如何用图数据库构建高效率的电网模型？

导读：随着经济技术发展，电力系统通过远距离输电网络实现高度互联，新能源机组、可调节负荷、电动汽车也不断接入电网，使电力系统规模日益庞大，对分析控制的准确性和实时性提出了更高要求。图数据库是近年来兴起的一种用于互联网海量数据并行分析处理的技术，用图来表达电力系统网络拓扑结构更加直观，更易实现并行化遍历查询。

本文遵循CIM/E规范构建基于图数据库的电网模型。CIM/E是在IEC 61970-301电力系统公共信息模型（CIM）的基础上，为解决CIM/XML描述电网拓扑时的效率问题而开发的一种新型高效的电力系统模型数据描述规范。其以类似关系表的形式描述了电力系统基准电压、厂站等26类对象。

电网模型建立有以下准则：

1. 完整性和一致性。能完整描述电力系统对象特性，并与已有定义尽量保持一致；
2. 高效性，适应图数据库特性以尽量提高数据访问效率。

基于图数据库建立电网模型的基本原则是遵循CIM/E标准，将CIM/E对象类建模为顶点、将对象类之间的关联建模为边，保证电网模型的完整性、一致性。

如下图所示，该模型系统包含3个厂站，各厂站内部由母线（BusBar）、开关（断路器）、刀闸（隔离开关）、发电机（G）、负荷（LD）等设备构成，各厂站之间通过交流线路（LN）连接。

基于电网模型的建立准则1，在图数据库中将母线、开关、刀闸、发电机、负荷、线路等电力系统设备定义为顶点，各设备之间的连接线定义为边。此外，为建立设备之间的拓扑关联，将CIM/E模型中描述设备拓扑关系的物理节点属性定义为顶点。图数据库模型如下图所示。

更多图数据库使用方式请参考Galaxybase Studio使用说明。

由于图数据库中的遍历所需时间与经过的跳数（从起始顶点遍历到目标顶点所经过的边个数）成正比，即图的顶点数和边数越多，访问查询所需时间越长。因此需要对初始电网模型中的顶点和边进行调整和优化。

由于开关、刀闸数量是变压器、母线、发电机、负荷、线路等设备数量的数倍。因为在图数据库中将设备之间的连接线（线路、母线）、物理节点以及负荷、发电机、变压器等电力系统设备定义为节点，将开关、刀闸定义为边，则图数据库中顶点和相应的边数量会大幅减少，图遍历的跳数相应减少，可以提高图数据库的查询访问效率。优化后的电网模型如下图所示。

更多图数据库使用方式请参考Galaxybase Studio使用说明。

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