基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法

摘要

本发明公开了配电网电压暂降影响域技术领域的一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，能够针对电压暂降事件进行综合管理，通过采用图数据库的方式，将电压暂降相关信息通过图的形式存储起来，更加符合电力系统拓扑结构形式，通过构建该系统，可以实时可视化由电压暂降造成危害的范围，便于工作人员将其结果作为电能质量目标控制和改善电力设计的参考，有利于指导供电点电压暂降水平进行有效的电压暂降治理，通过使用Neo4j图数据库极大地增强了数据检索和数据更新的效率，适用于大量数据的配电网电压暂降影响域及其可视化分析。

权利要求

1.一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，其特征在于：包括数据管理层、电压暂降影响域分析相关计算函数层以及电压暂降影响域分析的应用层；其中所述数据管理层利用Neo4j图数据库对配电网内发电机暂态数据、各序电压数据、配电网CIM/E电网模型数据、地理环境数据进行存储，把配电网中的各项物理设备作为节点，把各项物理设备之间的线路连接关系作为边，将配电网网络建模为图模型；

所述电压暂降影响域分析相关计算函数层包括图数据库高效查询函数、图网络拓扑分析函数、图高速并行计算函数、图深度机器学习函数；

所述电压暂降影响域分析的应用层是基于图数据库中的各类图计算函数按照图数据库查询方式组织的应用层，所述应用层包括电压暂降提供各类分析计算可视化展示、电压暂降影响域可视化展示；

包括以下步骤：

步骤S10：建立基于图数据库的配电网结构的数据模型；

步骤S20：输入CIM/E配电网静态数据；

步骤S30：输入地理环境数据；

步骤S40：输入遥测遥信实时数据；

步骤S50：图数据库对数据进行存储分析；

步骤S60：判断地理环境是否变化；若发生变化则重复进行步骤S30，若未发生变化则进行步骤S70；

步骤S70：判断配电网静态数据是否发生变化；发生变化则重复进行步骤S20，若未发生变化则进行步骤S80；

步骤S80：基于图数据库的电压暂降影响域短路计算；电压暂降影响域短路计算具体方法为：

首先要形成系统的节点导纳矩阵或者节点阻抗矩阵；在起始次暂态电流的计算中，将发电机支路等值为次暂态阻抗R+jX'd'和次暂态电动势E″，用恒定阻抗来表示负荷，作为负荷节点的对地支路计入导纳矩阵；恒定阻抗值由短路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出，即：

发生对称短路时，假设故障发生在f点，每相的阻抗已经衰减为R+jωL，其电流将由短路前的数值逐渐变化到由阻抗R+jωL所决定的新稳态值；进行短路计算时，根据短路后的等值电路只用求出任意一相的短路电流，即得到三相短路电流；

用阻抗矩阵进行对称短路故障计算时，相当于在故障节点f处增加了一个注入电流，网络中任一节点i的电压表示为：上式中，等号右侧第一项是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，为节点电压的正常分量，记为 得到全网任一节点电压的矩阵形式如下：该式同样适用于故障节点f，根据边界条件：结合全网任一点电压表达式，根据边界条件将短路电流消去，得到：进而求得任一支路的电流：

发生不对称短路时，在三相电路中，任意一组不对称的三个向量 分解为三组三相对称的分量，这三组对称分量分别为：正序分量 负序分量和零序分量

元件的序阻抗，即指当元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压暂降与通过该元件同一序的电流的比值；

当线路某处发生不对称短路时，需要做出各序等值网络分别计算；通过网络化简，得到正、负、零序等值；

并且得到与之对应的各序电压方程式如下：上式又称为序网络方程，在进行故障分析时，计算思路与对称短路相似，根据不同序参数形成相应的阻抗矩阵，结合正序等效定则，求得短路电流的正序分量后，即求得全网任意一处电压的各序分量；

完成电压暂降影响域的计算之后，在可视化界面的地理界线图中以电压等高线的形式进行展示；

步骤S90：求得短路时任一节点的各序电压分量；

步骤S110：在地理接线图中设置电压等高线；

步骤S120：形成电压暂将影响域可视化。

2.根据权利要求1所述的一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，其特征在于：所述物理设备包括配电网中的变电站、连接节点、馈线、母线、开关、变电站负荷、熔断器、电缆终端、配电变压器、刀闸、补偿器、接地刀闸、电缆段。

3.根据权利要求1所述的一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，其特征在于：所述应用层利用人机界面功能，采用多窗口互动技术，多方位多角度地对电压暂降影响域进行展示，所述人机界面基于图数据库查询来设计。

说明书

基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及配电网电压暂降影响域技术领域，具体为一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法。

背景技术

[0002] 随着电网自动化和数字化的建设，敏感性设备得到广泛的应用，电压暂降问题逐渐突出。配电网处于电力系统末端，具有设备类别多、运行方式多变等特点，据统计，每年由
配电网引起的故障最多，最主要的就是电压暂降问题。发生电压暂降后，需要快速掌握电压
暂降影响域的情况，从而使运检部门对故障进行快速响应。同时，配电网电压暂降故障影响
域分析的基础是配电网的实时拓扑分析，如何提升配电网海量电压暂降监测信息下拓扑分
析处理的实时性及存储效率是在电力大数据应用方面需要解决的技术难题。

[0003] 基于此，本发明设计了一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，以解决上述问题。

发明内容

[0004] 发明的目的在于提供一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化方法，以解决上述技术问题。

[0005] 为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域可视化系统，包括数据管理层、电压暂降影响域分析相关计算函数层以及电压暂降影响
域分析的应用层；其中

[0006] 所述数据管理层利用Neo4j图数据库对配电网内发电机暂态数据、各序电压数据、配电网CIM/E电网模型数据、地理环境数据进行存储，把配电网中的各项物理设备作为节
点，把各项物理设备之间的线路连接关系作为边，将配电网网络建模为图模型；

[0007] 所述电压暂降影响域分析相关计算函数层包括图数据库高效查询函数、图网络拓扑分析函数、图高速并行计算函数、图深度机器学习函数；

[0008] 所述电压暂降影响域分析的应用层是基于图数据库中的各类图计算函数按照图数据库查询方式组织的应用层，所述应用层包括电压暂降提供各类分析计算可视化展示、
电压暂降影响域可视化展示。

[0009] 优选的，所述物理设备包括配电网中的变电站、连接节点、馈线、母线、开关、变电站负荷、熔断器、电缆终端、配电变压器、刀闸、补偿器、接地刀闸、电缆段。

[0010] 优选的，所述应用层利用人机界面功能，采用多窗口互动技术，多方位多角度地对电压暂降影响域进行展示，所述人机界面可以基于图数据库查询来设计。

[0011] 一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域分析方法，包括以下步骤：

[0012] 步骤S10：建立基于图数据库的配电网结构的数据模型；

[0013] 步骤S20：输入CIM/E配电网静态数据；

[0014] 步骤S30：输入地理环境数据；

[0015] 步骤S40：输入遥测遥信实时数据；

[0016] 步骤S50：图数据库对数据进行存储分析；

[0017] 步骤S60：判断地理环境是否变化；若发生变化则重复进行步骤S30，若未发生变化则进行步骤S70；

[0018] 步骤S70：判断配电网静态数据是否发生变化；发生变化则重复进行步骤S20，若未发生变化则进行步骤S80；

[0019] 步骤S80：基于图数据库的电压暂降影响域短路计算；

[0020] 步骤S90：求得短路时任一节点的各序电压分量；

[0021] 步骤S110：在地理接线图中设置电压等高线；

[0022] 步骤S120：形成电压暂将影响域可视化。

[0023] 步骤S80中电压暂降影响域短路计算具体方法为：

[0024] 首先要形成系统的节点导纳矩阵或者节点阻抗矩阵；在起始次暂态电流的计算中，一般将发电机支路等值为次暂态阻抗R+jX″d和次暂态电动势E″，一般用恒定阻抗来表
示负荷，作为负荷节点的对地支路计入导纳(或阻抗)矩阵；恒定阻抗值可由短路前瞬间的
负荷功率和节点实际电压算出，即：

[0025]

[0026] 发生对称短路时，假设故障发生在f点，每相的阻抗已经衰减为R+jωL，其电流将由短路前的数值逐渐变化到由阻抗R+jωL所决定的新稳态值；进行短路计算时，根据短路
后的等值电路只用求出任意一相的短路电流，即可得到三相短路电流；

[0027] 用阻抗矩阵进行对称短路故障计算时，相当于在故障节点f处增加了一个注入电流，网络中任一节点i的电压可表示为：

[0028]

[0029] 上式中，等号右侧第一项是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，为节点电压的正常分量，记为 得到全网任一节点电压的矩阵形式如下：

[0030]

[0031] 该式同样适用于故障节点f，根据边界条件：

[0032]

[0033] 结合全网任一点电压表达式，根据边界条件将短路电流消去，得到：

[0034]

[0035] 进而可以求得任一支路的电流：

[0036]

[0037] 发生不对称短路时，在三相电路中，任意一组不对称的三个向量 可以分解为三组三相对称的分量，这三组对称分量分别为：正序分量 负
序分量 和零序分量

[0038] 元件的序阻抗，即指当元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压暂降与通过该元件同一序的电流的比值；

[0039] 当线路某处发生不对称短路时，需要做出各序等值网络分别计算；通过网络化简，得到如下图所示的正、负、零序等值；

[0040] 并且得到与之对应的各序电压方程式如下：

[0041]

[0042] 上式又称为序网络方程，在进行故障分析时，计算思路与对称短路相似，根据不同序参数形成相应的阻抗(导纳)矩阵，结合正序等效定则，求得短路电流的正序分量后，即可
求得全网任意一处电压的各序分量；

[0043] 完成电压暂降影响域的计算之后，在可视化界面的地理界线图中以电压等高线的形式进行展示。

[0044] 与现有技术相比，发明的有益效果为：

[0045] 本发明基于Neo4j图数据库的电压暂降影响域分析方法及其可视化系统，能够针对电压暂降事件进行综合管理，通过采用图数据库的方式，将电压暂降相关信息通过图的
形式存储起来，更加符合电力系统拓扑结构形式，通过构建该系统，可以实时可视化由电压
暂降造成危害的范围，便于工作人员将其结果作为电能质量目标控制和改善电力设计的参
考，有利于指导供电点电压暂降水平进行有效的电压暂降治理，通过使用Neo4j图数据库极
大地增强了数据检索和数据更新的效率，适用于大量数据的配电网电压暂降影响域及其可
视化分析。

附图说明

[0046] 为了更清楚地说明发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普
通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0047] 图1为基于Neo4j图数据库的配电网电压暂降影响域及其可视化系统结构；

[0048] 图2为发电机等值模型；

[0049] 图3为对称短路模型；

[0050] 图4为对称短路分析；

[0051] 图5为正、负、零序等值网络示意图；

[0052] 图6为电压暂降影响域展示图；

[0053] 图7为基于Neo4j图数据库的配电网电压暂降影响域分析及其可视化流程图。

具体实施方式

[0054] 下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中
的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，
都属于发明保护的范围。

[0055] 请参阅图1‑7，发明提供一种技术方案：配电网电压暂降影响域分析涉及多类型相互关联的数据信息，数据实体间的关系复杂而密集，更适合采用Neo4j图数据库存储。基于
Neo4j图数据库，发明一种配电网电压暂降影响域分析及其可视化系统。

[0056] 通过Neo4j图数据库对电网拓扑结构及其连接关系的配电网实时数据、配电网模型数据、地理环境数据进行存储，从而进行配电网电压暂降影响域相关的电力图计算。通过
Neo4j图数据库的交互式查询设计的人机界面，实现电压暂降影响域的可视化展示。

[0057] 如图1所示为基于Neo4j图数据库的配电网电压暂降影响域分析及其可视化系统结构图。分为以下三个层次：

[0058] 第一层是数据管理层；利用Neo4j图数据库对配电网内发电机暂态数据、各序电压数据、配电网CIM/E电网模型数据、地理环境数据等进行存储。把变电站、母线、开关、负荷、
保护设备等作为节点，线路和物理设备之间的连接关系作为边，就能将配电网网络建模为
图模型。

[0059] 第二层为电压暂降影响域分析相关计算函数层；在图计算平台中集成的六类函数的基础上，电压暂降影响域应用功能的特点，提出了图数据库高效查询、图网络拓扑分析、
图高速并行计算、图深度机器学习等电力图计算函数。

[0060] 第三层为电压暂降影响域分析的应用层；在电压暂降影响域分析系统上，基于图数据库中的各类图计算函数，按照图数据库查询方式组织的应用层，为电压暂降提供各类
分析计算、电压暂降影响域可视化展示等。由于图数据库查询的速度极快，因而人机界面可
以基于图数据库查询来设计，这些应用充分利用人机界面功能，采用多窗口互动技术，多方
位多角度地对电压暂降影响域进行展示。

[0061] 如图7所示，一种基于Neo4j的配电网电压暂降影响域分析方法，包括以下步骤：

[0062] 步骤S10：建立基于图数据库的配电网结构的数据模型；

[0063] 步骤S20：输入CIM/E配电网静态数据；

[0064] 步骤S30：输入地理环境数据；

[0065] 步骤S40：输入遥测遥信实时数据；

[0066] 步骤S50：图数据库对数据进行存储分析；

[0067] 步骤S60：判断地理环境是否变化；若发生变化则重复进行步骤S30，若未发生变化则进行步骤S70；

[0068] 步骤S70：判断配电网静态数据是否发生变化；发生变化则重复进行步骤S20，若未发生变化则进行步骤S80；

[0069] 步骤S80：基于图数据库的电压暂降影响域短路计算；

[0070] 步骤S90：求得短路时任一节点的各序电压分量；

[0071] 步骤S110：在地理接线图中设置电压等高线；

[0072] 步骤S120：形成电压暂将影响域可视化。

[0073] 电压暂降影响域的计算本质上是通过短路计算得到网络中的电压分布情况。进行短路计算时，首先要形成系统的节点导纳矩阵或者节点阻抗矩阵。在起始次暂态电流的计
算中，一般将发电机支路等值为次暂态阻抗R+jX″d和次暂态电动势E″，如图2所示。一般用
恒定阻抗来表示负荷，作为负荷节点的对地支路计入导纳(或阻抗)矩阵。恒定阻抗值可由
短路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出，即

[0074]

[0075] 发生对称短路时，如图3所示，假设故障发生在f点，可以看出整个电路被分成两个独立的回路。其中f点右边的回路变成没有电源的短接电路，其电流将从短路前的值逐渐衰
减到零；而f点左边的回路仍与电源相连接，但每相的阻抗已经衰减为R+jωL，其电流将由
短路前的数值逐渐变化到由阻抗R+jωL所决定的新稳态值。在发生对称短路时，由于三相
对称，因此电流只有正序分量。进行短路计算时，根据短路后的等值电路只用求出任意一相
的短路电流，即可得到三相短路电流。

[0076] 用阻抗矩阵进行对称短路故障计算时，如果保持故障处边界条件不变，则可以把网络的原有部分同故障支路分开，对于正常状态的网络而言，相当于在故障节点f处增加了
一个注入电流，如图4所示。网络中任一节点i的电压可表示为：

[0077] 用阻抗矩阵进行对称短路故障计算时，相当于在故障节点f处增加了一个注入电流，网络中任一节点i的电压可表示为：

[0078]

[0079] 上式中，等号右侧第一项是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，为节点电压的正常分量，记为 得到全网任一节点电压的矩阵形式如下：

[0080]

[0081] 该式同样适用于故障节点f，根据边界条件：

[0082]

[0083] 结合全网任一点电压表达式，根据边界条件将短路电流消去，得到：

[0084]

[0085] 进而可以求得任一支路的电流：

[0086]

[0087] 发生不对称短路时，其计算过程要涉及到序分量和序网络的概念。在三相电路中，任意一组不对称的三个向量 可以分解为三组三相对称的分量，这三组对称
分量分别为：

[0088] 1)正序分量 三相量大小相等，相位互差120°，且与系统正常对称运行时的相序相同；

[0089] 2)负序分量 三相量大小相等，相位互差120°，且与系统正常对称运行时的相序相反；

[0090] 3)零序分量 三相量大小相等，相位一致。

[0091] 元件的序阻抗，即指当元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压暂降与通过该元件同一序的电流的比值。

[0092] 当线路某处发生不对称短路时，会在网中出现各序电流分量，在各序电流下元件的序参数不同，因此无法像对称短路一样直接计算，需要做出各序等值网络分别计算。通过
网络化简，得到如下图所示的正、负、零序等值网络示意图如图5所示。

[0093] 并且得到与之对应的各序电压方程式如下。

[0094]

[0095] 上式又称为序网络方程。在进行故障分析时，计算思路与对称短路相似，根据不同序参数形成相应的阻抗(导纳)矩阵，结合正序等效定则，求得短路电流的正序分量后，即可
求得全网任意一处电压的各序分量。

[0096] 完成电压暂降影响域的计算之后，在可视化界面的地理界线图中以电压等高线的形式进行展示，如图6所示。如图7所示为基于Neo4j图数据库的配电网电压暂降影响域分析
及其可视化流程图。

[0097] 在发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示
所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发
明的限制。

[0098] 在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个
元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技
术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

[0099] 尽管已经示出和描述了发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变
型，发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。