摘  要： 拓撲分析是電網(wǎng)分析的基礎(chǔ)。本文主要討論了電網(wǎng)拓撲分析算法及流程。在圖形建模的基礎(chǔ)上，提出了通過元件整合預(yù)處理過程減少參與拓撲計算的電氣元件的數(shù)量，從而提高計算速度的方法，最后介紹了算法的實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： 電網(wǎng)；拓撲分析；算法

　電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲分析主要用來處理開關(guān)狀態(tài)的變化對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，是各種電網(wǎng)分析軟件的基礎(chǔ)。因此，電網(wǎng)拓撲分析的快速性和準確性就顯得尤為重要[1]。
　目前，網(wǎng)絡(luò)拓撲分析方法主要有樹搜索法和矩陣法兩種。樹搜索法分為深度優(yōu)先搜索法和廣度優(yōu)先搜索法，矩陣法分為鄰接矩陣法和關(guān)聯(lián)矩陣法。
1 不同拓撲分析算法的比較
　在參考文獻[1]中對不同拓撲分析算法進行了分析和比較，并得出以下結(jié)論：對環(huán)型電網(wǎng)，矩陣法比深度優(yōu)先法有優(yōu)勢；而對發(fā)散型電網(wǎng)，兩者則相差無幾。起始節(jié)點的選擇對矩陣法和深度優(yōu)先法的拓撲速度影響很大，而對節(jié)點融合法和廣度優(yōu)先法則影響不大。
　在拓撲分析算法的具體實現(xiàn)上，深度優(yōu)先法原理簡單，編程易于實現(xiàn)，但運行時占用系統(tǒng)資源較多；而廣度優(yōu)先法則能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，但原理復(fù)雜，對編程技巧要求較高。
2 提高拓撲分析速度的方法
　在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，不論采用那一種拓撲算法，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)和支路數(shù)的增減，拓撲計算量都會迅速增加，從而降低拓撲計算的速度。因此減少參與拓撲計算的電力元件數(shù)量，將有效提高拓撲計算的速度。
　考慮到只有開關(guān)狀態(tài)的變化才會改變電網(wǎng)設(shè)備的帶電狀態(tài)，在拓撲分析計算之前，對電網(wǎng)模型進行元件整合后，再進行具體的拓撲分析計算，具體的處理流程如圖1所示。

2.1 電網(wǎng)建模
　本文采用方便實用的圖形建模系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)將表示實際設(shè)備的圖形元件定義為圖形和端口的集合，以不同圖形表示元件的不同類型，以端口來建立元件之間的連接。每個電力元件都擁有單個或多個端口，當(dāng)不同元件的兩個端口重合時，即表示兩者連接。在繪制接線圖時就自動生成相應(yīng)的拓撲關(guān)系，并作為連接屬性存放在元件中。另外，每個元件均設(shè)置如下屬性，以便在元件整合和后續(xù)的拓撲分析計算時使用：
　State：帶電狀態(tài)，0為不帶電（缺?。?，1為帶電；
　SearchNo：遍歷途徑的序號，0為尚未遍歷（缺省）；
　NetNo：所在子網(wǎng)號，0為尚未分配子網(wǎng)號（缺省）。
2.2 元件整合
　元件整合的目的是減少參與拓撲計算的電力元件的數(shù)量。其基本原理是以開關(guān)等能夠改變電力元件帶電狀態(tài)的設(shè)備為分界點，將其他電力元件整合為一個虛擬的電力元件。該虛擬元件具有與實際的電力元件相同的屬性，并擁有一個或多個端點，用于與開關(guān)元件的連接。具體整合過程如圖2所示。當(dāng)對電網(wǎng)模型中的元件進行遍歷時，如果該元件是開關(guān)，則不做任何處理；否則，如果已存在的虛擬元件中不包括該元件，則創(chuàng)建新虛擬元件；同時如果該元件與開關(guān)連接，則創(chuàng)建虛擬元件與開關(guān)的連接關(guān)系，否則將這兩個元件整合到一個虛擬元件。

2.3 拓撲計算
　本文參與拓撲計算的是通過整合后的只有虛擬元件和開關(guān)的電網(wǎng)模型，而計算的主要任務(wù)是處理由于開關(guān)變化所引起的電網(wǎng)元件帶電狀態(tài)的變化，因此對參考文獻[3]的算法流程進行了優(yōu)化。具體計算流程如圖4所示。

　其中網(wǎng)絡(luò)拓撲初始分析包括初始廠站分析、自動節(jié)點編號（形成節(jié)點-支路關(guān)聯(lián)表）、初始連通性分析（得到電氣島號）。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化的時候，根據(jù)支路-節(jié)點關(guān)聯(lián)表，進行連通性分析，相當(dāng)于電氣島分析。分析的結(jié)果按照帶電與否在電力元件上進行著色，顯示在電網(wǎng)接線圖上，使拓撲的結(jié)果一目了然。
3 算法實現(xiàn)

　本算法采用C++語言，在Window操作系統(tǒng)平臺上得到了實現(xiàn)。算法軟件由4個模塊組成，各模塊的具體功能如下。
　圖形建模模塊：用于繪制電網(wǎng)接線圖，同時完成電網(wǎng)建模的功能。接線圖以文件的形式存儲在計算機中，電網(wǎng)模型存儲在商用數(shù)據(jù)庫中。
元件整合模塊：分析圖形建模模塊生成的電網(wǎng)模型，并將其轉(zhuǎn)換為由虛擬元件和開關(guān)元件組成的新的電網(wǎng)模型，新的電網(wǎng)模型存儲在商用數(shù)據(jù)庫中。該模塊可以在圖形建模模塊中調(diào)用，也可以在分析算法模塊初始化時調(diào)用。
　分析算法模塊：按照整合后的電網(wǎng)模型，根據(jù)當(dāng)前開關(guān)的狀態(tài)，分析電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)，分析結(jié)果存放在元件的帶電狀態(tài)（State）字段中，供顯示模塊使用。
顯示模塊：根據(jù)元件的帶電狀態(tài)（State）字段的內(nèi)容，在電網(wǎng)接線圖上顯示各電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)。當(dāng)元件帶電時，以繪制圖形時的顏色顯示；否則，以灰色顯示。
本文主要討論了電網(wǎng)拓撲分析算法及流程。在圖形建模的基礎(chǔ)上，提出了通過元件整合預(yù)處理過程減少參與拓撲計算的電氣元件的數(shù)量，從而提高計算速度的方法。
參考文獻
[1] 李冰劍，張學(xué)軍.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的分析與比較[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011，21（1）：184-187.
[2] 林濟鏗，覃嶺，羅萍萍.基于圖形建模的電力系統(tǒng)拓撲分析新方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（22）：54-59.
[3] 向德軍，楊銀國.基于地理信息系統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)拓撲分析[J].繼電器，2006，34（20）：20-23.