基于SVG的10Kv电网网络拓扑生成算法研究概要.docx

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基于SVG的10Kv电网网络拓扑生成算法研究概要

技术创新

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基于SVG的10Kv电网网络拓扑生成算法研究

SVG-Based10KvPowerNetworkTopologyAlgorithm

（军事交通学院

郑贵省赵锐于波白丽娜康建华

ZHENGGui-xingZHAORuiYUBoBAILi-naKANGJian-hua

摘要:

研究了基于SVG的10Kv电网图模一体化技术,提出了基于矢量坐标位置的自动原始拓扑生成方法,拓扑生成算法同时基于连接规则和节点融合,加快生成速度,并应用于10Kv电网故障定位、隔离与恢复系统中的故障定位矩阵生成、故障恢复操作的校核和进行设备的动态着色。

关键词:

SVG;配电网;图模;拓扑分析中图分类号:

TM769文献标识码:

B

Abstract:

The10KvpowerdistributionnetworkdescribedwithSVGgraphicandequipmentmetafilemodelingwereresearched.Net-workoriginaltopologyauto-creatingalgorithmbasedonvectorcoordinatewasputforward.Inordertomakethealgorithmeffectively,thenodeconnectionrulesandnodefusionwereconsidered.Itwasappliedtocreatingthefaultlocatingmatrix,verifyingtheopera-tionofresumingfaultandpigmentizingthefacilitydynamicallyin10Kvpowernetworkfaultlocating,insulatingandresumingsystem.Keywords:

SVG;PowerDistributionNetwork;GraphModel;TopologyAlgorithm

文章编号:

1008-0570（201002-1-0029-02

引言

在10Kv配电网自动化系统中网络结构描述和拓扑分析具有基础的地位,是各种网络分析软件的基础,其本质就是将母线/开关描述的电网物理模型转化为采用结点/支路描述的数学模型,从而实时地反映出系统接线情况。

它是系统潮流计算、状态估计、安全分析等软件的重要模块,而厂站的拓扑分析又是电网拓扑的重要组成部分,其性能将直接关系到其他软件功能的运行和实现。

对它的主要要求就是可靠、快速、有效。

而如何具有良好的人机交互性能、恰当的描述电力网络、提取出抽象的拓扑通用模型并用计算机语言表达出来已成为电力能量管理系统中一个关键问题。

本文将建立基于SVG（ScalableVectorGraphics的图模一体化的电力网络平台,描述电力系统的网络结构,实现人机交互,进行拓扑分析,提出并实现基于设备端口描述、坐标追踪及节点融合的电网拓扑分析方法,并应用于10Kv电网网络故障隔离系统的故障定位、动态着色和故障隔离操作校核中。

1基于SVG的电网网络图形建模

SVG是W3C组织为适应Internet的飞速发展而制定的一

套基于XML语言的可缩放矢量图形语言描述规范,具有XML所具有的许多优点,它以文本方式存在,可以用来描述矢量图形、图像及文字等图形对象,能方便的实现图形定位与检索,具有丰富的表现效果、良好的可重用性及跨平台能力。

它还可以在其中嵌入脚本语言,以支持动画效果和交互能力。

因此,SVG技术非常适合于图、数一体化数据表达,使得不同平台上用户间的图形数据交换变得更容易、经济,为图形信息的交换与共享提供良好的基础,并为基于图形的专业应用软件提供基础性数据,使不同系统间图形数据的方便交换成为可能,鉴于SVG的种种

优点,国际电工委员会已将SVG确定为图形交换的标准格式。

基于SVG电网网络图形建模完成电力网络拓扑应用分析的一个重要步骤就是由SVG描述的原始图形,即其所表示的物理模型到电力网络拓扑模型转换的过程（图模转换。

图模转换过程可进一步细化为3步:

（1连接关系分析;（2系统结线分析;（3系统网络分析。

2电网网络拓扑生成算法

2.1电网拓扑生成算法描述

为了方便问题的研究,利用图的概念来描述电网图形的原始连接关系。

首先给出基本描述:

设备图元的端口坐标点为图形连接节点,任意两节点之间的连线（或设备形成一条边（或支路,节点和边在图形中具有唯一编号。

规则图形用图表示,其中:

是有限的非空节点集合,节点表示其

在图形中节点编号为i;E为边（支路集合。

根据设备的拓扑特性,可以把设备图元分成三类:

（1具有一个节点的设备图元,文中用Gn表示:

其中,;

（2具有两个节点的设备图元,文中用表示:

其中,;

（3具有多个连接节点的设备图元。

、合称为基本设备图元。

对于具有多个节点和支

路的设备图元,我们总可以利用图的操作将其分解成和的集合.因此,原始图形G的形成过程等价于基本设备图元合并的过程。

即:

;其中G1、G2、Gi为基本设备图元。

根据网络拓扑理论,对于一个任意的拓扑网络,可以用节点-支路关联矩阵来描述其拓扑结构,而对于一个电力系统主接线图,可以把其抽象成为一个拓扑图来描述。

把设备端口作为拓

郑贵省:

副教授博士

技术创新扑图的节点,把接线作为拓扑图的支路（当开关闭合时该支路连

通,开关断开时该支路断开。

设节点-支路关联矩阵A

a

为n×b

的连接矩阵,其中n为节点数,b为支路数。

矩阵行号为节点编

号,列号为支路编号。

有

其中:

表示节点i与支路j的关联性（连通性,若支路j与

节点i关联,;若支路j与节点i不关联,。

对于规则图形的合并,我们首先定义如下规则:

规则1.设,,若,则两节点重合;

规则2.设有及任意节点,若,

则;若,则,其中

即新节点加入时,若其不等于已有节点,必须重新进行

编号;

规则3.设,,若;则,

;

规则4.设,,若则必存在

,。

反之,若,则G与Gi不连通。

2.2连通性的辨识

对电力网络主接线的辨识,实际就是要找出网络中节点间

的连通关系。

显然,这种连通关系是可以传递的,即:

（1如果i节点与j支路相联,同时,支路j又与节点k相联,

则节点i与节点k是相联的。

（2如果i节点与节点k相联,而节点k又与节点l相联,则

节点i与节点l也是相联的。

定义节点-节点连通矩阵（它与网络图论中的节点一节点关

联矩阵有区别,其中:

当节点i与节点j连通时,,

不连通时,,显然C是对称矩阵。

以上连通关系的传递性

质可表示如下:

（1若,,则;

（2若,,则。

对于具有m个节点,n条支路的网络,定义以下矩阵乘法运算:

（1

其中,（2

表示“与”运算,表示“或”运算。

那么,当A为节点-支路关联矩阵,B为支路-节点关联矩阵

时,将表示节点i与节点j通过任一支路的关联情况。

当然,

只要节点i与节点j有一条支路相联,则。

表示

了节点与节点之间的连通性,称为节点-节点连通矩阵。

这时的

节点-节点连通矩阵仅仅表示了节点之间的直接连通性质,把它

称为1级节点-节点连通矩阵,并记为。

由于连通性的传递

性质,可以通过用一级节点-节点连通矩阵,进行上面定义

的矩阵乘法运算,得到二级节点—节点连通矩阵

（3

2级节点-节点连通矩阵在一级节点-节点连通知阵

的基础上,运用连通关系的传递性,把节点之问的部分间接

连通关系也表示出来了,用再自乘,得到,直

到。

这时,通过传递,所有连通的节点之间

的关联值都是1了,而不连通的节点间关联值为O。

将发现C不

再变化,这时,己把网络中的所有连通关系都表示出来了。

3计算实例

对如图1所示10Kv手拉手网络开关设备接线,把每一源端

和开关元件的端口作为拓扑图的节点,接线作为拓扑图的支路

（当开关闭合时该支路连通,开关断开时该支路断开。

（a（b

图1节点和支路自动编号示意

图1（a是所有开关都闭合的状态,此时节点-支路关联矩阵

称为原始节点-支路关联矩阵。

如果断开其中的某些开关,如图1（b所示,定义开关状态矢

量,与开关i的状态相对应。

当开关闭合时,,开

关断开时。

这样,。

A就是A

的每一行与S的各个对应元素进行“与”运算后得到的。

此时对

应的节点-支路关联矩阵A（称之为当前节点-支路关联矩阵或

简称为节点-支路关联矩阵为:

运用连通关系的传递性,所有连通的节点之间的关联值都

是1,而不连通的节点间关联值为0。

如对图1（b,发现不

再变化,这时,己把网络中的所有连通关系都表示出来了,由

可见,节点连接成以下几组:

节点1、2、3为一组;节点4、5、8、9为

一组;节点6、7为一组。

即原图分裂为3个子图。

算法的优化可从矩阵的“与”和“或”运算,稀疏对称矩阵的

运算及存储等方面入手。

10Kv电网故障定位、隔离与恢复系统中,需要根据输入的

网络图形,生成故障定位矩阵、故障恢复的校核操作和进行设备

的动态着色。

（下转第28页

技术创新

（1试验条件:

外场,坚硬的平地上;

（2环境:

气温33摄氏度,风速3级;

（3噪声:

环境噪声较小,比较安静;

试验结果如表1所示。

表1节点距离的试验结果与实际值的对比

结果分析:

由表1可以可知,实际坐标为（0,0,（8.65,0,

（6.11,5.13,推出节点2和节点3的实际坐标与计算坐标相差的

距离绝对值分别为0.08m和0.032m。

相比于节点间距离的误差

0.08m,0.03m,0.03m来说相差不大。

可见多个距离计算坐标有利

于减小测距的随机误差,由此可预见采用更多的节点利用最大

似然估计法可以得到更高的定位精度。

6总结

基于通信系统的硬件电路设计和通信协议的,实现了网络节

点间的命令和数据传输;通过定位的算法和演示程序,由所测得

的距离实现了全方向的节点的自定位;由上位机控制程序控制网

络中心节点,通过无线通信和超声波测距实现了自定位,并且通

过试验验证了系统的功能,结果表明,该系统能满足预定的要求。

本文作者创新点:

建立了超声波测距模型,并完成了定位系

统的全面设计。

参考文献

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系统的开发,微计算机信息2007（23:

230~231

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计.北京:

电子工业出版社,2004.

[4]孙利民等.无线传感器网络.北京:

清华大学出版社,2005

作者简介:

李萍,（1974-,女,博士研究生,主要研究方向为武

器系统信息化。

Biography:

LIPing,（1974-,female,PH.Dgraduate,herresearch

isweaponinformationsystem.

（102208北京96656部队李萍胡秋霞安连帅

（100073二炮装备研究院石松涛

（100073二炮档案馆魏凤梅

通讯地址:

（102208北京昌平回龙观96656部队李萍

（收稿日期:

2009.02.10（修稿日期:

2009.05.10

（上接第23页

[6]Werner,C.,Wegmueller,U.,andStrozzi,T.:

Processingstrate-

giesforphaseunwrappingforINSARapplications,Procs.EUSAR

Conf.,Cologne,Germany,4–6June2002,353–356,2002.

作者简介:

段建华男1979.2生,汉族,山西五台人,中国地质大学

（北京地球科学与资源学院博士研究生,研究方向为:

地图制图

学与地理信息系统。

Biography:

DUANJian-hua（1979-,Male（Han,Wutaiin

Shanxi,doctoralstudentinChinaUniversityofGeosciences（Bei-

jing,mainlyengagedinimageprocessingresearch.

（100083北京中国地质大学地球科学与资源学院段建华

（100083北京中国国土资源航空物探遥感中心田丰

通讯地址:

（100083北京中国地质大学（北京地球科学与资源

学院段建华

（收稿日期:

2009.02.17（修稿日期:

2009.05.17

（上接第30页

（1应用本文提出的网络拓扑法建立的网络拓扑关系,便可

很容易地形成活岛内的支路和母线的连接关系。

（2动态拓扑着色是根据开关的开合状态和设备的连接关

系确定设备的带电状态。

实际上就是判断各电气岛是活岛（电气

岛上存在发电机或等值电源等设备,还是死岛。

属于活岛的设

备处于带电状态,否则就处于失电状态。

利用该拓扑法可方便地

找出10Kv电网的电气岛,并确定是活岛,还是死岛。

4结论

论文研究了基于SVG的电网图模一体化技术,采用基于矢

量坐标位置和节点融合的拓扑分析方法,建立拓扑算法模型。

应

用C#语言开发了拓扑分析程序,并应用于10Kv电网故障定

位、隔离与恢复系统中的故障定位矩阵生成、故障恢复操作的

校核和设备的动态着色中,在实践中取得了很好的效果。

本文作者创新点:

利用SVG技术实现10Kv电网图模一体

化,提出了10Kv电网的拓扑生成方法,并应用于10Kv电网系统

中的故障定位矩阵生成、故障恢复操作的校核和进行设备的动

态着色。

参考文献

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163-164.

作者简介:

郑贵省（1975-,男（汉族,博士,副教授,研究方向为电

力电子与电力传动。

Biography:

ZHENGGui-xing（1975-,Male,HeNanProvince,As-

sociateprofessoroftheAcademyofMilitaryTransportation,Ori-

entationofstudy:

electricpowerelectronandpowerdrive.

（300161军事交通学院郑贵省赵锐于波白丽娜康建华

（TheAcademyofMilitaryTransportation,Tianjin,300161,

ChinaZHENGGui-xingZHAORuiYUBoBAILi-na

KANGJian-hua

通讯地址:

（300161天津市军事交通学院计算机教研室郑贵省

（收稿日期:

2009.02.04（修稿日期:

2009.05.04

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