网络拓扑分析算法的研究与设计

论文摘要

网络拓扑分析是能量管理系统和配电管理系统的重要组成部分,对其研究具有重要的理论价值和应用价值。它是能量管理系统和配电管理系统中其它高级应用软件的基础,作为一个公用的基础模块,其可靠性和快速性直接影响能量管理系统和配电管理系统的性能。本文详细阐述了网络拓扑分析中常用的两种方法:矩阵法和搜索法。在对高斯消法求解电力网络方程的过程进行了深入研究和分析后,提出了用邻接矩阵代替导纳矩阵,用逻辑运算求解方程组进行网络拓扑分析的方法。如果仅从某一个节点向电力网络注入电流,与该节点属于同一个电气岛的节点电压不为零,不属于该岛的节点电压为零。因此通过求解网络节点方程就可以得到网络中所有的电气岛,实现电气岛分析。母线分析和电气岛分析在数学上是同一个问题,所以网络中的母线也可以用这个方法分析出来。拓扑分析只关心节点之间的连接关系,用邻接矩阵来替代导纳矩阵,应用逻辑乘和逻辑加运算规则,通过求解方程组完成网络拓扑分析;同时考虑到邻接矩阵的稀疏性,可以通过引入稀疏技术,在计算过程中进行排零存储、排零运算和节点优化编号,以提高拓扑分析在处理大规模网络时的计算效率。另外本方法是根据高斯消去后的上三角阵的特点对电流向量赋值,采用此方法只需要进行回代运算,不需要前代运算,使计算量更小。局部拓扑分析中,判断电气岛是否发生解列的计算量比较大。本文提出通过悬垂支路和悬空点来寻找关节点支路和关节点母线,如果关节点母线发生解列就可以得出电气岛也发生解列,此时通过关节点支路搜索级别低的关节点母线形成一个新电气岛,原电气岛内剩余的母线构成另一个新电气岛。算例表明本文提出的基于方程组求解的拓扑分析方法可以满足实时网络拓扑分析的速度要求,设计的局部拓扑分析算法能有效地提高局部拓扑分析的速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 能量管理系统和配电管理系统
• 1.2 网络拓扑分析的要求
• 1.3 网络拓扑分析的研究现状
• 1.3.1 矩阵法
• 1.3.2 搜索法
• 1.4 本文的工作
• 第2章 图论基础
• 2.1 图的基本概念
• 2.2 图的连通性
• 2.3 图的存储
• 2.3.1 邻接矩阵
• 2.3.2 邻接表
• 2.4 全接通矩阵
• 第3章 网络拓扑的分析方法
• 3.1 网络拓扑及基本功能
• 3.2 网络拓扑的基本术语
• 3.3 矩阵法网络拓扑分析
• 3.3.1 布尔矩阵的运算
• 3.3.2 关联矩阵、邻接矩阵和全接通矩阵的关系
• 3.3.3 全接通矩阵的连通分析方法
• 3.3.4 矩阵法简介
• 3.4 搜索法网络拓扑分析
• 3.4.1 深度搜索法
• 3.4.2 广度搜索法
• 3.5 小结
• 第4章 基于方程组求解的拓扑分析法
• 4.1 节点方程和高斯消去
• 4.1.1 节点方程
• 4.1.2 高斯消去
• 4.2 方程组求解法的网络拓扑分析
• 4.2.1 消去运算
• 4.2.2 前代运算
• 4.2.3 回代运算
• 4.3 算法实现
• 4.3.1 母线分析
• 4.3.2 电气岛分析
• 4.4 计算量分析
• 4.5 拓扑分析流程图
• 4.6 算例分析
• 4.7 小结
• 第5章 局部拓扑分析设计
• 5.1 开关闭合的拓扑分析
• 5.1.1 开关闭合对网络结构的影响
• 5.1.2 开关闭合后的拓扑分析
• 5.1.3 开关闭合时的拓扑分析流程图
• 5.2 开关断开的拓扑分析
• 5.2.1 开关断开对网络结构的影响
• 5.2.2 关节点母线和关节点支路
• 5.2.3 关节点母线的确定
• 5.2.4 关节点母线解列后电气岛拓扑分析
• 5.2.5 开关断开后的拓扑分析
• 5.2.6 开关断开分析的拓扑流程
• 5.3 算例分析
• 5.4 小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历