一种图数据库中配电网拓扑模型的校验方法及系统与流程

1.本发明涉及一种配电网拓扑模型的校验方法及系统，尤其是图数据库中配电网拓扑模型的校验方法及系统。


背景技术：

2.随着电网规模的不断扩大，传统的基于关系数据库的配电网关系模型极大地限制了配电网结构数据检索的性能，给电网设备及其拓扑连接查询带来了严峻的挑战，目前配电云主站在进行实时拓扑分析时采用的neo4j图数据库技术，使性能得到了进一步提升。
3.然而采用图库计算对模型正确性要求较高，拓扑模型关系错乱会导致计算结果偏差较大，尤其是底层的拓扑分析错误直接决定了应用层计算的复杂度和准确性。此外，由于在配电云主站中的图规模往往很大，拓扑分析结果无法通过有效的技术手段校验其正确性，现有技术只能通过复杂的方法校验馈线拓扑模型与配电网设备是否匹配，而对于图拓扑模型只能通过人工预测然后比对图形进而分析模型，这对故障的排查、拓扑分析测试造成极大的难度。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种快速校验图数据库中的配电网拓扑模型的方法及系统。
5.技术方案：本发明所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法包括如下步骤：
6.(1)拓扑模型快照与恢复：将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中，通过快照恢复将所述关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；
7.(2)拓扑模型校验：将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型，将所述图库拓扑模型解析为目标图模型；比较所述关系库拓扑模型与所述目标图模型的数量，比较所述原始图模型和所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验。
8.进一步地，步骤(1)所述的将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中包括，将所述原始配电网拓扑模型数据作为快照并通过e语言描述为e文件，分别生成关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号，保存所述版本号至内存数据库的快照信息表中，从e文件中恢复所述关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型，将关系库拓扑模型和图库拓扑模型存储在内存数据库中。
9.进一步地，步骤(2)所述拓扑模型校验在启动阶段默认调用或作为服务被调用；
10.当步骤(2)所述拓扑模型校验在启动阶段默认调用时，输入快照版本号为空，执行步骤(2)的拓扑模型校验；
11.当步骤(2)所述拓扑模型校验作为服务被调用时，用户输入快照版本号以校验特
定版本的配电网拓扑模型，若内存数据库中存在用户输入的快照版本号，则执行步骤(2)的拓扑模型校验；若内存数据库中不存在用户输入的快照版本号，则清空内存数据库中的关系库拓扑模型和图库拓扑模型，导入用户输入的快照版本号，执行步骤(2)的拓扑模型校验。
12.进一步地，关系数据库中的原始配电网拓扑模型存储在配电网设备表中，所述配电网设备表包括主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表和配网变压器表；图数据库中的原始配电网拓扑模型是基于设备标签进行分类存储的，依据关系库中配网设备表类型，在图数据库中建立的设备标签包括主网负荷标签、配网开关标签、配网刀闸标签、配网馈线标签、馈线段标签、配网负荷标签和配网变压器标签。
13.进一步地，步骤(2)所述将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型包括，查询内存数据库中的关系库拓扑模型，将双节点设备的设备id及起始连接点号属性拆分成图的两条边结构，将单节点设备数据中的设备id与连接点号属性拆分成图的一条边结构；关系库拓扑模型解析后的图边数据为原始图模型。
14.进一步地，步骤(2)所述将所述图库拓扑模型解析为目标图模型包括，查询内存数据库中的图库拓扑模型，所述图库拓扑模型中存储了所有设备标签的边数据，边数据由源顶点及目标顶点属性组成，源顶点是设备id，目标顶点是节点号；图库拓扑模型中查询出的图边数据为目标图模型。
15.进一步地，将所述关系库拓扑模型解析后的图边数据存放在相应的map集合中，所述map集合的key是源顶点设备id，所述map集合的value是目标顶点组成的list集合。
16.进一步地，将所述图库拓扑模型中查询出的图边数据存放在相应的map集合中，所述map集合的key是源顶点设备id，所述map集合的value是目标顶点组成的list集合。
17.本发明所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验系统包括：
18.拓扑模型快照与恢复单元，用于将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中，通过快照恢复将所述关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；
19.拓扑模型校验单元，用于将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型，将所述图库拓扑模型解析为目标图模型；比较所述原始图模型和所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验。
20.进一步地，所述拓扑模型快照与恢复单元用于将所述原始配电网拓扑模型数据作为快照并通过e语言描述为e文件，分别生成关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号，保存所述版本号至内存数据库的快照信息表中，从e文件中恢复所述关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型，将关系库拓扑模型和图库拓扑模型存储在内存数据库中。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)充分考虑基于图数据库拓扑计算时配电网拓扑模型的准确性对计算结果影响较大，且随着图规模的增大，模型故障及难排查的问题，提出采用嵌入式内存数据库缓存拓扑模型，实现对配电网拓扑关系模型与图库模型数据快速校验；(2)以微服务架构为依托，采用e文件快照及恢复方法，支持对不同时段拓扑模型故障的分析反演，大大提升了拓扑模型校验的速度，降低了对生产级别数据
库的访问流量，使配电网拓扑分析结果具备更强的可信度。
附图说明
22.图1为本发明的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法流程图。
23.图2为本发明实施例中服务启动阶段拓扑模型校验流程图。
24.图3为本发明实施例中服务调用阶段拓扑模型校验流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
26.如图1所示，所述图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，包括拓扑模型快照与恢复和拓扑模型校验两条拓扑模型数据流；拓扑模型快照与恢复数据流中，数据快照存储在服务器的e文件系统中，快照恢复的数据存储在内存数据库中，内存数据库中缓存的拓扑模型数据为配电网拓扑模型校验提供数据支撑。所述图数据库中配电网拓扑模型的校验方法包括以下步骤：
27.步骤1：查询关系数据库中的原始配电网拓扑设备模型数据，将数据作为快照存储在服务器e文件中；查询图数据库(neo4j)中的原始配电网拓扑模型数据，将数据作为快照存储在服务器e文件中。
28.本实施例中的关系数据库为达梦，图数据库为neo4j；配电网拓扑设备模型是指中压配网模型，包括但不限于主网负荷、配网开关、配网刀闸、配网馈线、馈线段、配网负荷、配网变压器设备；e文件是基于电力系统中的一种数据模型描述语言e生成的文件。
29.从关系数据库中查询当前时间点的原始配电网拓扑模型数据，包括主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表和配网变压器表等设备表，作为一个快照存放在服务器快照目录下，快照目录命名格式为dmdb_${快照版本号}，快照包含配网刀闸e文件、配网馈线e文件、馈线段e文件、配网负荷e文件和配网变压器e文件，快照e文件命名格式为${表号}_${表英文名}_${表中文名}。
30.从图数据库中查询当前时间点的原始配电网拓扑模型数据，包括主网负荷标签、配网开关标签、配网刀闸标签、配网馈线标签、馈线段标签、配网负荷标签和配网变压器标签等设备标签数据，作为一个快照存放在服务器快照目录下，快照目录命名格式为neo4j_${快照版本号}，快照包含配网刀闸e文件、配网馈线e文件、馈线段e文件、配网负荷e文件和配网变压器e文件，快照e文件命名格式为${表号}_${表英文名}_${表中文名}。
31.步骤2：生成关系库拓扑模型快照版本号，生成图数据库拓扑模型快照版本号，保存版本号到内存数据库中的快照信息表中。
32.本实施例中的内存数据库为嵌入式的h2database，关系库拓扑模型快照版本号格式为dmdb_yyyy-mm-dd_${当前时间戳}；图库拓扑模型快照版本号格式为neo4j_yyyy-mm-dd_${当前时间戳}。
33.快照信息表包含版本号、数据源类型、快照时间和快照状态等属性；其中数据源类型是一个字典，字典值包含0(关系数据库类型)或1(图数据库类型)；快照状态标识当前版本号是否是内存数据库中恢复的拓扑模型快照，每种数据源类型的快照版本中，最多只有一个快照是处于激活状态。
34.步骤3：从e文件中恢复在步骤1生成的关系库拓扑模型快照数据和图库拓扑模型快照数据，并将数据存储到内存数据库设备表中。
35.内存数据库设备表是在内存数据库中建立的主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表、配网变压器表、neo4j顶点信息表和neo4j边信息表；其中主网负荷是单节点设备表，主要包含节点号、设备id属性；配网开关、配网刀闸、配网馈线段和配网负荷；配网变压器是双节点设备，主要包含首端节点号、设备id、末端节点号属性；neo4j顶点信息表主要包含顶点id、所属标签属性，顶点id可以是设备id、节点号、首端节点号或末端节点号，所属标签是此顶点所属的设备表英文名称；neo4j边信息表包含源顶点id、目标顶点id和所属标签属性，其中源顶点id是配电网电气设备id，目标顶点id可以是节点号、首端节点号或末端节点号，所属标签是设备对应关系库中表的英文名称。
36.关系库拓扑模型快照恢复的过程为：根据内存数据库快照信息表中数据源类型为关系数据库类型的激活状态的快照版本号、最新版本号和外部输入版本号，将快照目录中取当前快照版本号目录下的拓扑模型快照文件，分别将配网刀闸e文件、配网馈线e文件、馈线段e文件、配网负荷e文件和配网变压器e文件恢复到内存数据库中的主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表和配网变压器表中。
37.获取内存数据库快照信息表中数据源类型为0(关系数据库类型)的激活状态的快照版本号、最新版本号和外部输入版本号具体包括：当快照恢复服务是用户调用时，优先恢复调用快照服务时输入的外部版本号，当没有输入外部版本号时，优先恢复数据源类型为0(关系数据库类型)的激活状态快照版本号，当激活快照版本号不存在时，则恢复数据源类型为0(关系数据库类型)的最新时间的版本号。
38.图库拓扑模型快照恢复的过程为：根据内存数据库快照信息表中数据源类型为图数据库类型的激活状态的快照版本号、最新版本号和外部输入版本号，将快照目录中以neo4j开头的拓扑模型快照文件，包含配网刀闸e文件、配网馈线e文件、馈线段e文件、配网负荷e文件、配网变压器e文件中的数据分别恢复到内存数据库中的neo4j边信息表中；其中，设备的e文件数据保存到嵌入式内存库中neo4j边信息表中，不同e文件中的数据存储在neo4j边信息表中的标签类型不同，标签类型取该e文件所属设备对应关系库中表的英文名称；
39.获取内存数据库快照信息表中数据源类型为图数据库类型的激活状态的快照版本号、最新版本号和外部输入版本号具体包括：当快照恢复服务是用户调用时，优先恢复调用快照服务时输入的外部版本号，当没有输入外部版本号时，优先恢复数据源类型为1(图数据库类型)的激活状态快照版本号，当激活快照版本号不存在时，则恢复数据源类型为1(图数据库类型)的最新时间的版本号。
40.步骤4：触发配电网模型校验服务。
41.如图2和图3所示，配电网模型校验的触发包括启动时默认调用配电网模型校验，或者作为服务被调用。本发明提供给外部调用的一个服务接口，用户通过调用该接口服务开始对图数据库拓扑模型进行校验。
42.如图2所示为服务启动阶段拓扑模型校验流程图，启动时默认调用配电网模型校验，没有携带快照版本号参数，直接进行后续拓扑模型查询与校验功能。
43.如图3所示为服务调用阶段拓扑模型校验流程图，在调用模型校验服务时，用户输
入快照版本号，需要校验内存数据库中存储的配电网拓扑模型版本，即从快照信息表中或者激活状态版本号中，与输入的快照版本号进行比较，版本号相同则校验成功，进行后续拓扑模型查询与校验功能；版本号不同则校验失败，需要先清除当前嵌入式内存库中存储的配电网拓扑模型，然后恢复调用服务时携带的快照版本的拓扑模型数据到内存数据库中。
44.步骤5：从内存数据库中查询关系库拓扑模型，解析关系库拓扑模型为原始图模型。
45.查询关系库拓扑模型包括，查询内存数据库中主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表和配网变压器表中的数据，将查询出的数据分别存储在不同list集合中。
46.解析关系库拓扑模型为原始图模型包括，将查询出的关系库拓扑模型中双节点设备的设备id及起始连接点号属性，拆分成图的两条边结构，将关系库拓扑模型中单节点设备数据中的设备id与连接点号数据，拆分成图的一条边结构；例如，双节点设备m，其设备id是115967690572562457，首端节点号是17197782，末端节点号是17031504，拆分为边a(源顶点为115967690572562457-目标顶点为17197782)，边b(源顶点为115967690572562457-目标顶点为17031504)；单节点设备n，其设备id是3800475135564083681，节点号是17036312，拆分为边c(源顶点为3800475135564083681-目标顶点为17036312)。
47.解析后的图边结构数据存放在map集合中，不同设备表解析后的图边数据存放在不同的map集合中；map集合的key是源顶点设备id,map集合的value是目标顶点组成的list集合，例如边a(源顶点为115967690572562457-目标顶点为17197782)，边b(源顶点为115967690572562457-目标顶点为17031504)，在map集合中的结构为《key是源顶点115967690572562457，value是目标顶点结合[17197782,17031504]》，将关系库拓扑模型解析后的存储在map集合中的边集合标识为原始图模型。
[0048]
步骤6：从内存数据库中查询出图库拓扑模型图数据库模型为目标图模型。
[0049]
从内存数据库中查询出图数据库模型是指查询内存数据库中neo4j边信息表中的数据，其中neo4j边信息表存储了所有设备标签的边数据，通过标签属性标识该边所属的设备类型，其查询出的数据结构由源顶点及目标顶点属性组成，源顶点是设备id，目标顶点是节点号；在查询的图库边数据时是根据标签类型查询数据的，标签类型是配电网设备表英文名，将不同类型标签的边存放在不同的map集合中，map集合的key是源顶点设备id，map集合的value是目标顶点组成的list集合，将图库拓扑模型查询出的存储在map集合中的边集合标识为目标图模型。
[0050]
步骤7：比对步骤5中关系库拓扑模型与步骤6中目标图模型数量。
[0051]
计算出步骤5中查询出的关系库拓扑模型，例如配网开关表list集合大小，list集合存储的是配网开关的所有设备；计算出步骤6中目标图模型数量，例如配网开关标签map集合key数量，map集合key存储的是配网开关所有的设备id；比对list集合大小与与map集合key的大小，依次校验主网负荷、配网开关、配网刀闸、配网馈线、馈线段、配网负荷、配网变压器设备数量。
[0052]
步骤8：比对步骤5中原始图模型与步骤6中目标图模型，分析出图库中缺失模型。
[0053]
对原始图模型与目标图模型求差集，具体是对原始图模型map集合key和目标图模型map集合key求差集，对相同key中的value集合求差集，分析出图库中缺失模型。
[0054]
步骤9：比对步骤5中原始图模型与步骤6中目标图模型，分析出图库中冗余模型。
[0055]
对目标图模型与原始图模型求差集，具体是对目标图模型map集合key和原始图模型map集合key求差集，对相同key中的value集合求差集，分析出图库中冗余模型。
[0056]
本发明所述图数据库中配电网拓扑模型的校验系统，包括：
[0057]
拓扑模型快照与恢复单元，用于将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中，通过快照恢复将所述关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；
[0058]
拓扑模型校验单元，用于将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型，将所述图库拓扑模型解析为目标图模型；比较所述原始图模型和所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验。
[0059]
拓扑模型快照与恢复单元用于将所述原始配电网拓扑模型数据作为快照并通过e语言描述为e文件，分别生成关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号，保存所述版本号至内存数据库的快照信息表中，从e文件中恢复所述关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型，将关系库拓扑模型和图库拓扑模型存储在内存数据库中。

技术特征：
1.一种图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)拓扑模型快照与恢复：将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中，通过快照恢复将所述关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；(2)拓扑模型校验：将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型，将所述图库拓扑模型解析为目标图模型；比较所述关系库拓扑模型与所述目标图模型的数量，比较所述原始图模型和所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验。2.根据权利要求1所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，步骤(1)所述的将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中包括，将所述原始配电网拓扑模型数据作为快照并通过e语言描述为e文件，分别生成关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号，保存所述版本号至内存数据库的快照信息表中，从e文件中恢复所述关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型，将关系库拓扑模型和图库拓扑模型存储在内存数据库中。3.根据权利要求2所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，步骤(2)所述拓扑模型校验在启动阶段默认调用或作为服务被调用；当步骤(2)所述拓扑模型校验在启动阶段默认调用时，输入快照版本号为空，执行步骤(2)的拓扑模型校验；当步骤(2)所述拓扑模型校验作为服务被调用时，用户输入快照版本号以校验特定版本的配电网拓扑模型，若内存数据库中存在用户输入的快照版本号，则执行步骤(2)的拓扑模型校验；若内存数据库中不存在用户输入的快照版本号，则清空内存数据库中的关系库拓扑模型和图库拓扑模型，导入用户输入的快照版本号，执行步骤(2)的拓扑模型校验。4.根据权利要求1所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，关系数据库中的原始配电网拓扑模型存储在配电网设备表中，所述配电网设备表包括主网负荷表、配网开关表、配网刀闸表、配网馈线表、馈线段表、配网负荷表和配网变压器表；图数据库中的原始配电网拓扑模型是基于设备标签进行分类存储的，依据关系库中配网设备表类型，在图数据库中建立的设备标签包括主网负荷标签、配网开关标签、配网刀闸标签、配网馈线标签、馈线段标签、配网负荷标签和配网变压器标签。5.根据权利要求1所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，步骤(2)所述将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型包括，查询内存数据库中的关系库拓扑模型，将双节点设备的设备id及起始连接点号属性拆分成图的两条边结构，将单节点设备数据中的设备id与连接点号属性拆分成图的一条边结构；关系库拓扑模型解析后的图边数据为原始图模型。6.根据权利要求1所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，步骤(2)所述将所述图库拓扑模型解析为目标图模型包括，查询内存数据库中的图库拓扑模型，所述图库拓扑模型中存储了所有设备标签的边数据，边数据由源顶点及目标顶点属性组成，源顶点是设备id，目标顶点是节点号；图库拓扑模型中查询出的图边数据为目标图模型。
7.根据权利要求5所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，将所述关系库拓扑模型解析后的图边数据存放在相应的map集合中，所述map集合的key是源顶点设备id，所述map集合的value是目标顶点组成的list集合。8.根据权利要求6所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验方法，其特征在于，将所述图库拓扑模型中查询出的图边数据存放在相应的map集合中，所述map集合的key是源顶点设备id，所述map集合的value是目标顶点组成的list集合。9.一种图数据库中配电网拓扑模型的校验系统，其特性在于，包括：拓扑模型快照与恢复单元，用于将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器e文件中，通过快照恢复将所述关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；拓扑模型校验单元，用于将所述关系库拓扑模型解析为原始图模型，将所述图库拓扑模型解析为目标图模型；比较所述原始图模型和所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验。10.根据权利要求9所述的图数据库中配电网拓扑模型的校验系统，其特性在于，所述拓扑模型快照与恢复单元用于将所述原始配电网拓扑模型数据作为快照并通过e语言描述为e文件，分别生成关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号，保存所述版本号至内存数据库的快照信息表中，从e文件中恢复所述关系数据库和图数据库的原始配电网拓扑模型快照版本号得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型，将关系库拓扑模型和图库拓扑模型存储在内存数据库中。

技术总结
本发明公开了一种图数据库中配电网拓扑模型的校验方法及系统，该方法首先将关系数据库和图数据库中的原始配电网拓扑模型数据分别作为快照存储在服务器E文件中，通过快照恢复将拓扑模型数据恢复到内存数据库中，得到关系库拓扑模型和图库拓扑模型；然后通过模型解析，比较所述关系库拓扑模型、原始图模型与所述目标图模型的数量，校验所述目标图模型的缺失或冗余，完成图数据库中配电网拓扑模型校验；本发明采用嵌入式内存数据库缓存拓扑模型，实现对配电网拓扑关系模型与图库模型数据快速校验；采用E文件快照及恢复方法，提升了拓扑模型校验的速度，使配电网拓扑分析结果具备更强的可信度。更强的可信度。更强的可信度。


技术研发人员：胡振洲 周福 陶定元 陈凯旋 何鸣一 吕非 张艳 宗伟康 王立旭 张名扬 孙保华 张玉林 张志浩 方俊
受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/28