﻿ 大型船舶电力系统快速拓扑分析新方法
 舰船科学技术  2016, Vol. 38 Issue (11): 95-101 PDF

1. 大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026 ;
2. 大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 116026

A fast topology analysis method for large shipboard power system network
ZHANG Ling-jie1, SUN Jian-bo1, GUO Chen2
1. Marine Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China ;
2. Information Science and Technology College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China
Abstract: In response to the increasing demand on the shipboard power system topological monitoring ability with the rapid development of modern ship toward large-scale and automation, this paper presents a novel fast topology analysis method for large shipboard power system. Firstly, input the shipboard power system topological information using the graph theory based data model; Secondly, traverse the initial network and generate the node bus and island to achieve the static global topology analysis, then generate the topological information database; Finally, after analyzing the connectivity of the affected node bus with the node marking algorithm, the dynamic tracking program is completed combining with the proposed isolated island search strategy. Verification and analysis is conducted on a modern large shipboard power system, the results indicate that the proposed fast topology analysis method fulfills the demands of modern large shipboard power system on real-time capability and effectiveness with relatively simple structure.
Key words: shipboard power system     topology analysis     isolated island search     dynamic tracking     graph theory
0 引言

1 船舶电力系统拓扑模型 1.1 船舶电网拓扑结构

 图 1 船舶电力系统结构图 Fig. 1 Shipboard power system network
1.2 图论模型

1.3 节点标记法

 图 2 节点标记法流程图 Fig. 2 Flow chart of node marking algorithm

2 拓扑分析算法

2.1 静态遍历

BFS搜索方法的主要思想为：从起始节点v1开始，标记为已读；而后以节点v1的邻接节点为第1层子节点依次进行访问，并标记为已读；接着依次访问每个第1层子节点的下一层节点并标记为已读，依此类推，直到图中所有顶点都被访问为止。

1）母线分析过程

①利用广度优先搜索策略，从船舶电网中任意母线节点开始，搜索与该节点通过闭合开关所在支路相连接的所有节点，并依次将搜索到的节点和支路的所属母线属性设置为当前母线。当访问到的支路类型为变压器支路时，则返回到上一层搜索其他节点；

②若当前母线所连接的所有节点和支路均已被访问，该母线已形成，则从其他任意未被访问过的母线节点开始另一母线搜索；

③重复以上过程，直到船舶电网中所有节点和支路均被访问过，结束母线搜索任务。

2）电气岛分析过程

①初始化母线所属电气岛标志；

②任选一个未标记电气岛标志的母线，并启动一次独岛搜索；

③重复上一步，直到船舶电网中所有母线均被访问过，结束电气岛分析任务。

2.2 动态跟踪

1）支路断开

①检测断开支路是否为变压器支路：如果是，则不必更改母线，对断开支路的起始与终止节点所属母线进行独岛搜索，然后结束程序；如果不是，执行下一步。

②提取断开支路所在母线中所有支路，利用节点标记法搜索该母线的连通性：如果仍然连通，则支路断开后只是在该母线内少了一条环路，不必分离母线，不必更改电气岛，结束本次分析；如果不连通，则搜索结果已将原母线分割，进一步对分割后的子母线进行独岛搜索。

③根据分析结果更新船舶电网拓扑连通信息，结束本次任务。

2）支路闭合

①检查闭合支路两端节点的电气岛标志是否一致。

②如果电气岛标志一致，意味着只是电气岛中多了一条连接支路，电气岛标志无需改变。进一步判断闭合支路是否为变压器支路：如果是变压器支路，则不必更改闭合支路两端节点所属母线标志；如果不是变压器支路，则进一步判断两端节点所属母线标志是否一致，如果一致则母线标志也无需改变，不一致则合并母线。

③如果电气岛标志不一致，则闭合支路将两个独立的电气岛合并到了一起，合并电气岛，合并母线。

2.3 拓扑分析完整框架

 图 3 船舶电网拓扑分析完整流程 Fig. 3 The full flow chart of shipboard power system topology analysis
3 算例分析

 图 4 船舶电网拓扑结构示意图 Fig. 4 The topological diagram of shipboard power system

1）静态分析

①事件1：在初始网络状态的基础上，假设变压器T1退出运行。

②事件2：在初始网络状态的基础上，假设支路b37退出运行。

③事件3：在事件1的基础上，支路b20投入运行。

4 结语

 [1] 姚玉斌, 王丹, 吴志良, 等. 方程求解法网络拓扑分析[J]. 电力自动化设备 , 2010, 30 (1) :79–83. YAO Yu-bin, WANG Dan, WU Zhi-liang, et al. Network topology analysis by solving equations[J]. Electric Power Automation Equipment , 2010, 30 (1) :79–83. [2] 马静, 张俣妤, 马伟, 等. 基于关联矩阵标记法与回路矩阵的电网拓扑分析[J]. 电力系统自动化 , 2014, 38 (12) :74–80. MA Jing, ZHANG Yu-yu, MA Wei, et al. Power network topological analysis based on incidence matrix notation method and loop matrix[J]. Automation of Electric Power Systems , 2014, 38 (12) :74–80. [3] 王增平, 张晋芳, 张亚刚. 基于开关路径函数集的新型厂站内网络拓扑方法[J]. 中国电机工程学报 , 2013, 33 (1) :137–145. WANG Zeng-ping, ZHANG Jin-fang, ZHANG Ya-gang. A novel substation configuration identification algorithm based on the set of breaker-path functions[J]. Proceedings of the CSEE , 2013, 33 (1) :137–145. [4] 梅念, 石东源, 段献忠. 基于图论的电网拓扑快速形成与局部修正新方法[J]. 电网技术 , 2008, 32 (13) :35–39. MEI Nian, SHI Dong-yuan, DUAN Xian-zhong. A novel method for fast power network topology formation and partial revision based on graph theory[J]. Power System Technology , 2008, 32 (13) :35–39. [5] 黄靖, 张晓锋, 蒋心怡. 一种启发式舰船电力网络拓扑分析方法[J]. 电力系统及其自动化学报 , 2008, 20 (2) :110–116. HUANG Jing, ZHANG Xiao-feng, JIANG Xin-yi. Heuristic topology processor for the shipboard power system network[J]. Proceedings of the CSU-EPSA , 2008, 20 (2) :110–116. [6] 吕昊, 王吉忠. 基于面向对象技术的舰船综合电力系统电力网络故障模拟及拓扑跟踪[J]. 船电技术 , 2010, 30 (4) :28–33. LV Hao, WANG Ji-zhong. Malfunction simulation and topology tracking for shipboard integrated power system network based on object-oriented technology[J]. Marine Electric & Electronic Engineering , 2010, 30 (4) :28–33. [7] 黄家栋, 罗伟强, 赵永强, 等. 两种新的电网连通性分析快速算法[J]. 电力系统保护与控制 , 2008, 36 (17) :16–18, 50. HUANG Jia-dong, LUO Wei-qiang, ZHAO Yong-qiang, et al. Two new high-speed algorithms for electrical network connectivity analysis[J]. Power System Protection and Control , 2008, 36 (17) :16–18, 50. [8] 黄正, 陈凡, 张雪娇, 等. 电网拓扑分析算法的研究[J]. 南京工程学院学报(自然科学版) , 2013, 11 (2) :43–49. HUANG Zheng, CHEN Fan, ZHANG Xue-jiao, et al. Study on power network topology analytic algorithm[J]. Journal of Nanjing Institute of Technology (Natural Science Edition) , 2013, 11 (2) :43–49. [9] WU Y J, TANG Y, HAN B, et al. A topology analysis and genetic algorithm combined approach for power network intentional islanding[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems , 2015, 71 :174–183. [10] FARROKHABADI M, VANFRETTI L. An efficient automated topology processor for state estimation of power transmission networks[J]. Electric Power Systems Research , 2014, 106 :188–202. DOI:10.1016/j.epsr.2013.08.014 [11] 甄洪斌, 张晓峰, 戚连锁, 等. 基于拓扑识别的舰船电力系统自适应保护策略[J]. 舰船科学技术 , 2011, 33 (3) :53–56. ZHEN Hong-bin, ZHANG Xiao-feng, QI Lian-suo, et al. An adaptive protection scheme based on topology-recognition for shipboard electrical power systems[J]. Ship Science and Technology , 2011, 33 (3) :53–56.