中較小的連通島號代替較大的連通島號；一個(gè)含η個(gè)節(jié)點(diǎn)的圖G，依次對η個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島進(jìn)行合并，最終每個(gè)連通子圖包含的所有節(jié)點(diǎn)具有相同的連通島號，并且該島號是對應(yīng)的連通子圖所有節(jié)點(diǎn)中最小節(jié)點(diǎn)的編號；故依據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島號能夠?qū)崿F(xiàn)圖G的拓?fù)浞治龌螂姎鈲u劃分； 1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的邊與節(jié)點(diǎn)關(guān)系生成鄰接數(shù)組表和連通島號初值k(i):依次讀取支路開斷狀態(tài)信息，由連通的支路形成每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的鄰接節(jié)點(diǎn)集合，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通島，并比較節(jié)點(diǎn)i及其鄰接的每個(gè)節(jié)點(diǎn)號的大小，將其中最小的節(jié)點(diǎn)號作為節(jié)點(diǎn)i的連通島號k(i)初值； 2)合并連通島:對η個(gè)節(jié)點(diǎn)，把每一節(jié)點(diǎn)i及其鄰接節(jié)點(diǎn)j、P的連通島合并成一個(gè)連通區(qū)域，用上述節(jié)點(diǎn)最小的連通島號kmin來標(biāo)識(shí)，合并過程分兩步進(jìn)行:第一步，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i連通島號k_(i)與kmin不等,用kmin替換節(jié)點(diǎn)k_(i)及k_(k_(i))連通島號,其中k_(k_(i))表示節(jié)點(diǎn)k_(i)的連通島號；第二步，用kmin替換當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i連通島號； 3)節(jié)點(diǎn)最終連通島號的形成:對η個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次讀取節(jié)點(diǎn)i所在的連通島號k_(i)，節(jié)點(diǎn)k_(i)所在的連通島號是k_(k_(i)),若k_(i)與k_(k_(i))不相等，則用k_(k_(i))替換節(jié)點(diǎn)i的連通島號。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于節(jié)點(diǎn)連通島合并網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇椒?，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，節(jié)點(diǎn)i和它的鄰接節(jié)點(diǎn)j、k形成的連通區(qū)域稱為該節(jié)點(diǎn)的連通島，并用島內(nèi)所包含節(jié)點(diǎn)i、j、k中最小節(jié)點(diǎn)號作為該連通島的島號；采用能夠保存部分中間運(yùn)算結(jié)果的二維數(shù)組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，不僅能夠適應(yīng)環(huán)網(wǎng)型和樹型網(wǎng)絡(luò)連通性分析，尤其適合廠站組態(tài)并行拓?fù)浞治?；故本發(fā)明的拓?fù)浞治龇椒ㄊ褂糜?jì)算機(jī)多核并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)廠站母線組態(tài)拓?fù)浞治鰰r(shí)，避免因多個(gè)處理器同時(shí)讀寫一個(gè)節(jié)點(diǎn)連通島號產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，提高拓?fù)浞治鲞\(yùn)算速度，提高了并行處理效率，運(yùn)算速度快，實(shí)時(shí)性好。
文檔編號H02J3/00GK103178516SQ20131002816
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者張燁, 周蘇荃, 程文玉, 周瑾 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)