基于图计算的配电网建模与分析

随着电力系统的快速发展,其规模和复杂度正在急剧增加。电力系统需要更加高效的数据管理和更快的分析计算工具。这些挑战可以通过图数据模型和图计算技术得到很好的解决。图数据模型可以为电力系统提供高效的数据管理手段,同时图计算可以通过并行计算提高分析计算速度。文章提出了一种基于图数据模型的配电网建模方法,并在此基础上开发了基于图计算的并行潮流算法和基于图数据库的配电网分析软件。所提出的并行潮流算法可以有效地提高计算效率,减少潮流计算时间。同时,开发的配电网分析软件可以提供灵活的可视化功能和强大的数据分析及管理功能。     

基于图数据库的继电保护整定计算数据存储与应用

电网继电保护整定计算数据涉及多个门类相互关联的信息,数据实体间的关系复杂而密集,更适合采用图数据库存储。对基于图数据库和传统关系数据库存储继电保护整定计算数据时的查询性能进行对比。将关系数据库中现存的继电保护整定计算数据准确迁移到图数据库中,既是进行对比测试前的一项准备工作,也是电力系统实际应用中升级数据存储方式的前提。在介绍图数据库和属性图模型基本概念的基础上,提出了一种利用离线交换文件实现数据迁移的通用方法,并通过2类数据库查询性能的对比测试,验证了基于图数据库存储和应用整定计算数据的可行性与高效性。     

基于XML中间层的电力信息数据库访问

针对当前电力信息系统查询终端的数据共享和跨平台查询问题,提出了一种利用XML中间层技术对电力信息数据库进行访问的数据模型。该模型主要使用ASP技术访问传统关系型数据库并生成XML文档,以该文档为数据查询和操作的桥梁。具体叙述了XML中间层数据访问模型,还介绍了系统关键技术的实现。通过对远程电网运行参数数据库信息的查询实例研究,实现了相关数据信息查询和发布功能。     

基于分治策略的分布式调度自动化系统 稳态监控网络拓扑分析

电网拓扑分析是电网调度自动化系统的一项基础性工作,是联通电网模型和电网分析的桥梁,为电网调度员潮流计算、防误操作等等提供必要的基础数据。随着电网建设,网架结构逐步扩大,亟需一种方法在充分利用计算机资源的基础上实现高效率的网络拓扑分析。提出了一种基于分治思想的电网网络拓扑分析算法,通过结合电网模型的特点以及成熟的图论算法予以实现。同时将面向高级应用服务和面向监控服务的拓扑功能解耦,在不影响电力潮流计算等应用功能的基础上提高调度自动化系统集成效率,最后应用该算法编写并行的分布式电网拓扑分析程序,并展望了其应用前景。     

基于图划分的大电网拓扑分析

为支撑大电网在线实时监控和分析,提出了一种基于图划分的大电网拓扑分析方法。该方法首先根据智能电网调度控制系统电网建模特点,给出了基于图论的电网层次结构、拓扑结构、厂站母线分析和系统网络分析模型。然后基于图划分建立了并行网络拓扑和局部拓扑修正的数学模型,并根据该模型设计了大电网并行网络拓扑的实现方法。最后基于共享内存编程模型在智能电网调度控制系统中研发了快速网络拓扑分析服务功能。所提出的模型和方法实现了大电网并行网络拓扑分析的无锁计算,避免了多线程数据竞争导致的阻塞耗时问题。对实际系统进行仿真测试,结果表明了该方法的准确性、实时性和有效性。     

基于分治策略的分布式调度自动化系统稳态监控网络拓扑分析

电网拓扑分析是电网调度自动化系统的一项基础性工作,是联通电网模型和电网分析的桥梁,为电网调度员潮流计算、防误操作等等提供必要的基础数据。随着电网建设,网架结构逐步扩大,亟需一种方法在充分利用计算机资源的基础上实现高效率的网络拓扑分析。提出了一种基于分治思想的电网网络拓扑分析算法,通过结合电网模型的特点以及成熟的图论算法予以实现。同时将面向高级应用服务和面向监控服务的拓扑功能解耦,在不影响电力潮流计算等应用功能的基础上提高调度自动化系统集成效率,最后应用该算法编写并行的分布式电网拓扑分析程序,并展望了其应用前景。     

基于图计算的能量管理系统实时网络分析应用研发

为满足电网现代化和智能电网对计算性能的要求,通过分析传统能量管理系统(EMS)实时网络分析应用的计算性能瓶颈,提出了结合图数据库和图计算的EMS实时网络分析应用的并行计算方法。利用图数据结构对电力系统进行建模,提出在图数据库上进行内存计算的概念和方法,研发了集成图数据库和图并行计算机制的图计算平台,开发了一套融合节点并行和分层计算机制的电网实时网络分析软件。通过节点并行和分层并行的优势,图数据库和图计算可大幅度提升EMS状态估计、在线潮流和静态安全分析等实时网络分析应用的计算速度。对实际大规模系统进行了计算验证,结果表明,与传统的EMS相比,基于图数据库和图计算原理的电力系统在线分析计算效率有显著提高。     

基于"电网一张图"的时空数据管理系统

为解决目前信息系统建设过程中出现的专业壁垒、跨专业流程不贯通、数据共享实时性不强、数据价值未充分挖掘等难题,国家电网有限公司提出要通过"数据一个源、电网一张图、业务一条线"的技术手段,实现泛在电力物联网的建设目标,其中,"电网一张图"正是消除数据孤岛、实现数据全面融合的核心。基于图数据库和图计算技术,文章提出了基于"电网一张图"时空数据管理系统的建设方案。利用图数据结构与实际电网在结构上的一致性、表达上的自然性、展示上的直观性的特点,通过将电网的整体拓扑连接,包括发、输、变、配、用所有环节内部的拓扑结构及其之间的连接关系的电网空间数据融合,打通不同电压等级电网之间的拓扑连接,形成"电网拓扑一张图"。同时,将电网运行、监测、运维、生产和营销等各个业务部门中不同管理角度、不同组织方式、不同时间与空间维度、不同量级的数据进行一体化融合,形成"电网一张图",构建时空数据管理系统,为泛在电力物联网的建设目标奠定基础。     

基于分布式图计算的台区负荷预测技术研究

随着智能电网数据采集技术的发展,电网公司积累的海量数据为台区负荷预测提供了数据基础。该文重点研究基于Apache Spark计算框架的台区短期负荷预测技术。首先,建立了包含温度、湿度、日类型等因素及负荷时间序列的动态贝叶斯网络,作为台区负荷预测模型。其次,为解决基于海量数据的模型参数计算及大规模配变负荷预测的并行化问题,搭建了基于Spark Graph X并行图计算组件的分布式计算平台,利用Graph X的Vertex Cut和并行边检索快速计算概率矩阵,以Pregel计算模型并行处理前向-后向算法,实现预测方法的分布式集群计算,保证全局预测任务的并行化。最后,通过实验结果表明,基于分布式图计算的台区负荷预测技术具有较高的预测精度和较快的计算速度,是一种高效可行的电力大数据分析技术。     

应用智能电网统一数据模型的大数据应用架构及其实践

数据融合与管理是智能电网大数据的应用基础,文章研究了国内外数据融合工作现状与不足,总结了建立统一数据模型的理论基础、设计过程与方法论;提出了包含智能电网数据模型(SGDM)的完整数据仓库架构,该架构可应用于多个电力业务领域;在实践部分,以配用电应用为例,基于开源配网拓扑数据、美国加州旧金山地区气象数据及用户负荷仿真数据开展了数据库表结构调优、统计分析与可视化展示方面的工作。在实践过程中,建立了大数据应用体系的5级架构(数据源层、同步层、统一层、业务层与展示层),达到了低数据冗余度与高查询效率之间的平衡点,并通过统一层的数据库结构调优,进一步提升了分析效率。     

基于图形处理器加速的电网全网拓扑分析算法

随着电网规模的扩大以及电力系统互联水平的提高,电网分析计算的计算量显著上升。图形处理器(GPU)等并行计算设备能够提高大电网分析的计算效率,但电网分析计算中的串行电网拓扑分析已经成为影响并行算法计算效率的重要因素,亟待得到加速。作为电网拓扑分析加速问题的难点,全网拓扑分析可采用并行算法进行加速。为此,提出了一种基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法：将电力系统网架模型抽象为利于并行解耦调用的压缩数组形式;以前驱数组法为基本思想,设计了优化并行的厂站拓扑分析方法,以从电网特性中挖掘厂站间及节点间的并行性;以此为核心,提出了基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法。算例的测试结果表明,相比传统串行算法、多核中央处理器并行算法,所提基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法运用于规模较大的电网时能分别取得7.242倍、2.148倍的加速比,显著加快了大电网全网拓扑分析的速度,进而提高了各类电网分析计算的整体效率,具有潜在的工程应用价值。     

大电网潮流修正方程并行求解实现方法

针对智能电网调度控制系统对大规模潮流快速计算的需求,充分利用现有系统计算资源,提出了一种适用于共享内存编程模型的潮流修正方程多路多核并行实现方法。利用C++标准容器,简化了稀疏矩阵的存储和遍历,并基于图论和共享内存编程模型,对因子分解过程进行并行化改造,实现了潮流修正线性方程的并行求解。最后,对比智能电网调度控制系统调度员潮流软件,进行了分析测试。测试结果表明,随着计算规模的增大,所提出的实现方法计算效率越高,验证了方法的实用性。     

集成图数据库算法和模式匹配的城市高压电网转供电方案生成

随着城市电网的建设发展,其结构愈加复杂,而城市居民对于用电的要求也逐渐提高,在电网发生非瞬时故障时,需要迅速恢复无源区域供电,因此,能快速实现电网的拓扑分析并生成转供电方案十分重要。文中提出了一种基于图数据库算法和模式匹配自动生成转供电方案的方法,将电网结构以图的形式存储于图数据库中,并将转供电方案生成过程中需要的主接线特征预先从图数据库中采用双向广度优先算法进行提取。在实际故障发生时,根据告警信息和电网状态进行有源性分析,运用生成的主接线模式查询能作为失压设备源节点的设备及对应的恢复供电路径,结合路径上各设备实际状态,得到相应的动作开关,并基于操作的快捷性和系统的安全性建立转供电方案评价体系,确定最佳转供电方案     

基于图论的电网数据库设计及应用

首先根据图论的一些结论对电网进行分析，形成了电网图的描述，并形成了边设备和点设备的定义。然后从数据库搜索和电网图建设的目的出发形成了数据库的层次型结构，并定义了相应的搜索层次和几个衍生表。最后描述了电网图在电网拓扑分析和电网着色方面的应用。     

电网脆弱性分析的一种新方法

基于图论无尺度图的分析方法,提出了一种电网脆弱性分析的新方法,对复杂网络的脆弱性进行评估。构建了无尺度图的解析模型,把系统的所有状态变量处理成有向图中的节点,并给出了相关参数的定义及计算方法,弥补了电网脆弱性分析只考虑网络结构,没有结合状态参数的不足,因此能更好地揭示电网的脆弱环节。通过对IEEE57节点系统计算分析,验证了该方法的合理性与有效性,为电力系统的规划设计及安全运行维护提供保证。     

基于图分割的潮流计算中的节点优化编号

随着社会的发展,电网的拓扑结构变得越来越复杂,电力系统潮流计算的维数也越来越大,适当的节点优化编号能够有效地加速电力系统的潮流计算。电力网络作为一种无标度的网络,可以抽象成图来表示各个节点之间的拓扑关系,为了解决电力系统潮流计算中的节点优化编号问题,提出了基于图分割算法中的多层次嵌套排序算法进行节点优化编号的方法,大幅提高了节电优化编号的速度,能够有效地加速大规模系统的潮流计算,并以IEEE14节点算例为例,介绍了所提方法的流程。算例结果验证了该算法无论是在速度上还是在内存占用均优于传统方法,能够更有效地满足大规模电网潮流计算的需求。     

基于图卷积网络的快速暂态安全评估方法

快速、可靠的电力系统动态安全评估能够显著提高电力系统运行方式优化调整的效率。针对电力系统暂态稳定预想事故扫描需要完成大量仿真、过于耗时的问题,提出了基于图卷积网络的快速动态安全分析方法。该方法基于电力系统的潮流特征和拓扑特征构建电力系统潮流特征图。利用图卷积方法对电力系统运行状态进行特征挖掘与特征学习,将动态安全评估问题建模为图上节点分类问题。所得模型在读取电网拓扑与潮流运行状态后,仅须完成一次前向计算即可同时给出预想事故集中多个预想事故的稳定性预测结果,无须依赖仿真波形或量测数据,实现快速暂态稳定预想事故扫描。IEEE39节点系统算例测试表明,算法设计正确、高效、准确率高,能够显著提高暂态稳定预想事故扫描的效率,实现快速动态安全评估。