Объектно-топологическое моделирование электрических сетей

Введение. Концептуальной основой моделирования и автоматизации управления электрическими сетями служит Общая модель данных (Common Information Model – CIM). Она позволяет строить объектно ориентированные модели электросетей, однако не располагает достаточными средствами анализа их структуры и состояния. Последний означает прежде всего анализ топологии графов электросетей. Было накоплено большое количество и разнообразие алгоритмов такого анализа; оно нуждалось в систематизации и упрощении.

Цель. Для анализа структуры и состояния сложной распределенной системы ввести понятие структурного графа её объектно ориентированной модели. Вершины этого графа представляют объекты классов, применяемых в модели, ребра – ассоциации между объектами. Анализ сложной системы произвести посредством анализа топологии структурного графа её модели.

Материалы и методы. Данный подход назван объектно-топологическим. Он представляет собой развитие объектно ориентированного подхода (ООП) путём его дополнения средствами анализа топологии структурных графов объектно ориентированных моделей. Систематизация и упрощение алгоритмов анализа графов осуществляются на основе выделения минимального набора базисных операций над графами и за счёт выражения алгоритмов через эти операции. Первое означает построение некоторой алгебры графов, второе позволяет интерпретировать алгоритмы топологического анализа как вычисления графов посредством операций данной алгебры.

Результаты и обсуждение. Рассматриваются примеры применения объектно-топологического подхода и алгебры графов к автоматизации решения задач оперативно-диспетчерского управления: трассировки цепей на схемах, блокировки переключений, управления топологией расчетной модели режима. Их алгоритмы выражаются формулами алгебры графов, удобными для программирования.

Заключение. Объектно-топологический подход, оснащённый алгеброй графов, позволяет заменить традиционные многословные описания алгоритмов анализа моделей электросетей лаконичными формулами. Это значительно упрощает программирование и верификацию алгоритмов, сокращает сроки и затраты на разработку программ, повышает их надёжность.

1. Любарский Ю. Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, 1990. 232 с.

2. Головинский И. А. Объектно-ориентированный подход к разработке программ анализа коммутационных схем электрических сетей // Известия РАН. Энергетика. 2001. № 2. С. 46-56.

3. Головинский И. А. Методы анализа топологии коммутационных схем электрических сетей // Электричество. 2005. № 3. С. 10-18.

4. Головинский И. А. Построение графов простых путей в транспортных сетях. I. Общие решения и примеры // Известия РАН. Теория и системы управления. 2021. № 1. С. 124-159.

5. Топологические блокировки оперативных переключений / И. А. Головинский, М. Ю. Дьяченко, М. И. Лондер, А. В. Тумаков // Электрические станции. 2018. № 7. С. 29–37.

6. IEC 61970-301. Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common information model (CIM) base. Ed. 7.0, 2020. 558 p.

7. Дистель Р. Теория графов. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 2002. 336 с.

8. Головинский И. А. Автоматизация топологической трассировки цепей на схемах электрических сетей и подстанций // Релейная защита и автоматизация. 2024. № 3(56). С. 20-29.

9. ГОСТ Р 55608-2018. Национальный стандарт Российской Федерации. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Переключения в электроустановках. Общие требования. М.: Росстандарт. 2018. 77 с.

10. Правила переключений в электроустановках / Минэнерго России. М., 2018. 160 с.