本發(fā)明公開了一種煤礦高壓電網(wǎng)短路電流并行計算方法，屬于煤礦高壓供電網(wǎng)絡短路計算領域。

背景技術：

35kV以上的電力網(wǎng)中存在多個電源，屬于復雜閉式電網(wǎng)，短路計算較為復雜；而礦井高壓供電系統(tǒng)為6kV或10kV等級，兩個電源應采用分列運行方式，或者是一路使用一路備用，屬于單電源開式電網(wǎng)，其短路計算可采用比較簡單的絕對值法或相對值法。

針對礦井高壓供電系統(tǒng)完成自動短路計算需要首先獲取高壓供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構，依據(jù)獲取的網(wǎng)絡拓撲結構使用絕對值法或相對值法完成自動短路計算功能。當前，已有的基于關聯(lián)矩陣的礦井高壓供電系統(tǒng)自動短路計算方法主要是基于關聯(lián)矩陣完成連通性分析，獲得礦井高壓供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構，以此為基礎實現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動短路計算功能。該方法構建的拓撲分析模型結構清晰，擴展性強，能夠較好地實現(xiàn)礦井高壓電網(wǎng)自動短路計算功能；但在礦井高壓供電系統(tǒng)中節(jié)點數(shù)量較多，基于關聯(lián)矩陣完成礦井高壓電網(wǎng)自動短路計算時間復雜度較高，時間開銷大，為了能夠以較少的時間開銷基于關聯(lián)矩陣完成礦井高壓電網(wǎng)的自動短路計算，本發(fā)明提出了一種煤礦高壓電網(wǎng)短路電流并行計算方法，該方法基于礦井高壓供電系統(tǒng)結構特點，充分利用并行計算技術，實現(xiàn)煤礦高壓電網(wǎng)的短路電流并行計算。

本發(fā)明提出的一種煤礦高壓電網(wǎng)短路電流并行計算方法基于關聯(lián)矩陣和并行計算技術構造礦井高壓供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲模型，能夠很方便地完成礦井高壓供電系統(tǒng)供電網(wǎng)絡的拓撲辨識, 并以此為基礎實現(xiàn)并行短路計算功能，能夠有效降低短路計算的時間開銷。

技術實現(xiàn)要素：

依據(jù)每條支路節(jié)點直接控制的供電線路建立支路節(jié)點-供電線路鄰接表T；通過該鄰接表，可以依據(jù)相應的支路節(jié)點編號查詢到其直接控制的供電線路基本參數(shù)，包括供電線路長度、供電線路型號、單位電阻和單位電抗信息；并設置礦井高壓供電系統(tǒng)最大運行方式下的系統(tǒng)電抗和最小運行方式下的系統(tǒng)電抗；設置礦井高壓供電系統(tǒng)的電源支路節(jié)點，電源支路節(jié)點是指由上級供電部門直接供電的支路節(jié)點。

假定開關狀態(tài)為合閘的電源支路節(jié)點的數(shù)量有n個，以煤礦高壓供電系統(tǒng)電源支路節(jié)點為起點，將煤礦高壓供電系統(tǒng)支路節(jié)點分為n個集合，每個支路節(jié)點集合用 表示， ；具體步驟如下：

步驟1）、將煤礦高壓供電系統(tǒng)中所有開關狀態(tài)為合閘的電源支路節(jié)點加入到集合中，假定開關狀態(tài)為合閘的電源支路節(jié)點的數(shù)量有n個；從中取出一個電源支路節(jié)點，的數(shù)值設置為1，執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、該電源支路節(jié)點用表示，將加入到支路節(jié)點集合中，在煤礦高壓供電系統(tǒng)中查找由電源支路節(jié)點供電的所有開關狀態(tài)為合閘的支路節(jié)點，并將獲得的所有支路節(jié)點加入到集合中；

步驟3）、如果集合不為空，從集合中取出下一個電源支路節(jié)點，將的數(shù)值加1，執(zhí)行步驟2）；如果集合為空，則可獲得n個支路節(jié)點集合，每個支路節(jié)點集合用表示，對每個支路節(jié)點集合中的支路節(jié)點從序號1開始順序編號。

依據(jù)獲得的每個支路節(jié)點集合()，基于先到先服務的調度原則，分別對每個支路節(jié)點集合()基于關聯(lián)矩陣進行并行網(wǎng)絡拓撲分析，獲得每個支路節(jié)點集合對應的最終供電關聯(lián)矩陣()；在完成矩陣運算時，將矩陣元素與矩陣元素乘法運算定義為二進制與運算，將矩陣元素與矩陣元素的加法運算定義為二進制或運算；具體步驟如下：

步驟1）、將獲得的每個支路節(jié)點集合()加入數(shù)據(jù)調度任務隊列Q1中；按照先到先服務的原則，針對數(shù)據(jù)調度隊列Q1中的每個支路節(jié)點集合()，執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、判斷當前系統(tǒng)活動線程數(shù)是否達到最大線程設置數(shù)，若已達到，等待V秒后，重復執(zhí)行步驟2）；若未達到，則創(chuàng)建一個新的空閑線程，將之前取出的支路節(jié)點集合綁定在新建的空閑線程中，將此線程設置為繁忙線程，加入到繁忙線程隊列B1中，執(zhí)行步驟3）；

步驟3）、從繁忙線程隊列B1中，取出所述綁定支路節(jié)點集合的繁忙線程，執(zhí)行該繁忙線程；該線程依據(jù)獲得的支路節(jié)點集合基于關聯(lián)矩陣進行網(wǎng)絡拓撲分析，獲得相應的最終供電關聯(lián)矩陣()，線程執(zhí)行完畢后，釋放該繁忙線程；

在步驟3）中，依據(jù)獲得的支路節(jié)點集合獲得相應的最終供電關聯(lián)矩陣的具體執(zhí)行步驟如下：

步驟31）、支路節(jié)點集合中支路節(jié)點的數(shù)量用表示，依據(jù)支路節(jié)點集合中支路節(jié)點之間的供電關系生成支路節(jié)點和支路節(jié)點的直接供電關聯(lián)矩陣，則關聯(lián)矩陣為行列，關聯(lián)矩陣以支路節(jié)點順序號為行號，以支路節(jié)點順序號為列號；在關聯(lián)矩陣中，如果支路節(jié)點q由支路節(jié)點t直接供電，則在關聯(lián)矩陣中的第q行第t列的元素對應的值為1，否則為0；當q和t相等時，關聯(lián)矩陣中的第q行第t列的元素對應的值為1；

步驟32）、將矩陣和自身做矩陣乘法運算，得到一個新的矩陣，；

步驟33）、比較矩陣和矩陣是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，則將矩陣的數(shù)值賦予矩陣，重復執(zhí)行步驟32）；反之，則計算所得的矩陣即是支路節(jié)點與支路節(jié)點的最終供電關聯(lián)矩陣，矩陣為行列。

假定煤礦高壓供電系統(tǒng)中開關狀態(tài)為合閘的支路節(jié)點(包括電源支路節(jié)點)的數(shù)量有m個，依據(jù)獲得的所有供電關聯(lián)矩陣()生成整個高壓供電系統(tǒng)的最終供電關聯(lián)矩陣；在完成矩陣運算時，將矩陣元素與矩陣元素乘法運算定義為二進制與運算，將矩陣元素與矩陣元素的加法運算定義為二進制或運算；具體執(zhí)行步驟如下：

步驟1）、依據(jù)關聯(lián)矩陣()生成其對應的左側變換矩陣，變換矩陣為m行列；將變換矩陣中所有元素的數(shù)值設置為0；針對每個變換矩陣()執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、如果，則將變換矩陣中第行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；如果，則將變換矩陣中第（）行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；

步驟3）、依據(jù)關聯(lián)矩陣()生成其對應的右側變換矩陣，變換矩陣為行m列；將變換矩陣中所有元素的數(shù)值設置為0；針對每個變換矩陣執(zhí)行步驟4）；

步驟4）、如果，則將變換矩陣中第行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；如果，則將變換矩陣中第行第()列元素的數(shù)值設置為1，其中；

步驟5）、依據(jù)供電關聯(lián)矩陣、左側變換矩陣 和右側變換矩陣()生成整個高壓供電系統(tǒng)的最終供電關聯(lián)矩陣；最終供電關聯(lián)矩陣。

將煤礦高壓供電系統(tǒng)中開關狀態(tài)為合閘的m個支路節(jié)點加入到集合中。

依據(jù)獲得的支路節(jié)點集合，基于先到先服務的調度原則，基于關聯(lián)矩陣完成每個支路節(jié)點對應短路電流的并行計算；具體執(zhí)行步驟如下：

步驟1）、從支路節(jié)點集合中取出一個支路節(jié)點，執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、取出的支路節(jié)點用表示；將獲得的支路節(jié)點()放入數(shù)據(jù)調度任務隊列Q2中；

步驟3）、判斷當前活動線程數(shù)是否達到最大線程設置數(shù)，若已達到，等待V秒后，重復執(zhí)行步驟3）；若未達到，則創(chuàng)建一個新的空閑線程，將之前取出的支路節(jié)點綁定在新建的空閑線程中，將此線程設置為繁忙線程，加入到繁忙線程隊列B2中，執(zhí)行步驟4）；

步驟4）、從繁忙線程隊列B2中，取出所述綁定支路節(jié)點的繁忙線程，執(zhí)行該繁忙線程，該線程依據(jù)獲得的支路節(jié)點基于關聯(lián)矩陣計算其對應的短路電流；支路節(jié)點對應的短路電流計算完成后釋放其對應的繁忙線程；

步驟5）、如果支路節(jié)點集合不為空，則從支路節(jié)點集合中取出一個支路節(jié)點，執(zhí)行步驟2）；如果支路節(jié)點集合為空，則短路計算調度完成；

在步驟4）中，依據(jù)獲得的支路節(jié)點基于關聯(lián)矩陣計算其對應短路電流的具體執(zhí)行步驟如下：

步驟41）、當支路節(jié)點對應的線路末端發(fā)生短路時，因線路由支路節(jié)點直接控制，因此首先在最終供電關聯(lián)矩陣中找到支路節(jié)點對應的行，然后找到該行中數(shù)值為1的所有元素對應的列號，再依據(jù)獲得的列號找到對應的支路節(jié)點集合，是所有給線路供電的支路節(jié)點集合；如果集合中不存在電源支路節(jié)點，則說明線路沒有電源供電，不進行短路計算；如果集合中存在電源支路節(jié)點，則說明線路有電源供電，則執(zhí)行步驟42）；

步驟42）、在支路節(jié)點-供電線路鄰接表T中查詢集合中每個供電支路節(jié)點對應的供電線路信息；依據(jù)獲取的每條供電線路長度、單位電阻和單位電抗計算出每條線路的電阻和電抗，執(zhí)行步驟43）和44）；

步驟43）、根據(jù)每條線路的電阻，電抗和預先設置的最大運行方式下的系統(tǒng)電抗計算獲得最大運行方式下的總電阻 和總電抗，然后依據(jù)高壓供電系統(tǒng)短路點所在線路的平均電壓和總電阻、總電抗計算最大運行方式下的三相短路電流；

步驟44）、根據(jù)每條線路的電阻，電抗和預先設置的最小運行方式下的系統(tǒng)電抗計算獲得最小運行方式下的總電阻和總電抗，然后依據(jù)高壓供電系統(tǒng)短路點所在線路的平均電壓和總電阻、總電抗計算最小運行方式下的二相短路電流。

附圖說明

圖1是煤礦高壓供電系統(tǒng)圖。

具體實施方式

在附圖1所示的煤礦高壓供電系統(tǒng)圖中，用黑色填充的支路節(jié)點為分閘狀態(tài)，未填充的支路節(jié)點為合閘狀態(tài)；電源支路節(jié)點為X1，Y1，Z1；聯(lián)絡開關節(jié)點狀態(tài)均為分閘。

在附圖1所示的煤礦高壓供電系統(tǒng)圖中，電源支路節(jié)點的數(shù)量有3個，以煤礦高壓供電系統(tǒng)電源支路節(jié)點為起點，將煤礦高壓供電系統(tǒng)支路節(jié)點分為3個集合，每個支路節(jié)點集合用 表示，；將煤礦高壓供電系統(tǒng)中所有開關狀態(tài)為合閘的電源支路節(jié)點加入到集合中，；集合對應的支路節(jié)點集合分別為：，，；每個支路節(jié)點集合中支路節(jié)點編號如附圖1所示。

在附圖1所示的煤礦高壓供電系統(tǒng)圖中，依據(jù)獲得的每個支路節(jié)點集合()，基于先到先服務的調度原則，分別對每個支路節(jié)點集合()基于關聯(lián)矩陣進行并行網(wǎng)絡拓撲分析，獲得每個支路節(jié)點集合對應的最終供電關聯(lián)矩陣()；其中，，，，，，。

在附圖1所示的煤礦高壓供電系統(tǒng)圖中，煤礦高壓供電系統(tǒng)中開關狀態(tài)為合閘的支路節(jié)點(包括電源支路節(jié)點)的數(shù)量有26個，依據(jù)獲得的所有供電關聯(lián)矩陣()生成整個高壓供電系統(tǒng)的最終供電關聯(lián)矩陣；具體執(zhí)行步驟如下：

步驟1）、依據(jù)關聯(lián)矩陣()生成其對應的左側變換矩陣，變換矩陣為26行列；將變換矩陣中所有元素的數(shù)值設置為0； 其中，，；針對每個變換矩陣()執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、如果，則將變換矩陣中第行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；如果，則將變換矩陣中第（）行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；則，，；

步驟3）、依據(jù)關聯(lián)矩陣()生成其對應的右側變換矩陣，變換矩陣為行26列；將變換矩陣中所有元素的數(shù)值設置為0；針對每個變換矩陣執(zhí)行步驟4）；

步驟4）、如果，則將變換矩陣中第行第列元素的數(shù)值設置為1，其中；如果，則將變換矩陣中第行第()列元素的數(shù)值設置為1，其中；其中，

，，；

步驟5）、依據(jù)供電關聯(lián)矩陣、左側變換矩陣 和右側變換矩陣()生成整個高壓供電系統(tǒng)的最終供電關聯(lián)矩陣；最終供電關聯(lián)矩陣；則：。

在附圖1所示的煤礦高壓供電系統(tǒng)圖中，將26個支路節(jié)點（X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7，Y8，Y9，Y10，Z1，Z2，Z3，Z4，Z5，Z6，Z7，Z8）加入到集合中。

依據(jù)獲得的支路節(jié)點集合，基于先到先服務的調度原則，基于關聯(lián)矩陣完成每個支路節(jié)點對應短路電流的并行計算；具體執(zhí)行步驟如下：

步驟1）、從支路節(jié)點集合中取出一個支路節(jié)點，執(zhí)行步驟2）；

步驟2）、取出的支路節(jié)點用表示；將獲得的支路節(jié)點()放入數(shù)據(jù)調度任務隊列Q2中；

步驟3）、判斷當前活動線程數(shù)是否達到最大線程設置數(shù)，若已達到，等待V秒后，重復執(zhí)行步驟3）；若未達到，則創(chuàng)建一個新的空閑線程，將之前取出的支路節(jié)點綁定在新建的空閑線程中，將此線程設置為繁忙線程，加入到繁忙線程隊列B2中，執(zhí)行步驟4）；

步驟4）、從繁忙線程隊列B2中，取出所述綁定支路節(jié)點的繁忙線程，執(zhí)行該繁忙線程，該線程依據(jù)獲得的支路節(jié)點基于關聯(lián)矩陣計算其對應的短路電流；支路節(jié)點對應的短路電流計算完成后釋放其對應的繁忙線程；

步驟5）、如果支路節(jié)點集合不為空，則從支路節(jié)點集合中取出一個支路節(jié)點，執(zhí)行步驟2）；如果支路節(jié)點集合為空，則短路計算調度完成。