配电网络建模、结线分析及动态网络着色陈竟成　张学松　汪峰　于尔铿摘　要　首先说明现有的输电网络建模方法因为没有考虑到配电网络的特殊结构和配电应用软件的具体要求，所以不宜直接用于配电管理系统；然后提出适合于配电网的网络建模方法和数据库设计结构，通过引入一些新模型来描述辐射型配电馈线、馈线段和供电电源，使用户能直观、方便地建立配电网络数据库；介绍了配电网络结线分析策略，通过对变电站开关和馈线开关变位的分别处理，提高了结线分析速度和效率；最后介绍配电网络的动态着色功能及其实现方法。
关键词　配电管理系统　网络建模　结线分析　动态网络着色
分类号　TM727.2　TM734DISTRIBUTIONNETWORKMODELING，CONNECTIVITYANALYSISANDDYNAMICNETWORKCOLORINGChenJingcheng,ZhangXuesong,WangFeng,YuErkeng
(ElectricPowerResearchInstitute,100085,Beijing,China)Abstract　ThispaperfirstlypointsoutthatthepresentnetworkmodelingmethodforEMSmaynotbesuitableforDMSbecausethespecificstructureofdistributionnetworkandtherequirementsofthedistributionapplicationsoftwarearenotconsidered.Thenamodelingmethodandthedatabasestructuresuitablefordistributionnetworkareproposed.Anumberofphysicalmodelsdesigneddeliberatelyfordescribingdistributionfeeders,feedersections,supplysourcesetc,areintroduced,whichhelptodefinetheradialdistributionnetworkeasilyandvisually.Afterthat,thesearchstrategyfordistributionconnectivityanalysisispresented.Itprocessesaswitchpositionchangeinasubstationoronafeederrespectively,soastoimprovetheefficiencyandspeedofconnectivityanalysis.Finally,thefunctionsofdynamicnetworkcoloringinDMSandtheirimplementationsarediscussed.
Keywords　distributionmanagementsystem　networkmodeling　connectivityanalysis　dynamicnetworkcoloring0　引言
　　与能量管理系统（EMS）类似，网络建模和结线分析（也称拓扑分析）是配电管理系统（DMS）的基础。网络建模的基本功能是定义网络模型，建立网络数据库，为其他网络分析软件定义网络物理结构。结线分析的基本功能是根据开关状态将用户定义的网络物理模型（结点模型）化为计算用模型（母线模型）。网络结线分析是网络计算的前提，用于各种网络分析程序，如状态估计、潮流计算、短路分析等。
　　在EMS网络数据库中，电力系统数据或模型按层次结构来组织^［1］。即公司（CO）包含若干分区（DV）；分区又包含若干电站（ST）和线路（LN）；电站包含若干电压等级（KV）和变压器（XFMR）；电压等级又包含若干元件，如开关（CB）、负荷（LD）、机组（UN）、电容器（CP）等。元件之间的电气连接由元件的公共端点或它们的公共结点来定义，这样即形成所谓的基于结点的网络模型。
　　从数据库设计角度来说，虽然上述EMS网络数据库结构和网络模型是针对任意输电网络的，原则上可以用于对配电网络建模。但是由于没有考虑配电网络的特殊结构和配电管理系统软件的具体要求，在用于DMS时可能存在下列问题。
　　首先，众所周知，配电网及配电馈线为辐射状结构，在用上述输电网建模方法对配电馈线建模时，要求对馈线上每一分支线两端结点分别定义一个“电站（ST）”模型，并把每一分支线定义为一条线路（LN）。与EMS中电站不同，这种“电站”只是数据库定义的需要，物理上并没有电站的含义，只对应馈线上的一个结点（或结点组），因此是“虚电站”。由于一条配电馈线可能包含多个分段开关和联络开关（拉手开关），以及数十个甚至数百个分支线段和用户负荷，因此必然在DMS网络数据库中引入大量对运行监视、控制和管理来说没有任何物理意义的“虚电站”，从而使网络数据库变得更为庞大。此外，这种定义方法很不直观，使用户建立和维护网络数据库的工作量加重。
　　其次，从软件设计和开发角度，配电软件在功能、算法、结构等方面与输电软件有明显不同。例如，在输电网中，网损优化主要通过调节无功电源以改变潮流分布来实现，而在配电网中则主要通过开/合馈线上分段开关和联络开关以改变网络结构来实现；再如，在输电网中，母线负荷预测根据事先定义好的层次结构将系统负荷分配到各个母线，而在配电网中则根据馈线的树状结构将馈线负荷分配到各用户负荷结点。因此在DMS应用中，通常要求提供特定辐射状馈线结构和电气接线，而这些数据不能由现有EMS建模方法所建立的网络数据库提供。
　　第三，为了将来与地理信息系统（GIS）和设备管理系统（FM）等实现横向集成，应该提供在一般意义上设计的符合配电网络结构特点的统一网络数据库，以便有可能直接从FM数据库生成网络数据库，并将网络分析结果送入GIS数据库，从而在数据库级实现DMS与GIS之间的动态数据交换。
　　因此，必须对配电网络数据库结构和网络模型进行专门设计，以满足DMS设计和开发的需要。1　配电网络建模
　　基于上述情况，本文在EMS网络数据库结构的基础上，提出了一种适合配电系统的网络数据库结构和网络层次模型，如图1所示。在这种数据库结构中，引入新模型FD，SEC和SO，以分别描述配电馈线、馈线段（分支线）和电源（输电部分）。此外，在馈线与其元件之间定义了一个层次关系，以描述辐射状馈线结构。与EMS网络数据库比较，图1数据库结构实际上扩展了电站和电压等级的范围，使它们进一步包含馈线和馈线段。利用这种建模方法，一方面，通过在电压等级下引入SEC模型来描述馈线段的电气接线和物理模型，从而避免了在网络数据库中引入大量的“虚电站”，使网络数据库中电站模型与实际变电站相对应，并且使用户易于理解和维护网络数据库；另一方面，通过定义馈线与其组成元件的层次关系，又能提供辐射状馈线结构。因此，图1所示数据库更适合于DMS。图1　配电网络数据库结构
Fig.1　Databasestructureofdistributionnetwork　　在图1所示数据库结构中，馈线类FD的数据成员包括：馈线标识（id），馈线描述（descr），连接变电站（st），连接结点（nd），有功功率（w），无功功率（r），电流（i）等；馈线段SEC的数据成员包括：线段标识（id），线段描述（descr），首端结点（nd），末端结点（znd），线段类型（lnty），线段长度（len）等；电源类SO的数据成员包括：电源标识（id），电源描述（descr），连接结点（nd），有功供电功率（w），无功供电功率（r），供电电压（v），最大有功供电功率（wmax），最大无功供电功率（rmax），最大供电电压（vmax），最小供电电压（vmin）等。
　　应该指出的是，在图1所示数据库结构中，电源类SO用来描述配电系统的供电电源，即输电系统部分，它与EMS中将配电系统定义为负荷相互对应。具体地说，例如对图2所示网络，在DMS网络数据库中，将开关CB0以上的输电网络部分定义为一个电源，该电源连接在结点ND0上，而在EMS网络数据库中，将开关CB0以下的配电网络部分定义为一个负荷，该负荷连接在结点ND1上。因此，开关CB0是EMS/DMS的分界点，它在EMS/DMS网络数据库中必须重复定义。图2　DMS数据库中电源的定义
Fig.2　DefinitionofsupplysourceinDMSdatabase　　此外，在配电网中，由于不同馈线之间一般通过联络开关（拉手开关）相互联络，这种联络开关物理上不属于任何一条与其连接的馈线。因此在利用图1所示数据库结构建立配电网络数据库时，为了描述馈线之间通过联络开关相互连接的连接关系，需要在每一组联络开关的一端与其相应的一个馈线段的一端之间串联引入一条零阻抗支路，以使联络开关定义为属于其一侧的馈线，而将零阻抗支路定义为馈线之间的联络线。图3说明对变电站STA的出线（馈线）FDA与变电站STB的出线FDB通过拉手开关CB1相联络的情况，通过引入零阻抗支路ZBR0来定义这种连接关系的方法。图3　零阻抗支路ZBR的定义