背景技術(shù)：

電網(wǎng)連通性分析在電力系統(tǒng)中有著重要作用。如電源點(diǎn)追溯、短路計(jì)算、停電分析等，都是基于電網(wǎng)連通性分析的應(yīng)用。相對于其它領(lǐng)域的連通性分析業(yè)務(wù)，電網(wǎng)連通性分析具有設(shè)備數(shù)量和種類多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變動(dòng)頻繁的特點(diǎn)，因此，電網(wǎng)連通性分析的方法必須具有高效處理大量拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的能力，并且具有較高的實(shí)時(shí)性。

現(xiàn)有的電網(wǎng)拓?fù)溥B通性分析方法一般有兩種：鄰接矩陣法和樹/有向圖搜索法。

鄰接矩陣法是構(gòu)造一個(gè)n*n的0-1矩陣m(n為拓?fù)涔?jié)點(diǎn)數(shù))，若節(jié)點(diǎn)i可達(dá)節(jié)點(diǎn)j，則將矩陣m[i][j]置為1,進(jìn)行連通性分析時(shí)，從指定節(jié)點(diǎn)遍歷為矩陣m中為1的要素即可，鄰接矩陣法實(shí)現(xiàn)簡單，實(shí)時(shí)性高，但矩陣較為稀疏時(shí)，空間浪費(fèi)較大，且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)n的增長，算法的時(shí)間成本和空間成本都按平方增長，不適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的分析。

樹/有向圖搜索法是將連通關(guān)系構(gòu)建為一個(gè)樹或有向圖，進(jìn)行連通性分析時(shí)采用深度優(yōu)先或廣度優(yōu)先的方式，遍歷樹/有向圖中的節(jié)點(diǎn)。樹/有向圖搜索法的時(shí)間、空間開銷都比鄰接矩陣法要好，但在實(shí)現(xiàn)上比鄰接矩陣法要復(fù)雜許多，同時(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，需要對樹進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，樹的深度會較深，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的調(diào)整開銷較大，對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性造成影響。

在電力領(lǐng)域，一般會采用拓?fù)鋶u分析的方法對上述方法進(jìn)行優(yōu)化：預(yù)先把具有直接或間接連接關(guān)系的設(shè)備聚合在一起，得到一個(gè)拓?fù)鋶u。進(jìn)行分析時(shí)，只需在待分析設(shè)備所屬的拓?fù)鋶u上進(jìn)行遍歷，而不需要涉及整個(gè)電網(wǎng)，大大減少了運(yùn)算量。但電網(wǎng)中的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，或需要模擬某些設(shè)備故障時(shí)，可能會對拓?fù)鋶u進(jìn)行合并/拆分操作，性能開銷比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文根據(jù)電網(wǎng)的特點(diǎn)，基于深度優(yōu)先的樹/有向圖搜索法和現(xiàn)有拓?fù)鋶u聚合方法，提出了一種基于靜態(tài)拓?fù)鋶u的電網(wǎng)連通性分析方法，使得電網(wǎng)連通性分析系統(tǒng)擁有較高性能和實(shí)時(shí)性的同時(shí)，還兼具高擴(kuò)展性、易于部署到分布式環(huán)境中的優(yōu)點(diǎn)。

一種基于靜態(tài)拓?fù)鋶u的電網(wǎng)連通性分析方法，所述分析方法包括以下步驟：

步驟(1)建立靜態(tài)拓?fù)鋶u視所有開關(guān)設(shè)備均處于斷開狀態(tài)，遍歷所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)，將有連通關(guān)系的設(shè)備合為一組，直到遍歷結(jié)束，每組節(jié)點(diǎn)即為一個(gè)拓?fù)鋶u，各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的相鄰設(shè)備信息也在此次遍歷中得到；

步驟(2)計(jì)算各設(shè)備的動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備；

步驟(3)建立通用遍歷器：通用遍歷器的工作步驟如下:

(3.1)接收應(yīng)用程序傳入的節(jié)點(diǎn)訪問函數(shù)visitor、終止條件函數(shù)isend；

(3.2)構(gòu)建一個(gè)棧s，將起始節(jié)點(diǎn)壓入棧中；

(3.3)從棧s中取出棧頂節(jié)點(diǎn)e，若e被標(biāo)記為已讀，則轉(zhuǎn)至步驟(3.6)；

(3.4)將e標(biāo)記為已讀，并將e遞給終止條件函數(shù)isend，若函數(shù)isend(e)返回結(jié)束標(biāo)記，則結(jié)束整個(gè)遍歷過程；

(3.5)將e的靜態(tài)可達(dá)設(shè)備壓入棧中，傳遞e給訪問函數(shù)visitor處理，并根據(jù)visitor的返回結(jié)果，決定將e的哪些動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備壓入棧中；

(3.6)若棧s中尚有元素，則跳轉(zhuǎn)至步驟(3.3)，否則結(jié)束整個(gè)遍歷過程；

步驟(4)運(yùn)行通用遍歷器，收集訪問函數(shù)visitor得到的節(jié)點(diǎn)，按需求的格式返回查詢結(jié)果；

步驟(5)若開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)，或設(shè)備被模擬為故障等，修改所影響設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)即可；

所述設(shè)備節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為存儲設(shè)備連接關(guān)系的一種結(jié)構(gòu)體，包含了設(shè)備基本信息，設(shè)備的直接相鄰設(shè)備(下簡稱靜態(tài)可達(dá)設(shè)備)，及在某組開關(guān)閉合時(shí)設(shè)備的直接相鄰設(shè)備(下簡稱動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備)；

所述的靜態(tài)拓?fù)鋶u為在電網(wǎng)中，所有開關(guān)設(shè)備均斷開時(shí)，具有直接或間接連接關(guān)系的一組設(shè)備組成的一個(gè)集群，與現(xiàn)有技術(shù)中的拓?fù)鋶u相比，靜態(tài)拓?fù)鋶u不隨著開關(guān)狀態(tài)、模擬狀態(tài)等信息發(fā)生合并或拆分。

所述的通用遍歷器為一段通用的電網(wǎng)遍歷程序，只需傳入節(jié)點(diǎn)訪問函數(shù)、終止條件函數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)所需連通性分析功能，達(dá)到代碼高度復(fù)用，功能易于擴(kuò)展的目的；

所述步驟(1)遍歷所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)過程中，對于遍歷到的節(jié)點(diǎn)e，判斷e與現(xiàn)有設(shè)備是否具有連接關(guān)系，若無，則建立新拓?fù)鋶ut，將e加入t中；若有且只有一個(gè)拓?fù)鋶ut0與e有連接關(guān)系，則將e加入t0；若有多個(gè)拓?fù)鋶ut1,t2,...tn與e具有連接關(guān)系，則將t2...tn合并到t1，并將e加入t1；

所述步驟(2)計(jì)算各設(shè)備的動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備時(shí)，將所有開關(guān)視為閉合、所有設(shè)備視為無故障，此時(shí)針對各個(gè)設(shè)備，計(jì)算出與之直接相連的設(shè)備，并出去其靜態(tài)可達(dá)設(shè)備，即得到其動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備；

所述步驟(3.5)中，visitor的返回結(jié)果視具體需求而定，如“根據(jù)開關(guān)狀態(tài)決定入棧設(shè)備”、“根據(jù)模擬狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)決定入棧設(shè)備”、“無視開關(guān)狀態(tài)，只由模擬狀態(tài)決定入棧設(shè)備”等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：相比于現(xiàn)有的拓?fù)鋶u分析方法，本發(fā)明遍歷的節(jié)點(diǎn)數(shù)和深度一致，只是多了一步是否遍歷動(dòng)態(tài)可達(dá)節(jié)點(diǎn)的判斷，因此，兩種方法在分析過程中的耗時(shí)相差無幾(實(shí)測本方法比現(xiàn)有拓?fù)鋶u分析方法慢5％左右)；在開關(guān)狀態(tài)、模擬狀態(tài)變更時(shí)，只需修改對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，不會進(jìn)行拆分/合并操作，大幅減少了系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的性能開銷；因此，本方法以極小的分析時(shí)的開銷為代價(jià)，兼具了性能和實(shí)時(shí)性。

本方法將遍歷方法提取為遍歷器，在開發(fā)具體連通性分析的業(yè)務(wù)時(shí)，只需額外編寫訪問函數(shù)visitor、終止條件函數(shù)isend即可，代碼高度復(fù)用，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

龐大的電網(wǎng)被分割成了多個(gè)拓?fù)鋶u，可方便地將拓?fù)鋶u分散到分布式系統(tǒng)中，由于拓?fù)鋶u不會進(jìn)行拆分/合并的修改操作，故無需處理由于修改操作帶來的分布式系統(tǒng)一致性問題。

附圖說明

圖1為各子程序分工和交互示意圖；

圖2為通用遍歷器的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于以下技術(shù)方案。

實(shí)施例1所述電網(wǎng)連通性分析方法做配電網(wǎng)上游追溯

電源點(diǎn)，即為指定設(shè)備供電的的設(shè)備，在配電網(wǎng)中，電源點(diǎn)一般為變電站。

上游設(shè)備，即從電源點(diǎn)到達(dá)待分析設(shè)備所經(jīng)歷的設(shè)備，這些設(shè)備是否正常工作、工作負(fù)載等參數(shù)，對于待分析設(shè)備的供電可靠性有著重要的意義。

配電網(wǎng)上游追溯，即查詢配電網(wǎng)中待分析設(shè)備的上游設(shè)備的過程。

步驟(1)建立靜態(tài)拓?fù)鋶u本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)倉庫為hbase數(shù)據(jù)庫，編寫mapreduce模型程序，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分片地讀到map程序節(jié)點(diǎn)上，map程序節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)分片封裝為設(shè)備節(jié)點(diǎn)對象，并將具有連通性的設(shè)備節(jié)點(diǎn)標(biāo)上相同的拓?fù)鋶u編號，傳遞給reduce程序節(jié)點(diǎn)；

reduce程序節(jié)點(diǎn)收集map程序節(jié)點(diǎn)傳遞的拓?fù)鋶u分組的信息，并將拓?fù)鋶u分組信息進(jìn)行合并，得到初始拓?fù)鋶u；

最后，將初始拓?fù)鋶u分發(fā)到服務(wù)器集群中；

步驟(2)建立動(dòng)態(tài)可達(dá)關(guān)系視所有開關(guān)設(shè)備均為閉合狀態(tài)，得到各節(jié)點(diǎn)在某組開關(guān)閉合時(shí)的相鄰節(jié)點(diǎn)；

步驟(3)建立通用遍歷器：通用遍歷器的工作步驟如下：

(3.1)設(shè)計(jì)訪問函數(shù)visitor、終止條件函數(shù)isend

visitor函數(shù)的設(shè)計(jì)尋找上游設(shè)備，本質(zhì)上就是從電網(wǎng)無向圖中獲取由待分析設(shè)備出發(fā)的所有分支，并從這些分支中獲取一條包含電源點(diǎn)的路徑，因此visitor設(shè)計(jì)為：

在visitor中建立一個(gè)棧rs，當(dāng)visitor接收到通用遍歷器傳入的設(shè)備e時(shí)，判斷e是否與棧rs的棧頂元素是否相鄰或動(dòng)態(tài)可達(dá)，若是，則e壓入棧rs；若否，則說明通用遍歷器已遍歷完一個(gè)子分支，故需要將棧rs中非本分支的設(shè)備剔除，具體做法是重復(fù)移除rs的棧頂元素，直至棧頂元素與e相鄰或動(dòng)態(tài)可達(dá)或rs為空；

visitor的返回值為”chosebyswitch”，即要求將e的動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備中開關(guān)閉合的設(shè)備壓入棧s中。

isend函數(shù)的設(shè)計(jì)當(dāng)傳入isend函數(shù)的節(jié)點(diǎn)e為電源點(diǎn)時(shí)，返回結(jié)束標(biāo)記；

(3.2)構(gòu)建一個(gè)棧s，將待分析設(shè)備壓入棧中；

(3.3)從棧s中取出棧頂節(jié)點(diǎn)e，若e被標(biāo)記為已讀，則轉(zhuǎn)至步驟(3.6)；

(3.4)將e標(biāo)記為已讀，并將e遞給終止條件函數(shù)isend，若函數(shù)isend(e)返回結(jié)束標(biāo)記，則結(jié)束整個(gè)遍歷過程；

(3.5)將e的靜態(tài)可達(dá)設(shè)備壓入棧中，傳遞e給訪問函數(shù)visitor處理，并根據(jù)visitor的返回結(jié)果，決定將e的哪些動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備壓入棧中；

(3.6)若棧s中尚有元素，則跳轉(zhuǎn)至步驟(3.3)，否則結(jié)束整個(gè)遍歷過程。

步驟(4)運(yùn)行通用遍歷器，收集訪問函數(shù)visitor得到的節(jié)點(diǎn)，按需求的格式返回查詢結(jié)果；

步驟(5)若開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)，或設(shè)備被模擬為故障等，修改所影響設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)即可；

當(dāng)遍歷過程結(jié)束后，若isend未返回過結(jié)束標(biāo)記，則說明未找到電源點(diǎn)，即待分析設(shè)備處于斷電狀態(tài)，故不存在其上游設(shè)備；若isend返回過結(jié)束標(biāo)記，則說明找到了電源點(diǎn)，visitor中的棧rs中的元素即為待分析設(shè)備的上游設(shè)備。

實(shí)施例2所述電網(wǎng)連通性分析方法做配電網(wǎng)停電模擬分析

停電模擬分析，即假設(shè)電網(wǎng)中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，分析假設(shè)故障的設(shè)備會導(dǎo)致指定片區(qū)中的哪些設(shè)備斷電。

由于設(shè)計(jì)了通用遍歷器，故電網(wǎng)模擬分析的步驟和程序均可復(fù)用實(shí)施例1中的對應(yīng)部分，只需重新設(shè)計(jì)實(shí)施例1中步驟(3.1)用到的訪問函數(shù)visitor、終止條件函數(shù)isend，并設(shè)待分析設(shè)備為片區(qū)的電源點(diǎn)即可。

visitor函數(shù)的設(shè)計(jì)在visitor中建立一個(gè)列表list，當(dāng)visitor接收到通用遍歷器傳入的設(shè)備e時(shí)，將e加入list中；

visitor的返回值為”chosebyswitchandsim”，即要求將e的動(dòng)態(tài)可達(dá)設(shè)備中開關(guān)閉合且未被模擬為故障的設(shè)備壓入棧s中。

isend函數(shù)的設(shè)計(jì)當(dāng)傳入isend函數(shù)的節(jié)點(diǎn)e為電源點(diǎn)時(shí)，返回結(jié)束標(biāo)記；

當(dāng)遍歷過程結(jié)束或，visitor中的列表list即為帶電設(shè)備，將片區(qū)內(nèi)所有設(shè)備與list中的設(shè)備相減，所得結(jié)果即為斷電設(shè)備，至此停電模擬分析完成。