基于IEC61970-301的配电网络重构表达方式研究

李晓娟

（西安石油大学电子工程学院，陕西 西安 710065）

配电网运行过程中，通过配电网的重构可以有效的改进电压合格率，降低线损，提高供电安全性和可靠性［1-3］。配电网的重构实质是开关的组合优化问题，优化过程中，开关状态为优化变量。为了得到可行的开关状态表示，需要依据IEC61970-301对网络进行连接模型的建立，在连接模型的基础上建立适用于网络重构的拓扑图［4］。

为了实现配电网重构，把网络等效成一个图，图的子图，即网络重构的可行解，必须是包含所有节点、连通且开环运行。

1 配电网重构时图的建立

拓扑分析是网络重构算法中不可缺少的一部分，在网络重构算法中，需要调用拓扑分析来不断的变换网络的运行方式，以寻找满足目标函数的最优的网路结构。拓扑分析是整个网络重构算法的基础，拓扑模型是否合理，影响着拓扑分析效率的高低以及网络重构算法的效率。

1.1 连接模型建立

本文中配电网的建模主要用到IEC61970-301CIM标准中的拓扑包，拓扑包是专门为电网拓扑建模而设立的，该标准中，设备之间的连接关系主要涉及到端点类、连接节点类、导电设备类［5］。

1）端点类（Terminal）：电气设备两端与其他设备相连的点，一般的设备元件都有两个端点，母线只有一个端点。2）连接节点类（Connective Node）：将导电设备的端点通过零阻抗连接在一起。3）导电设备类（Topological Node）：主要包括电力线路、变压器，隔离开关等

以某地的局部简化配电网主接线图（图1）来说明连接模型的建立过程，具体连接模型如图2所示。

图2 局部简化配电网主接线图的连接模型

用连接节点和端子表示出图1的连接关系，具体如表1所示。

表1 局部简化配电网设备之间的连接关系

连接模型描述电气设备之间“设备-端点-连接点”的连接关系，与供电系统运行方式无关，为动态拓扑分析的基础。

1.2 用于重构的配电网络拓扑图

在配电网的拓扑映射关系中，根据连接模型将网络最终等效为用于配电网重构的“节点与支路”的拓扑图，一段支路对应一段映射关系，一般将运行中的配电网拓扑节点影射为节点，设备影射为支路，支路的断开即代表开关的断开，等效后的网络有很强的树形特征，符合配电网络辐射状运行的要求。

在图2连接模型的基础上用节点和支路表示出图1用于重构的拓扑图。把A站电源母线等效为1号节点，把开关0000和开关3501及其线路L等效为支路（1）；把 35KV1＃母线等效为 2号节点，35KV2＃母线等效为3号节点，把开关3500及其两侧区域等效为支路（2）；把开关3503及其两侧区域等效为支路（3）；把开关3504及其两侧区域等效为支路（4）；把双绕组变压器T1等效为4号节点，把双绕组变压器T2等效为5号节点，把开关1001及其两侧区域等效为支路（5）；把开关1002及其两侧区域等效为支路（6）；把10KV1＃母线母线等效为6号节点，10KV2＃母线等效为7号节点，把开关1003及其两侧区域等效为支路（7）；把开关1004及其两侧区域等效为支路（8）。具体如图3所示。

图3 局部简化配电网主接线图的拓扑图

2 可行解的算法

目前配电网络重构寻找可行解的算法仍大多基于图论中深度优先遍历和广度优先遍历两种算法［7］。

深度优先搜素算法，占用空间少，一般将遍历过的节点不全部保留，回溯扩展的节点全部释放，存储的节点数即节点的深度值，占用的内存小。节点多且结构复杂的配电网，利用深度优先遍历不易溢出，是一种较好的搜索节点的方法，但深度优先遍历运行速度相对慢。广度优先搜索算法保留全部结点，占用空间大，没有回溯操作，在程序设计中一般要考虑溢出和内存的问题，但广度优先遍历一般没有回溯操作，运行速度相对较快［7］。深度优先遍历可适用于大型网络，不考虑溢出问题，可用于寻找网络重构的所有可行解，因此本文采用深度优先遍历的搜索方法。

3 结果与分析

在VS2010平台下用VC++编制了利用深度优先搜索法查找生成树的程序，通过算例验证了方法的正确性。

以IEEE14节点配电网进行验证，该配电系统共有20条支路，14个节点，13个分段开关，7个联络开关（1-2，2-3，2-5，6-13，4-5，6-11，9-7），分别对应7个环网，如图4所示。

图4 IEEE14节点拓扑图

由程序得，该无向图的所有生成树共3909个，输出结果分别是：

……

第3908条路径：

e3-e7-e8-e10-e15-e14-e11-e12-e13-e16-e18-e19-e20

第3909条路径：

e3-e7-e8-e10-e15-e14-e11-e12-e13-e17-e17-e19-e20

该算法找到了系统的所有可行解，验证了程序的正确性，通用性，算法效率高且适用于任何配电网络系统。

4 结语

本文在IEC61970-301公共信息模型的基础上对配电网进行拓扑分析，进而得到用于重构的图，找到了网络的所有可行解，每一种可行解反映网络的一种运行状态。