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基于CIM的电力系统拓扑建模的深度优先搜索研究
贾永伟，陈剑云
华东交通大学电气与电子工程学院，交通信息工程研究所，江西南昌(330013)
Email：[e-mail]
摘要：本文在IEC61970CIM的基础上对CIM拓扑模型进行研究，提出一种基于邻接矩
阵采用深度优先搜索算法的电力系统拓扑分析方法，将影响配电网拓扑结构的开关、T接点
看作节点，将配电变压器和馈线段看作边，利用从属关系反映他们间的连接关系，得到表示
电力系统拓扑关系的结点邻接矩阵，用深度优先算法对邻接矩阵进行计算。该方法的java
实现主要用于铁路上的接触配电网拓扑计算，较传统的拓扑方法具有更好的通用性和可扩充
性，并且通过跨平台Java语言实现并验证了该方法的正确性。
关键词：电力系统；CIM；拓扑模型；深度优先搜索
1.引言

IEC61970标准是由国际电工组织制定,描述能量管理系统应用程序的模型和接口的标准,
包含导则、术语、公用信息模型（CommonInformationModel）CIM和两种级别的组件接口
规范（ComponentInterfaceSpecification）CIS共5个部分。其中,CIM定义了能量管理系统
（EMS）的应用程序接口标准，即电力对象模型及其关系,并给出了电力对象的确切定义和
域描述[1]，是IEC61970的基本包集。采用CIM模型,可以顺利实现系统间的信息交换[2,3,4]。
目前,各调度软件开发厂商均在开发以IEC61970规约为基础的调度软件。
调度软件中的网络拓扑,需要将配电网一次接线图处理成高级应用软件所需的计算节点
模型,形成新的网络接线形式[5,6]。本文提出的基于深度优先的网络拓扑方法,分析根据CIM
模型构建的配电网一次接线图。该算法利用模型间的继承关系和关联关系,采用按树搜索策
略,能够对任何接线方式下的网络结构进行分析。由于算法模型符合CIM定义,分析过程使用
IEC61970标准定义的程序接口,可以实现与其它调度系统的接口调用,实现即插即用功能。

2.CIM拓扑模型

拓扑分析模型是根据CIM定义的电力对象模型,本文主要采用301部分，由10个逻辑包组
成。包是电力系统中相关元件的分组,含有一个或多个类图。根据CIM定义建立起的网络模
型,可以很好的实现不同系统间的信息交换,具有较强的通用性和适应性。拓扑模型涉及了
CIM定义中的Wires包、Core包和Topology包,具体分析如下。
(1)设备模型
设备模型指电力网络中的一次元件模型,例如线路、开关、母线等,在Wires包中定义。每
种设备模型对应于Wires包中的一个类,设备模型之间的继承关系如下图所示：

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图1Wires包继承关系图

在Wires包图中,绿色部分为实际的设备定义模型,对应实际电力系统元件;黄色部分为
虚拟类,仅是模型定义需要;箭头表示类的继承。在CIM定义的模型中,变压器
(PowerTransformer)可看作是两个或三个变压器卷(TransformerWinding)的集合。Wires包图的
继承层次图，实际上覆盖了CIM的大多数包。
在CIM模型上建立的电力网络,拓扑分析可以利用面向对象技术,只需要处理各设备
模型的父类-导电设备类(ConductEquipment),而不用关心该设备的具体类型及具体属性。新
的设备模型只需要根据图1所示的关系继承导电设备类,原有的网络拓扑仍可以正确运行。这
样经过拓扑分析的电力网络具有了充分的可扩展性和适应性。
(2)连接关系模型
CIM模型中定义了端点(Terminal)和连接节点(ConnectivityNode)。其中,端点是导电设备
的电气点。连接点是导电设备端点的无电阻融合点,包含了一组端点。在CIM模型中,一个导
电设备包含几个端点(Terminal)，CIM模型定义了这种导电设备类与端点、端点与连接点
之间的关联关系。这样,端点和连接点共同建立起设备之间的电气连接关系。

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图2简单网络例子

图2显示的是一条跨接两个变电站的带T接的输电线路和一座变电站。该变电站有两
个电压等级，它们之间有一台变压器。该线路段有两段不同电缆组成。变电站中一个电压等
[1]
级被展示为一个单母线的母线段和连接于该母线的两个非常简易的开关设备间隔。

图8CIM拓扑的简单网络连接关系

图8展示了在CIM中连接关系建模，以及座位一种方法（单不一定是唯一的方法）为
图2中的单线图所反应的包容关系建模。阴影方框表示各容器设备（EquipmentContainer），
白方框表示导电设备