本发明涉及电力系统公共信息模型领域，尤其涉及一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法及装置。

背景技术：

CIM采用开关/节点模型描述电力系统网络，而在计算电网潮流时应用功能是母线/支路模型。因此，在使用计算机进行电网潮流计算时需要把基于CIM模型的数据转换为诸如IEEE或BPA可以识别的潮流计算数据。目前，一些文献对CIM电网潮流数据转换过程中的节点处理进行了研究，但是没有提供一个完整、有效的解决方案来对CIM电网潮流数据转换过程进行说明。

因此，提供一个CIM电网潮流数据转换的完整的解决方法为本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法及装置，减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度。

本发明实施例提供了一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法，包括：

S1：获取到CIM XML文件和CIM XML文件包含的电力系统数据，并同时获取潮流状态文件，根据潮流状态文件修正电力系统数据中的开关设备的状态变量，得到修正后的开关设备状态变量；

S2：获取到CIM模型的ConnectivityNode和Terminal，将ConnectivityNode存储在第一HashMap数据类型中，将Terminal存储在第二HashMap数据类型中，并在ConnectivityNode添加一个HashMap对象，其中，HashMap对象存储有Terminal的ID属性；

S3：令k＝1；

S4：获取到与修正后的开关设备状态变量对应的开关设备，判断开关设备是否为闭合开关设备，若是，则执行S5，若不是，则执行S8；

S5：获取到与闭合开关设备连接的两个ConnectivityNode，判断两个ConnectivityNode是否均为有效节点，若是，则执行S6，若不是，则执行S8；

S6：判断两个ConnectivityNode的ID是否相同，若不相同，则执行S7，若不是，则执行S8；

S7：将其中一个ConnectivityNode的状态设置为无效，得到无效ConnectivityNode，并修改与无效ConnectivityNode连接的Terminal的ID，再将无效ConnectivityNode的Terminal属性合并至另一个ConnectivityNode的Terminal属性，断开与闭合开关设备连接的两个Terminal；

S8：令k＝k+1，判断k是否小于预置开关设备总数，若小于，则重新执行S4，若不小于，获取到合并后的闭合开关设备状态，并执行S9；

S9：根据合并后的闭合开关设备状态，在判断与合并后的闭合开关设备连接的非开关设备为在线运行状态后，将非开关设备的参数值合并至与非开关设备连接的节点中，得到第一拓扑节点；

S10：获取到第一拓扑节点中的孤立节点，对孤立节点进行去除操作，得到第二拓扑节点；

S11：对第二拓扑节点进行IEEE格式的潮流数据输出操作。

优选地，步骤S1之前还包括：

建立CIM模型。

优选地，电力系统数据包括：基准功率、子控制区域、变电站、电压等级、母线、节点、端点、线路、开关设备、变压器、发电机、负荷和补偿电容。

优选地，潮流数据输出包括：基准功率输出、Case版本输出、线路数据输出、发电机数据输出、节点数据输出、负荷数据输出、补偿电容数据输出。

优选地，非开关设备包括：同步电机、两绕组变压器、三绕组变压器、串联电容器、并联电容器、电抗器、线路。

优选地，本发明实施例还提供了一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换装置，包括：

修正单元，用于获取到CIM XML文件和CIM XML文件包含的电力系统数据，并同时获取潮流状态文件，根据潮流状态文件修正电力系统数据中的开关设备的状态变量，得到修正后的开关设备状态变量；

存储单元，用于获取到CIM模型的ConnectivityNode和Terminal，将ConnectivityNode存储在第一HashMap数据类型中，将Terminal存储在第二HashMap数据类型中，并在ConnectivityNode添加一个HashMap对象，其中，HashMap对象存储有Terminal的ID属性；

指令单元，用于令k＝1；

第一判断单元，用于获取到与修正后的开关设备状态变量对应的开关设备，判断开关设备是否为闭合开关设备，若是，则触发第二判断单元，若不是，则触发第四判断单元；

第二判断单元，用于获取到与闭合开关设备连接的两个ConnectivityNode，判断两个ConnectivityNode是否均为有效节点，若是，则触发第三判断单元，若不是，则触发第四判断单元；

第三判断单元，用于判断两个ConnectivityNode的ID是否相同，若不相同，则触发第一合并单元，若不是，则触发第四判断单元；

第一合并单元，用于将其中一个ConnectivityNode的状态设置为无效，得到无效ConnectivityNode，并修改与无效ConnectivityNode连接的Terminal的ID，再将无效ConnectivityNode的Terminal属性合并至另一个ConnectivityNode的Terminal属性，断开与闭合开关设备连接的两个Terminal；

第四判断单元，用于令k＝k+1，判断k是否小于预置开关设备总数，若小于，则重新触发第一判断单元，若不小于，获取到合并后的闭合开关设备状态，并触发第二合并单元；

第二合并单元，用于根据合并后的闭合开关设备状态，在判断与合并后的闭合开关设备连接的非开关设备为在线运行状态后，将非开关设备的参数值合并至与非开关设备连接的节点中，得到第一拓扑节点；

分类单元，用于获取到第一拓扑节点中的孤立节点，对孤立节点进行去除操作，得到第二拓扑节点；

输出单元，用于对第二拓扑节点进行IEEE格式的潮流数据输出操作。

优选地，本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换装置还包括：

建立单元，用于建立CIM模型。

优选地，电力系统数据包括：基准功率、子控制区域、变电站、电压等级、母线、节点、端点、线路、开关设备、变压器、发电机、负荷和补偿电容。

优选地，潮流数据输出包括：基准功率输出、Case版本输出、线路数据输出、发电机数据输出、节点数据输出、负荷数据输出、补偿电容数据输出。

优选地，非开关设备包括：同步电机、两绕组变压器、三绕组变压器、串联电容器、并联电容器、电抗器、线路。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法及装置，基于JAVA平台开发的，与采用非面向对象的语言程序开发相比，本发明采用与CIM模型建模时一样思想，都是一种面向对象的思维，因此开发的思路简单并且符合要求。本发明在转换的过程中，采用HashMap底层的数据结构，减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度。同时，在处理非开关类设备时，根据开关的状态对设备是否在线运行进行了评估，保证转换结果的正确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法的另一流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换装置的结构示意图；

图4是节点合并的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换及装置，减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法的一个实施例，包括：

101、获取到CIM XML文件和CIM XML文件包含的电力系统数据，并同时获取潮流状态文件，根据潮流状态文件修正电力系统数据中的开关设备的状态变量，得到修正后的开关设备状态变量；

102、获取到CIM模型的ConnectivityNode和Terminal，将ConnectivityNode存储在第一HashMap数据类型中，将Terminal存储在第二HashMap数据类型中，并在ConnectivityNode添加一个HashMap对象，其中，HashMap对象存储有Terminal的ID属性；

103、令k＝1；

104、获取到与修正后的开关设备状态变量对应的开关设备，判断开关设备是否为闭合开关设备，若是，则执行105，若不是，则执行108；

105、获取到与闭合开关设备连接的两个ConnectivityNode，判断两个ConnectivityNode是否均为有效节点，若是，则执行106，若不是，则执行108；

106、判断两个ConnectivityNode的ID是否相同，若不相同，则执行107，若不是，则执行108；

107、将其中一个ConnectivityNode的状态设置为无效，得到无效ConnectivityNode，并修改与无效ConnectivityNode连接的Terminal的ID，再将无效ConnectivityNode的Terminal属性合并至另一个ConnectivityNode的Terminal属性，断开与闭合开关设备连接的两个Terminal；

108、令k＝k+1，判断k是否小于预置开关设备总数，若小于，则重新执行104，若不小于，获取到合并后的闭合开关设备状态，并执行109；

109、根据合并后的闭合开关设备状态，在判断与合并后的闭合开关设备连接的非开关设备为在线运行状态后，将非开关设备的参数值合并至与非开关设备连接的节点中，得到第一拓扑节点；

110、获取到第一拓扑节点中的孤立节点，对孤立节点进行去除操作，得到第二拓扑节点；

步骤109对开关进行合并后得到第一拓扑节点，第一拓扑节点中存在孤立节点，而孤立节点的存在导致网络不是连通的，因而潮流计算是不收敛的。所以需要进行步骤110对孤立节点进行分类，去除调孤立节点，然后得到第二拓扑节点，最终得到的是一个连通的网络，即第二拓扑节点。对于第一拓扑节点只是转换过程中的一个中间的节点。

111、对第二拓扑节点进行IEEE格式的潮流数据输出操作。

本发明实施例提供一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法，即将由端点(Terminal)和连接节点(ConnectivityNode)表达导电设备之间连接关系的开关/节点模型(CIM模型)转换为由拓扑节点和拓扑节点间带阻抗的电器元件连接的母线/支路模型(潮流计算模型)。本发明是基于JAVA平台开发的，具有易于开发和使用、移植性强等特点。本发明在转换的过程中，采用HashMap底层的数据结构，减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度。同时，在处理非开关类设备时，根据开关的状态对其是否在线运行进行了评估，保证转换结果的正确性。本发明所述输出的潮流数据是指IEEE格式的潮流数据。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法的另一个实施例，包括：

201、建立CIM模型；

202、获取到CIM XML文件和CIM XML文件包含的电力系统数据，并同时获取潮流状态文件，根据潮流状态文件修正电力系统数据中的开关设备的状态变量，得到修正后的开关设备状态变量；

203、获取到CIM模型的ConnectivityNode和Terminal，将ConnectivityNode存储在第一HashMap数据类型中，将Terminal存储在第二HashMap数据类型中，并在ConnectivityNode添加一个HashMap对象，其中，HashMap对象存储有Terminal的ID属性；

204、令k＝1；

205、获取到与修正后的开关设备状态变量对应的开关设备，判断开关设备是否为闭合开关设备，若是，则执行205，若不是，则执行208；

206、获取到与闭合开关设备连接的两个ConnectivityNode，判断两个ConnectivityNode是否均为有效节点，若是，则执行206，若不是，则执行208；

207、判断两个ConnectivityNode的ID是否相同，若不相同，则执行207，若不是，则执行208；

208、将其中一个ConnectivityNode的状态设置为无效，得到无效ConnectivityNode，并修改与无效ConnectivityNode连接的Terminal的ID，再将无效ConnectivityNode的Terminal属性合并至另一个ConnectivityNode的Terminal属性，断开与闭合开关设备连接的两个Terminal；

209、令k＝k+1，判断k是否小于预置开关设备总数，若小于，则重新执行204，若不小于，获取到合并后的闭合开关设备状态，并执行209；

210、根据合并后的闭合开关设备状态，在判断与合并后的闭合开关设备连接的非开关设备为在线运行状态后，将非开关设备的参数值合并至与非开关设备连接的节点中，得到第一拓扑节点；

211、获取到第一拓扑节点中的孤立节点，对孤立节点进行去除操作，得到第二拓扑节点；

212、对第二拓扑节点进行IEEE格式的潮流数据输出操作。

进一步地，电力系统数据包括：基准功率、子控制区域、变电站、电压等级、母线、节点、端点、线路、开关设备、变压器、发电机、负荷和补偿电容。

进一步地，潮流数据输出包括：基准功率输出、Case版本输出、线路数据输出、发电机数据输出、节点数据输出、负荷数据输出、补偿电容数据输出。

进一步地，非开关设备包括：同步电机、两绕组变压器、三绕组变压器、串联电容器、并联电容器、电抗器、线路。

上面是对一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换方法的应用进行说明，应用例包括：

一、读取CIM XML文件和状态文件；

本发明通过基于Java平台的Dom4j来实现对CIM XML文件的解析，并采用HashMap底层的数据结构，与List作底层数据结构相比减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度，而且也更加符合该数据转换的需求。本发明的状态文件是文本格式的，所以在进行读取的时候直接采用了普通文件读取的方式，并且根据CIM XML文件提取的数据的类型来确定提取状态文件的数据。读取CIM XML文件时，主要读取了以下数据：

(1)基准功率；(2)子控制区域；(3)变电站；(4)电压等级；(5)母线；(6)节点和端点；(7)线路；(8)开关；(9)变压器；(10)发电机；(11)负荷；(12)补偿电容。

二、修正开关设备状态变量；

由于CIM XML文件中的数据是一个网架结构的完整数据，其中包含的状态数据是一个初始值，并不能真实的反映电网的实时运行状态，因此必须需要由状态潮流文件来修正XML文件的变量。在对XML文件中的变量进行修正时，主要修正开关设备的状态变量。

三、实现高效索引技术；

由于本发明在存储CIM XML数据采用HashMap的数据存储结构，在实现高效索引的时候，在该类的基础上加入索引对象key即可。

如在CIM模型中最重要的两个类为ConnectivityNode和Terminal。所有的设备或元件都依赖于Terminal类，设备与设备之间的连接关系是通过ConnectivityNode连接来实现的。在CIM模型中大量的存在着这两个类，为了数据存储和使用的方便，本发明在对ConnectivityNode和Terminal数据进行解析和提取时，采用两个HashMap数据类型分别对其进行存储。由于CIM模型中Terminal对象已经包含了ConnectivityNode的ID属性，实际上采用HashMap就已经实现了由Terminal对象直接导航到ConnectivityNode对象。而ConnectivityNode中没有包含Terminal属性，因此不能直接实现由ConnectivityNode对象直接导航到Terminal对象。一个ConnectivityNode上通常连接了不止一个的设备，即一个ConnectivityNode连接了不止一个Terminal对象，因此，需要在ConnectivityNode中加入一个容器对象来存储多个Terminal对象，本发明在ConnectivityNode类中加入了一个HashMap对象来存储Terminal的ID的属性，这样就实现了由ConnectivityNode直接导航到Terminal。

在实现双向导航后，若想知道一个设备是与哪些设备相连的，只需通过该设备的Terminal对象直接导航到ConnectivityNode对象，然后在该ConnectivityNode的Terminal属性就可以知道与哪些设备相连。

四、对闭合开关进行节点合并处理；

具体实现的步骤如下所示(以断路器Breaker为例)：

S401、设初始值k＝1；

S402、取出断路器Breaker对象并判断该断路器Breaker对象的状态是否为闭合。若闭合则进行步骤S403，否则进入步骤S407；

S403、通过断路器Breaker对象的Terminal属性根据上述的高效索引技术直接导航到与该断路器Breaker对象连接的两个ConnectivityNode对象；

S404、判断这两个ConnectivityNode是否为有效节点。若两个ConnectivityNode都有效，则进入步骤S405，否则进入步骤S407；

S405、判断这个两个ConnectivityNode对象的ID号是否相同。若不相同，则进入步骤S406，否则进入步骤S407；

S406、设置其中一个ConnectivityNode对象的状态为无效，为了说明设其为cn1，令一个并修改与cn1对象连接的所有的Terminal对象的ID号，即修改key值；把cn1对象的所有的Terminal属性合并到另一个ConnectivityNode的Terminal属性，并去掉与断路器Breaker连接的两个Terminal；

S407、令k＝k+1；若k

S408、开关合并处理完成，结束。

其实现节点合并的过程如图4所示。

五、非开关类设备的状态在线评估及处理；

根据第四步开关的状态来对非开关类设备是否在线运行进行评估。此处的非开关类的设备指同步机、(两绕组和三绕组)变压器、(串联和并联)电容器、线路等。若设备在线运行，则对其的设备的值进行合并。比如，并联电容器，若通过开关状态评估出其设备是在线运行的，因此，对电容器的并联电容合并到与之连接的节点中。

六、孤立节点处理；

具体包含以下步骤：

S601、初始化k＝1；

S602、取出该节点，并判断该节点是否有效。若有效，进入步骤S603，若无效进入步骤S604；

S603、判断与该节点相连的是否是有效的线路、变压器或发电机。若包含其中至少一个，则标记节点为拓扑节点；否则，若连接的设备为发电机，则认为该节点为无效节点，若连接的设备为线路或变压器，则需再次进行一次判断；

S604、令k＝k+1；若k

S605、结束；

七、潮流数据输出。

本发明所述转换的潮流数据是指IEEE格式的潮流数据。具体包含以下步骤：

S701、基准功率输出；

S702、Case版本输出；

S703、线路数据输出；

其中，线路的数据包括输电线路的输出和变压器等效支路输出。

输电线路在输出时，按照IEEE格式要求，需要将其电阻、电抗和对地电纳处理成为标幺值。

变压器等效支路在输出时，需要将CIM XML中的数据处理为如图4所示的IEEE的变压器模型。

S704、拓扑节点输出；

由于在CIM XML模型中，节点类的数据与负荷类和补偿电容类的数据分离的，但是在IEEE模型中，节点bus的数据包含了以上三种类型的数据，因此，在拓扑节点进行输出时，需要把这些有关的数据进行整合输出。

根据节点连接的设备类型不同，将其分为PQ、PV节点。此外，对于Vθ节点需要外部的指定。

S705、发电机数据输出。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种基于JAVA平台的CIM模型潮流数据转换装置的一个实施例，包括：

建立单元300，用于建立CIM模型。

修正单元301，用于获取到CIM XML文件和CIM XML文件包含的电力系统数据，并同时获取潮流状态文件，根据潮流状态文件修正电力系统数据中的开关设备的状态变量，得到修正后的开关设备状态变量；

存储单元302，用于获取到CIM模型的ConnectivityNode和Terminal，将ConnectivityNode存储在第一HashMap数据类型中，将Terminal存储在第二HashMap数据类型中，并在ConnectivityNode添加一个HashMap对象，其中，HashMap对象存储有Terminal的ID属性；

指令单元303，用于令k＝1；

第一判断单元304，用于获取到与修正后的开关设备状态变量对应的开关设备，判断开关设备是否为闭合开关设备，若是，则触发第二判断单元305，若不是，则触发第四判断单元308；

第二判断单元305，用于获取到与闭合开关设备连接的两个ConnectivityNode，判断两个ConnectivityNode是否均为有效节点，若是，则触发第三判断单元306，若不是，则触发第四判断单元308；

第三判断单元306，用于判断两个ConnectivityNode的ID是否相同，若不相同，则触发第一合并单元307，若不是，则触发第四判断单元308；

第一合并单元307，用于将其中一个ConnectivityNode的状态设置为无效，得到无效ConnectivityNode，并修改与无效ConnectivityNode连接的Terminal的ID，再将无效ConnectivityNode的Terminal属性合并至另一个ConnectivityNode的Terminal属性，断开与闭合开关设备连接的两个Terminal；

第四判断单元308，用于令k＝k+1，判断k是否小于预置开关设备总数，若小于，则重新触发第一判断单元304，若不小于，获取到合并后的闭合开关设备状态，并触发第二合并单元309；

第二合并单元309，用于根据合并后的闭合开关设备状态，在判断与合并后的闭合开关设备连接的非开关设备为在线运行状态后，将非开关设备的参数值合并至与非开关设备连接的节点中，得到第一拓扑节点；

分类单元310，用于获取到第一拓扑节点中的孤立节点，对孤立节点进行去除操作，得到第二拓扑节点；

输出单元311，用于对第二拓扑节点进行IEEE格式的潮流数据输出操作。

进一步地，电力系统数据包括：基准功率、子控制区域、变电站、电压等级、母线、节点、端点、线路、开关设备、变压器、发电机、负荷和补偿电容。

进一步地，潮流数据输出包括：基准功率输出、Case版本输出、线路数据输出、发电机数据输出、节点数据输出、负荷数据输出、补偿电容数据输出。

进一步地，非开关设备包括：同步电机、两绕组变压器、三绕组变压器、串联电容器、并联电容器、电抗器、线路。

本发明提供了一种完整的思路将CIM模型数据转换为IEEE格式的潮流数据。本发明是基于JAVA平台开发的，它与CIM模型建模时的采用的思想一样，都是一种面向对象的语言，且JAVA语言具有易于实现，可移植性强的优势。本发明在转换的过程中，采用HashMap底层的数据结构，减少了数据匹配时的搜索量，加快了CIM转换速度。同时，在处理非开关类设备时，根据开关的状态对其进行在线评估，保证转换结果的正确性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。