一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及电网分析技术领域，特别涉及一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法，适用于大型电网系统的拓扑分析，通过Spark框架下的大规模并行图计算组件GraphX构建电网拓扑图，并且通过基于内存的并行计算对拓扑图进行分析处理，得到电网系统中的拓扑岛，GraphX并行图计算框架能够实现大规模拓扑图的并行计算分析，对于复杂的大型电网系统，采用GraphX能够快速识别计算出电网中的拓扑岛。

A Spark based rapid identification system and method for power system topology Islands

The invention relates to the technical field of power system analysis, in particular to a rapid identification system for power system topology based on Spark island and the method of topological analysis for large power system, through the parallel graph under the framework of Spark computing component GraphX construction of power grid topology, and through memory parallel to the topology analysis based on get the topological Island grid system, GraphX parallel computing framework can realize large-scale parallel graph topology analysis and calculation for large-scale power grid complex system, using GraphX to quickly identify the calculated topological island in the grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法
本专利技术涉及电网分析
，特别涉及一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法。
技术介绍
电力系统拓扑分析是电力能量(生产、传输、使用)流动过程中，对用于转换、保护、控制这一过程的元件在电力系统分析中认为阻抗近似为0的元件状态的分析，目的是形成便于电网分析与计算的模型，它界于底层和高层之间。就调度自动化而言，底层信息(如SCADA)是拓扑分析的基础，高层应用(如状态估计、安全调度等)是拓扑分析的目的。可见，电力系统在实时运行中，这些元件的状态变化决定了运行方式的变化。如何依据厂站实时信息、快速、准确地跟踪这些变化，是电力系统运行控制和风险分析中需要解决的一个基础而关键的问题。进行厂站拓扑分析时厂站内双端元件表示为图的边，单端元件处理为图的顶点，分析后厂站划分为若干母线节点；进行网络拓扑分析时系统内输电线路、变压器等有阻抗元件表示为图的边，母线节点处理为图的顶点，分析后系统被划分为若干个子系统。因此厂站拓扑分析和系统拓扑分析都归结为对不同层次无向图划分连通片问题即拓扑岛识别问题。目前对电力系统拓扑岛识别的方法主要有深度搜索法，广度搜索法，关联矩阵法等。深度/广度搜索原理简单，但是对复杂网络略显不足；关联矩阵计算量大，对于大型电网计算效率偏低。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，包括数据收集模块、制表模块、制图模块、识别模块；其中，所述收集模块，用于获取并解析CIM/E文件，得到所在电网的拓扑连接数据；所述制表模块，用于根据拓扑连接数据进行整理和解析，得到支路表与器件表；所述制图模块，通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图；所述识别模块，对电网系统GraphX拓扑图进行计算处理，得到整个电网系统GraphX拓扑图中的子图，对所述子图进行分类处理，得到每个子图对应顶点的顶点属性，根据顶点属性对拓扑岛进行快速识别。进一步的，还包括检查模块，所述检查模块根据CIM/E文件的数据对拓扑分析的识别结果进行检查确认。具体的，所述收集模块，采用基于Java的Dom4JAPI，对数据进行分析处理，得到拓扑包和核心包数据。作为一种改进，所述制表模块，根据解析出来的拓扑包和核心包数据进行处理分析，得到器件ID—器件ID的支路连接关系,再以器件ID作为顶点，器件ID—器件ID作为边，制作支路表与器件表。作为更进一步改进，所述制图模块中还包括过滤单元，在制作支路表与器件表过程中，剔除掉CIM文件中虚拟的电器元件，并对在E文件中描述为断开的断路器与刀闸的器件也需要进行过滤。具体的，所述“通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图”具体包括：对顶点与边进行映射处理，给每个器件的ID映射一个长整形数字，以器件的ID作为该顶点的属性，通过SparkContext与SparkConf进入Spark，读取点和边数据后以RDD的方式进行存储；再通过点的RDD和边的RDD构建电网系统GraphX拓扑图。进一步的，在进行拓扑岛识别之前还包括对构建好的Graph图进行处理，过滤掉图中没有邻接节点的节点。作为进一步改进，所述识别模块具体采用ConnectedComponents算法对过滤后的电网系统GraphX拓扑图进行计算处理，得到并缓存处理后的整个电网系统GraphX拓扑图中的子图；将电网系统GraphX拓扑图的子图的每个顶点进行分类，获取并缓存电网系统GraphX拓扑图中子图中的所有顶点属性，所获取的顶点属性中包括了顶点的器件ID与顶点的所属子图数据；对顶点进行collect操作，将相同子图的顶点进行汇总分类，子图的数量即为电网系统中拓扑岛的数量，子图中的器件ID则为该拓扑岛中的电器元件，继而完成拓扑岛的快速识别。再者，所述检查模块在进行检查之前还包括对汇总的子图结果进行分析，剔除没有电源注入的子图。一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别方法，包括如下步骤：S1：获取并解析CIM/E文件，得到所在电网的拓扑连接数据；S2：根据拓扑连接数据进行整理和解析，得到支路表与器件表；S3：通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图；S4：对电网系统GraphX拓扑图进行计算处理，得到整个电网系统GraphX拓扑图中的子图，对所述子图进行分类处理，得到每个子图对应顶点的顶点属性，根据顶点属性对拓扑岛进行快速识别。本专利技术公开了一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法，适用于大型电网系统的拓扑分析，通过Spark框架下的大规模并行图计算组件GraphX构建电网拓扑图，并且通过基于内存的并行计算对拓扑图进行分析处理，得到电网系统中的拓扑岛，GraphX并行图计算框架能够实现大规模拓扑图的并行计算分析，对于复杂的大型电网系统，采用GraphX能够快速识别计算出电网中的拓扑岛。附图说明图1是本专利技术一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统示意图；图2是本专利技术一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别方法整体流程示意框图；图3是本专利技术一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别方法步骤S3示意框图；图4是本专利技术一个电网拓扑实例示意框图。具体实施方式以下结合图1至图3具体说明本专利技术提供的一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统和方法。电气系统拓扑岛是电力系统中不与外界相连接的子系统，电力系统中电器元件的状态是随时发生变化的，描述开关通断与元件连接关系的CIM/E文件一般十五分钟更新一次。要对系统进行实时的分析计算，需要在电网状态更新之后对系统拓扑进行迅速的重构与分析。后续的潮流计算，风险评估等高级电力算法应用，都是在拓扑分析出电气岛的基础之上进行的，为了达到实时分析的效率与速度，采用Spark框架中的并行图计算GraphX组件能够迅速分析出所需结果。如图1所示，一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，包括数据收集模块、制表模块、制图模块、识别模块；其中，所述收集模块，用于获取并解析CIM/E文件，得到所在电网的拓扑连接数据；所述收集模块，采用基于Java的Dom4JAPI，对数据进行分析处理，得到所在电网的拓扑连接数据，本专利技术所指的拓扑连接数据主要包括拓扑包和核心包数据与E文件中描述的开关通断状态等数据。CIM/E文件通常是由电网调控中心提供，得到数据后，通过ftp服务器上传到大数据服务器上。由于CIM/E文件通常是十五分钟更新一次，所以可以通过脚本文件shell来定期检测文件的更新，在获取更新状态后立刻执行解析程序。所述制表模块，用于根据拓扑连接数据进行整理和解析，得到支路表与器件表；因为构建电网系统GraphX拓扑图，需要的数据为顶点与边，顶点代表元器件，边代表的是由变压器线路组成的支路，而CIM模型中描述拓扑关系的方式是物理节点-电气节点-物理节点的方式。因此制表模块需要根据解析出来的拓扑包和核心包数据进行处理分析，得到器件ID—器件ID的支路连接关系,再以器件ID作为顶点，器件ID—器件ID作为边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，包括收集模块、制表模块、制图模块、识别模块；其中，所述收集模块，用于获取并解析CIM/E文件，得到所在电网的拓扑连接数据；所述制表模块，用于根据拓扑连接数据进行整理和解析，得到支路表与器件表；所述制图模块，通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图；所述识别模块，对电网系统GraphX拓扑图进行计算处理，得到整个电网系统GraphX拓扑图中的子图，对所述子图进行分类处理，得到每个子图对应顶点的顶点属性，根据顶点属性对拓扑岛进行快速识别。

【技术特征摘要】
1.一种基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，包括收集模块、制表模块、制图模块、识别模块；其中，所述收集模块，用于获取并解析CIM/E文件，得到所在电网的拓扑连接数据；所述制表模块，用于根据拓扑连接数据进行整理和解析，得到支路表与器件表；所述制图模块，通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图；所述识别模块，对电网系统GraphX拓扑图进行计算处理，得到整个电网系统GraphX拓扑图中的子图，对所述子图进行分类处理，得到每个子图对应顶点的顶点属性，根据顶点属性对拓扑岛进行快速识别。2.如权利要求1所述的基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，还包括检查模块，所述检查模块根据CIM/E文件的数据对拓扑分析的识别结果进行检查确认。3.如权利要求1或2所述的基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，所述收集模块，采用基于Java的Dom4JAPI，对数据进行分析处理，得到拓扑包和核心包数据。4.如权利要求3所述的基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，所述制表模块，根据解析出来的拓扑包和核心包数据进行处理分析，得到器件ID—器件ID的支路连接关系,再以器件ID作为顶点，器件ID—器件ID作为边，制作支路表与器件表。5.如权利要求4所述的基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，所述制图模块中还包括过滤单元，在制作支路表与器件表过程中，剔除掉CIM文件中虚拟的电器元件，并对在E文件中描述为断开的断路器与刀闸的器件也需要进行过滤。6.如权利要求5所述的基于Spark的电力系统拓扑岛快速识别系统，其特征在于，所述“通过Spark根据支路表与器件表中的顶点和边构建电网系统GraphX拓扑图”具体包括：对顶点与边进行映射处理，给每个器件的ID映射一个长整形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晟东，刘育权，胡金星，陆国俊，郭媛君，吴国沛，吴琼，张志亮，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，广州供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44