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基于主接线图的电网拓扑辨识

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软件简介

 电气主接线图,就是用国家规定的电气设备图形与文字符号,详细表示电气主接线组成的电路图。电气主接线反映了发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量、各回路中电器设备的连接关系及发电机、变压器与输电线路、负荷间以怎样的方式连接,直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性,直接影响发电厂、变电所电气设备的选择,配电装置的布置,保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。本文在主接线图的基础上提出了用关联矩阵的方法对电网拓扑进行辨识。该算法使用节点-支路关联矩阵表示点网络的基本拓扑结构,定义了矩阵的“与-或”乘法运算,利用连通性的传递性质,实现对电网络的拓扑辨识。在此基础上,利用节点-支路关联矩阵和节点-节点连通矩阵的对称性,提出了加快计算的技术和实现方法,该算法既可以通过汇编语言或高级语言编程实现,也可以由单片机进系统或ASIC等硬件方法实现。

关键词:电气主接线图;电网拓扑辨识;关联矩阵;连通矩阵

目 录
摘 要 I
ABSTRACT I
目 录 III
第1章 绪 论 4
1.1 课题背景及研究的意义 4
1.1.1 课题背景 4
1.1.2 课题研究的意义 4
1.2 电网拓扑辨识研究现状 4
1.3 本文完成的主要工作 6
第2章 电力系统网络拓扑结构 7
2.1 电网拓扑模型 7
2.2 拓扑模型的表达 9
2.3 广义乘法与广义加法 10
2.4 拓扑的传递性质 11
第3章 关联矩阵法 13
3.1 关联矩阵 13
3.1.1 定义 13
3.1.2 算法 13
3.1.2 算法基础 14
第4章 矩阵法在电网拓扑中的应用 16
4.1 电网拓扑的基本慨念 16
4.1.1 规定 16
4.1.2 定义 16
4.1.3 连通域的分离 17
4.2 电网元件的等值方法 19
4.2.1 厂站级网络拓扑 19
4.2.2 元件级网络拓扑 19
4.3 矩阵法与传统法的比较 19
4.4 举例和扩展 20
第5章 主接线拓扑辨识原理 22
5.1 主接线的描述 22
5.2 主接线的拓扑辨识 23
5.3 算法的简化与加速 25
5.4 流程图 26
结 论 29
参 考 文 献 30
致 谢 32

第1章 绪 论
1.1 课题背景及研究的意义
1.1.1 课题背景
所谓电力系统网络拓扑结构指的实际上是电力系统网络内的各发电厂,变电所和开关站的布局,以及连接他它们的各级电压电力线路的连接方式。在电网发展初期,电网规模较小,电源布局对电网结构起重要作用。随着系统规模的不断扩张,尤其是互联大电网的形成,电厂的作用相对弱化,于是电力系统网络主结构的规划设计变得尤为重要。电网互联,是各国电业工业发展的的客观规律,是世界各国电力发展的必然趋势。
1.1.2 课题研究的意义
如此庞大的电网中,电网拓扑结构无疑直接决定着电力系统是否稳定,是否存在安全隐患,能否在意外发生的第一时间解决故障等等。从电网的发展中,为了谋求更多的经济效益和系统运行的稳定性,大电网取代了小电网。经济上大电网可以在最大的地理环境内获得最好的能源利用, 发挥大电网互联的错峰调峰、水火互济、跨流域补偿调节、互为备用和调节余缺等联网效益, 实现网间功率交换, 在更大范围内优化能源配置方式。同时, 在安全上大电网承受扰动的能力比小电网显著加强, 大电网因事故导致大停电的概率明显减小。在这种情况下,为了考量系统中设备的随机故障和负荷的不确定性,有了量化的电网风险评估。研究不同的电网系统拓扑结构,对于电网运行减少风险有着重要的意义[1]。
1.2 电网拓扑辨识研究现状
根据系统学原理,结构和功能是任何一个系统都存在的两种属性,系统的结构和功能相互联系、相互影响。结构决定功能,规定、制约着功能的性质和水平,限制着功能的范围和大小;功能是结构的外在表现,结构的改变往往伴随着功能的改变[1]。例如在力学中,用同样三根木条,当用钉子把它们分别钉为字母“N”、“H”和“A”的形状时,其稳定性有很大差别。同样地,电网的拓扑结构将对电力系统的稳定性产生直接影响[2-4],合理的电网结构能为其本身的可靠性提供物质基础,减少电网发生重大事故的可能性,或者能快速灵活地从事故状态恢复到正常状态。因此,分析和研究电力系统网络拓扑结构,对于理解、掌握电力系统静态和动态行为[5]、保障电力系统安全稳定运行具有重要的意义。
一个合理的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的基本条件,而一个具有确定结构、拓扑变化较少的网络,其稳定性问题也要简单得多。然而实际电力系统却是一个动态变化的网络,由于负荷变化、设备维护、故障跳闸、主动优化等原因,电网拓扑结构常常发生变化,主要表现为系统元件及开关的运行方式变化,如线路、变压器、发电机等元件的投入或退出以及母联投切、开关倒闸等。即使是网络拓扑结构的局部变化,也可能导致输电线路过负荷、电压越限 ,过负荷设备在系统保护作用下可能退出运行,进而发展成为大范围电网结构变化,甚至出现大面积连锁反应性停电,直接导致整个电力系统网络的瓦解和崩溃。为了保障电力系统安全稳定运行,消除运行方式及拓扑结构变化给电力系统运行带来的安全隐患,分析和研究各种运行方式及电网结构变化对系统运行的影响显得尤为重要。分析和研究各种运行方式及电网结构变化对电力系统的影响实际上也可以归为电力系统网络拓扑结构分析问题,相对于确定结构下的电力系统网络拓扑分析,研究变化拓扑结构下的电力系统问题要复杂得多。电力系统运行方式组合是具有典型代表性的这类问题。
电力系统的网络结构信息来源于电力系统元件之间的几何联结关系和电气物理耦合关系。不同的系统运行方式及网络拓扑结构表现为不同支路开断或闭合的组合,在数学表达上是一个庞大的组合问题。在电力系统基本的拓扑结构基础上,考虑可能的运行方式变化及其组合,根据特定的研究目标对各种运行方式进行排序,求取其中的极端运行方式或最优运行方式,本文将其称为电力系统运行方式组合研究。极端运行方式是指对电力系统运行及安全稳定影响最严重的运行方式。例如在电力系统静态安全分析、暂态稳定、电压稳定、保护整定等领域,需要从大量可能的预想事故中快速选取出对系统安全、稳定控制装置运行等影响最大的事故。这里所谓的事故是指一个或多个电力线路、变压器、发电机断开等,或者上述元件运行方式变化的组合,这些事故可能因系统发生故障、保护动作造成,也可能就是正常运行过程中出现的系统检修或调整方式,因此将其称为预想运行方式组合更为合理。另外一方面,通过运行方式组合,也可以寻求一种主动的运行方式控制策略,从而得到最优的系统运行方式以提高电网拓扑结构的安全性、经济性和鲁棒性,为电网规划、无功优化和经济调度等提供指导和参考。
随着电网状态估计技术的发展,电力系统拓扑结构分析方法得到了国内外专家和学者的广泛重视,传统的电力系统拓扑分析方法一般将拓扑结构表述为链表关系,用图论中的搜索技术,如深度优先搜索法和广度优先搜索法分析节点的连通性。这种方法一般需要建立反映拓扑结构的链表,通过处理链表实现拓扑分析。由于在电网的实际运行过程中,状态频繁发生变化的开关占少数,因此将追踪技术引入拓扑分析中,仅在开关状态发生改变时进行局部拓扑分析,可以减少拓扑分析的计算量。图论搜索虽易于理解,但较繁琐,不少学者在此基础上进行了更深入地研究和改进。在给出厂站、网络拓扑结构等概念后,独立进行厂站拓扑结构分析和网络拓扑结构分析,并引入稀疏、分块处理等技术进一步提高网络拓扑结构分析的效率

1.3 本文完成的主要工作
本文所要完成的主要内容包括以下几个方面:
1.通过查阅相关资料了解电力系统的几种电网拓扑辨识法。
2.熟悉电力系统网络拓扑结构识别在电网风险评估中的运用。
3.了解基于关联矩阵的电网拓扑辨识具体算法流程如何实现。
4.使用关联矩阵的方法,写出算法流程图。

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