CN103049654B - 一种物质或能量的传输方向的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物质或能量的传输方向的判别方法，包括如下步骤：(1)建立物质或能量的传输方向的模型；(2)设定假设条件；对物质或能量的传输方向的判别先设定一些假设条件；(3)对物质或能量的传输方向进行判别；(4)将较复杂的网络分割成小网络，对各个小网络分别进行的传输方向的判别，本发明的有益效果在于：可以在较为简单的网络中不采用方向原件，对网络进行监视，甚至十分复杂的大型网络中，采用少数的方向原件，对整个网络联络线的物质或能量的方向进行判断的方法，对全系统的物质或能量进行较为准确的监视，故障的响应节约了时间。

Description

一种物质或能量的传输方向的判别方法

【技术领域】

本发明涉及一种方向的判别方法，尤其涉及一种物质或能量的传输方向的判别方法

【背景技术】

在现有生活中，物质或能量的传输包括热力，水力，电力，石油，天然气或煤气等任何可以采用介质或管道传输的物质或能量，一般物质或能量的传输网络较为复杂，要判定网络中物质或能量的传输方向非常困难，如果每个中间点都采用全套的测控装置，可能会造成很大的浪费，甚至测控装置的造价高于中间点的造价，同时有很多中间点无法安装全套测控设备。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中物质或能量的传输方向的判别很难而提出的一种物质或能量的传输方向的判别方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种物质或能量的传输方向的判别方法，包括如下步骤：

1建立物质或能量的传输方向的模型；

2设定假设条件；对物质或能量的传输方向的判别先设定一些假设条件；

3对物质或能量的传输方向进行判别；

4将较复杂的网络分割成小网络，对各个小网络分别进行的传输方向的判别；

所述步骤1中的模型为：

Y1、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Y2按顺序依次相连，Z2、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z22、Z23、Z24、Z25、Z26、Z27、Y4按顺序依次相连，Y3、Z16、Z15按顺序依次相连，Z5、Z20、Z21、Z22按顺序依次相连，Z25、Z28、Z29按顺序依次相连，Z6、Z9、Z10、Z12、Z13按顺序依次相连，Z10、Z11相连，Z1-Z29上各分别连有L1-L29；

Y1-Y4为4个源点，用于输出物质或能量，也能输入物质或能量；

Z1-Z29为中间点，中间点用于传输物质或能量，并在网络中消耗一部分物质或能量；

L1-L29为在中间点的流出的物质或者能量的总量，物质或能量输出有可能为正，也有可能为负数，因为物质或能量是负数的情况较少，在此只讨论为正数的情况，因此方向为已知；

(Y1-Z1)、(Z1-Z2)、(Z2-Z3)、(Z3-Z4)、(Z2-Z14)、(Z14-Z15)、(Z15-Z16)、(Z15-Z17)……(Z28-Z29)、(Y4-Z27)为源点和中间点的联络线，传输物质或者能量且无损失，或损失可忽略不计，联络线无方向性，编号时总是编号小的在前面，且源点写在中间点前面；

(Y1-Z1)’、(Z1-Z2)’、(Z2-Z3)’、(Z3-Z4)’、(Z2-Z14)’、(Z14-Z15)’、(Z15-Z16)’、(Z15-Z17)’……(Z28-Z29)’、(Y4-Z27)’为联络线所传输的物质或能量的数量，且有方向性；(Y1-Z1)’与(Z1-Y1)’大小在无故障点时相等，方向相反，无故障时可用(Z1-Y1)’＝-(Y1-Z1)’来表示。

进一步地，所述步骤2中的假设条件为：

(1)假设测控装置只能测量大小而无法检测方向；

(2)假设所有源点和中间点安装有能测量物质或能量大小的测量装置；

(3)假设中间点只有安装了能测量方向的元件而不是全部；

(4)假设源点可以安装全套测控设备，即(Y1-Z1)’物质或能量方向已知；

(5)假设系统中各个联络线传输物质或能量的大小已知，且中间点与联络线或源点与联络线接驳处都安装有物质或能量的大小测量装置；

(6)假设中间点消耗的物质或能量大小方向已知，即LX(为各个中间点流出的物质或能量)方向大小已知，并且大部分时候LX是流出的，本专利暂不考虑LX是流入的情况；

(7)假设(Z1-Z2)’，和-(Z2-Z1)’的意义是不同的，一个是1点发出的物质或能量，一个是2点接收的物质或能量；

(8)假设进行方向判断时联络线是无故障的，即各联络线无物质或能量流失，即(Z1-Z2)’，和-(Z2-Z1)’在进行方向判断时是相等的，当(Z1-Z2)’为正数时，表示物质或能量的传输方向是Z1到Z2，当-(Z2-Z1)’为负数时，表示物质或能量的传输方向是Z2到Z1；

(9)假设我们传输的是物质，能量的情况与物质相同，依据同理替换即可。

进一步地，所述步骤3具体为：我们已经知道每个源点的大小和方向，同时我们知道每个中间点流失物质的大小，我们也知道每个联络线的物质流量的大小，根据物质守恒定律(或基尔霍夫定律)，则我们不装方向元件也可以进行推算，推算出各个联络线的物质或能量流量的方向，这时我们只需要在所有系统中间点进行方向推算，就可以知道全系统的电流大小和方向，从而推断出故障位置点，及时做出响应；

所述推算出各个联络线的物质或能量流量的方向具体步骤为：

(1)由Y1点的方向和大小推算出Z1点的方向，由于(Y1-Z1)’方向大小已知，可以算出(Z1-Z2)’方向，根据(Y1-Z1)’＝(Z1-Z2)’+L1，再由(Z1-Z2)’大小已知，可以对(Z1-Z2)’方向进行判断；

(2)由Y2点的方向和大小推算出Z7点Z8点的方向(Y2-Z8)’的方向大小已知，可以推断出(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向，根据(Y2-Z8)’＝(Z8-Z7)’+L8，(Z8-Z7)’＝(Z7-Z6)’+L7，由于(Z8-Z7)’，(Z7-Z6)’大小已知，可以对(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向进行判断；

(3)由(Z6-Z9)’的方向和大小推算出Z9点Z10点Z11点Z12点Z13点的方向(Z6-Z9)支路是末端分支，因此物质或能量方向是从Z6点流出，Z9点流入，且大小是(Z6-Z9)分支所带负荷总和，即(Z6-Z9)’＝L9+L10+L11+L12+L13，方向分别是从Z6到Z9，从Z9到Z10，从Z10到Z11，从Z10到Z12，从Z12到Z13；

(4)由Y3点的方向和大小推算出Z16点的方向和大小，由(Y3-Z16)’方向大小已知，可以算出(Z16-Z15)’方向，根据(Y3-Z16)’＝(Z16-Z15)’+L16，再由(Z16-Z15)’大小已知，可以对(Z16-Z15)’方向进行判断；

(5)由Y4点的方向和大小推算出Z26点和Z27点的方向和大小(Y4-Z27)’的方向大小已知，可以推断出(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’方向，根据(Y4-Z27)’＝(Z27-Z26)’+L27，(Z27-Z26)’＝(Z26-Z25)’+L26，再由(Z27-Z26)’，(Z26-Z25)’大小已知，可以对(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’大小方向进行判断；

(6)由(L25-L28)物质或能量方向大小推算出Z28点Z29点的方向和大小，(Z25-Z28)支路是末端分支，因此电流方向是从Z25点流出，Z28点流入，且大小是(Z25-Z28)分支所带负荷总和，即(Z25-Z28)’＝L25+L28，方向分别是从Z25到Z28，从Z28到Z29；

(7)由所述步骤(2)和所述步骤(3)推算出Z6点的方向和大小，由(Z6-Z9)’、(Z7-Z6)’方向大小已知，可以算出(Z6-Z5)’方向，根据(Z7-Z6)’＝(Z6-Z9)’+(Z6-Z5)’+L6，再由(Z6-Z5)’大小已知，可以对(Z6-Z5)’大小方向进行判断；

(8)由所述步骤(5)和所述步骤(6)推算出Z23点Z24点Z25点的方向和大小，由(Z26-Z25)’、(Z25-Z28)’方向大小已知，可以算出(Z25-Z24)’方向，根据(Z26-Z25)’＝(Z25-Z28)’+(Z25-Z24)’+L25，再由(Z25-Z24)’大小已知，可以对(Z25-Z24)’大小方向进行判断，同理可知(Z24-Z23)’、(Z23-Z22)’大小方向；

(9)由所述步骤(1)和所述步骤(4)和所述步骤(7)和所述步骤(8)推算出Z2点Z5点Z15点Z22点的方向和大小，第(1)步已经推断出(Z1-Z2)’方向大小，由公式(Z1-Z2)’＝(Z2-Z3)’+(Z2-Z14)’+L2，其中(Z2-Z3)’、(Z2-Z14)’大小已知，L2方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(7)步已经推断出(Z6-Z5)’方向大小，由公式(Z6-Z5)’＝(Z5-Z4)’+(Z5-Z20)’+L5，其中(Z5-Z4)’、(Z5-Z20)’大小已知，L5方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(4)步已经推断出(Z6-Z15)’方向大小，由公式(Z16-Z15)’＝(Z15-Z14)’+(Z15-Z17)’+L15，其中(Z15-Z14)’、(Z15-Z17)’大小已知，L15方向大小已知，可以推断出(Z15-Z14)’和(Z15-Z17)’方向，第(8)步已经推断出(Z23-Z22)’方向大小，由公式(Z23-Z22)’＝(Z22-Z21)’+(Z22-Z19)’+L22，其中(Z22-Z19)’、(Z22-Z21)’大小已知，L22方向大小已知，可以推断出(Z22-Z19)’和(Z22-Z21)’方向；

(10)由所述步骤(9)推算出Z3点Z4点Z14点Z17点Z18点Z19点Z20点Z21点的方向和大小，已知(Z2-Z14)’方向大小可以根据公式(Z2-Z14)’＝(Z14-Z15)’+L14，推断出(Z14-Z15)’的方向，由(Z14-Z15)’和(Z16-Z15)’和L15的大小方向可以根据公式(Z14-Z15)’+(Z15-Z16)’＝(Z15-Z17)’+L15，推断出(Z15-Z17)’方向，由(Z15-Z17)’和L17的大小方向可以根据公式(Z15-Z17)’＝(Z17-Z18)’+L17，推断出(Z17-Z18)’方向，由(Z17-Z18)’和L17的大小方向可以根据公式(Z17-Z18)’＝(Z18-Z19)’+L18L，推断出(Z18-Z19)’方向，由(Z18-Z19)’和L19的大小方向可以根据公式(Z18-Z19)’＝(Z19-Z22)’+L19，推断出(Z19-Z22)’方向，由(Z22-Z21)’和L21的大小方向可以根据公式(Z22-Z21)’＝(Z21-Z20)’+L21，推断出(Z21-Z20)’方向，由(Z21-Z20)’和L20的大小方向可以根据公式(Z21-Z20)’＝(Z20-Z5)’+L20，推断出(Z20-Z5)’方向，由(Z2-Z3)’和L3的大小方向可以根据公式(Z2-Z3)’＝(Z3-Z4)’+L3，推断出(Z3-Z4)’方向，由(Z3-Z4)’和L4的大小方向可以根据公式(Z3-Z4)’＝(Z4-Z5)’+L4，推断出(Z4-Z5)’方向，至此全部点的物质流动方向推算完毕；

方向推算公式总结

由物质守恒定律或基尔霍夫定律可得如下公式：

2联络中间点A：(A-A1)’+(A-A2)’＝LA

3联络中间点B：(B-B1)’+(B-B2)’+(B-B3)’＝LB

4联络中间点C：(C-C1)’+(C-C2)’+(C-C3)’+(C-C4)’＝LC

●

●

●

N联络中间点X：(X-X1)’+(X-X2)’+(X-X3)’+……+(X-XN)’＝LX

X为所求方向中间点的编号，X1，X2，……，XN为与X的联络的各个点的编号；

计算求得的结果中，分为两组数据，个数分别为Y和Z，

那么Y+Z＝N

且Y≥1，Z≥1

且(X-XM)’+……+(X-XP)’＝(X-XN)’+……+(X-XQ)’+LX

即两组数据的和是相等的，其中M、N、P与Q属于1到N的任意一个数，

将两组只有大小的数据分为两组，两组数据的分别的和大小相等的算法，举例如下：

例如：

循环算法：

1)将联络线流量与中间点消耗物质量数据进行大小排列；

2)将与X中间点的所有联络线和该中间点损失的物质量大小相加，求得总和∑(X-XN)’+LX；

3)R＝[∑[(X-XN)’+LX]/2

4)剩下的数据根据可能性进行分组，如果是二联络有3种分组方法，三连络有10种分组方法，四连络有15种分组方法，五联络有41种分组方法，六联络有63种分组方法；

分组方法数量根据公式如下

当N为奇数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{(N-1)/2}$

当N为偶数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{\frac{N}{2}}$

5)将数据分组后一一计算两组数据分别的和，取出两组数据和均为R的分组方法，将数据分为两组；

6)算法结束

凡是可以将一组正数分为两组，且这两组数据的和大小相等的算法，都应当在本专利应用时的保护范围内，其中分成两组的数据在实际系统中的正负号是相反的，即正号代表流入中间点，负号代表流出中间点；其中LX永远是流出中间点的，即LX永远为负号，因此如果数据分组时与LX分为同一组的数据，都为流出中间点的；同理，未与LX分为同一组的数据均为正号，其中流量的大小为大于等于零的实数。

进一步地，所述步骤4中所述较复杂的网络可分割为包括一字型、T字型、十字型、五星型、六星型、七星型、八星型等基本图形网络，或两个或两个以上的基本图形网络组合而成的图形网络为组合图形网络；

进一步地，所述一字型：所有的中间点有两回联络线，许多两回联络线的中间点串联起来构成一字型基本网络，两个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述T字型：很多两回联络线的中间点之间连有一个三回联络线的中间点，三回联络线的中间点的第三个回路上也连有一定数量的两回路联络线的中间点或单回路联络线中间点或源点，三个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述十字型：很多两回路联络线的中间点之间有一个四回路联络线的中间点，四回路联络线的中间点的第三第四个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，四个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述五星型：很多两回路联络线的中间点之间有一个五回路联络线的中间点，五回路联络线的中间点的第三第四第五个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，五个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述六星型：很多两回路联络线的中间点之间有一个六回路联络线的中间点，六回路联络线的中间点的第三第四第五第六个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，六个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述六联络以上的图形同理可以确定七星型与八星型等；

其中二联络中间点采用公式：

(A-A1)’+(A-A2)’＝LA；

其中(A-A1)’和(A-A2)’和LA的大小是已知的，通过数据分组，两组数据分别之和的差为零，分组以后与LA相同组的为流出中间点的方向，与LA不同组的为流入中间点的方向；

N联络中间点采用公式：

(X-X1)’+(X-X2)’+(X-X3)’+……+(X-XN)’＝LX其中3≤N，

其中(X-X1)’和(X-X2)’和……(X-XN)’和LX的大小是已知的，通过数据分组，将(X-X1)’和(X-X2)’和……(X-XN)’和LX分为两组，两组数据分别之和的差为零，分组以后与LX相同组的为流出中间点的方向，与LX不同组的为流入中间点的方向；

判断中间点方向后，网络系统方向图的走向已经明晰。

本发明的有益效果在于：可以在较为简单的网络中不采用方向原件，对网络进行监视，甚至十分复杂的大型网络中，采用少数的方向原件，对整个网络联络线的物质或能量的方向进行判断的方法，对全系统的物质或能量进行较为准确的监视，故障的响应节约了时间。

【附图说明】

图1为本发明原理图结构示意图；

图2为本发明方向推导顺序图结构示意图；

图3为发明系统读数图结构示意图；

图4为本发明方向判断结果结构示意图；

图5为本发明一字型结构示意图；

图6为本发明T星型结构示意图；

图7为本发明十星型结构示意图；

图8为本发明五星型结构示意图；

图9为本发明六星型结构示意图；

图10为本发明较为复杂的系统结构示意图；

图11-18为本发明系统图10分解后的结果示意图；

图19为本发明较为复杂的又一系统结构示意图；

图20-23为本发明系统结构图19分解后的结果示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：

实例1

如图所示，一种物质或能量的传输方向的判别方法，包括如下步骤：

1建立物质或能量的传输方向的模型；

2设定假设条件；对物质或能量的传输方向的判别先设定一些假设条件；

3对物质或能量的传输方向进行判别；

4将较复杂的网络分割成小网络，对各个小网络分别进行的传输方向的判别；

所述步骤1中的模型为：Y1、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Y2按顺序依次相连，Z2、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z22、Z23、Z24、Z25、Z26、Z27、Y4按顺序依次相连，Y3、Z16、Z15按顺序依次相连，Z5、Z20、Z21、Z22按顺序依次相连，Z25、Z28、Z29按顺序依次相连，Z6、Z9、Z10、Z12、Z13按顺序依次相连，Z10、Z11相连，Z1-Z29上各分别连有L1-L29；

Y1-Y4为4个源点，用于输出物质或能量，也能输入物质或能量；

Z1-Z29为中间点，中间点用于传输物质或能量，并在网络中消耗一部分物质或能量；

L1-L29为在中间点的流出的物质或者能量的总量，物质或能量输出有可能为正，也有可能为负数，因为物质或能量是负数的情况较少，在此只讨论为正数的情况，因此方向为已知；

(Y1-Z1)、(Z1-Z2)、(Z2-Z3)、(Z3-Z4)、(Z2-Z14)、(Z14-Z15)、(Z15-Z16)、(Z15-Z17)……(Z28-Z29)、(Y4-Z27)为源点和中间点的联络线，传输物质或者能量且无损失，或损失可忽略不计，联络线无方向性，编号时总是编号小的在前面，且源点写在中间点前面；

(Y1-Z1)’、(Z1-Z2)’、(Z2-Z3)’、(Z3-Z4)’、(Z2-Z14)’、(Z14-Z15)’、(Z15-Z16)’、(Z15-Z17)’……(Z28-Z29)’、(Y4-Z27)’为联络线所传输的物质或能量的数量，且有方向性；(Y1-Z1)’与(Z1-Y1)’大小在无故障点时相等，方向相反，无故障时可用(Z1-Y1)’＝-(Y1-Z1)’来表示。

优选地，所述步骤2中的假设条件为：

(1)假设测控装置只能测量大小而无法检测方向；

(2)假设所有源点和中间点安装有能测量物质或能量大小的测量装置；

(3)假设中间点只有安装了能测量方向的元件而不是全部；

(4)假设源点可以安装全套测控设备，即(Y1-Z1)’物质或能量方向已知；

(5)假设系统中各个联络线传输物质或能量的大小已知，且中间点与联络线或源点与联络线接驳处都安装有物质或能量的大小测量装置；

(6)假设中间点消耗的物质或能量大小已知，即L(为各个中间点流出的物质或能量)已知，并且大部分时候L是流出的，本专利暂不考虑L是流入的情况；

(7)假设(Z1-Z2)’，和-(Z2-Z1)’的意义是不同的，一个是1点发出的物质或能量，一个是2点接收的物质或能量；

(8)假设进行方向判断时联络线是无故障的，即各联络线无物质或能量流失，即(Z1-Z2)’，和-(Z2-Z1)’在进行方向判断时是相等的，当(Z1-Z2)’为正数时，表示物质或能量的传输方向是Z1到Z2，当-(Z2-Z1)’为负数时，表示物质或能量的传输方向是Z2到Z1；

(9)假设我们传输的是物质，能量的情况与物质相同，依据同理替换即可。

优选地，所述步骤3具体为：我们已经知道每个源点的大小和方向，同时我们知道每个中间点流失物质的大小，我们也知道每个联络线的物质流量的大小，根据物质守恒定律(或基尔霍夫定律)，则我们不装方向元件也可以进行推算，推算出各个联络线的物质或能量流量的方向，这时我们只需要在所有系统中间点进行方向推算，就可以知道全系统的电流大小和方向，从而推断出故障位置点，及时做出响应；

所述推算出各个联络线的物质或能量流量的方向具体步骤为：

(1)由Y1点的方向和大小推算出Z1点的方向，由于(Y1-Z1)’方向大小已知，可以算出(Z1-Z2)’方向，根据(Y1-Z1)’＝(Z1-Z2)’+L1，再由(Z1-Z2)’大小已知，可以对(Z1-Z2)’方向进行判断；

(2)由Y2点的方向和大小推算出Z7点Z8点的方向(Y2-Z8)’的方向大小已知，可以推断出(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向，根据(Y2-Z8)’＝(Z8-Z7)’+L8，(Z8-Z7)’＝(Z7-Z6)’+L7，由于(Z8-Z7)’，(Z7-Z6)’大小已知，可以对(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向进行判断；

(3)由(Z6-Z9)’的方向和大小推算出Z9点Z10点Z11点Z12点Z13点的方向(Z6-Z9)支路是末端分支，因此物质或能量方向是从Z6点流出，Z9点流入，且大小是(Z6-Z9)分支所带负荷总和，即(Z6-Z9)’＝L9+L10+L11+L12+L13，方向分别是从Z6到Z9，从Z9到Z10，从Z10到Z11，从Z10到Z12，从Z12到Z13；

(4)由Y3点的方向和大小推算出Z16点的方向和大小，由(Y3-Z16)’方向大小已知，可以算出(Z16-Z15)’方向，根据(Y3-Z16)’＝(Z16-Z15)’+L16，再由(Z16-Z15)’大小已知，可以对(Z16-Z15)’方向进行判断；

(5)由Y4点的方向和大小推算出Z26点和Z27点的方向和大小(Y4-Z27)’的方向大小已知，可以推断出(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’方向，根据(Y4-Z27)’＝(Z27-Z26)’+L27，(Z27-Z26)’＝(Z26-Z25)’+L26，再由(Z27-Z26)’，(Z26-Z25)’大小已知，可以对(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’大小方向进行判断；

(6)由(L25-L28)物质或能量方向大小推算出Z28点Z29点的方向和大小，(Z25-Z28)支路是末端分支，因此电流方向是从Z25点流出，Z28点流入，且大小是(Z25-Z28)分支所带负荷总和，即(Z25-Z28)’＝L25+L28，方向分别是从Z25到Z28，从Z28到Z29；

(7)由所述步骤(2)和所述步骤(3)推算出Z6点的方向和大小，由(Z6-Z9)’、(Z7-Z6)’方向大小已知，可以算出(Z6-Z5)’方向，根据(Z7-Z6)’＝(Z6-Z9)’+(Z6-Z5)’+L6，再由(Z6-Z5)’大小已知，可以对(Z6-Z5)’大小方向进行判断；

(8)由所述步骤(5)和所述步骤(6)推算出Z23点Z24点Z25点的方向和大小，由(Z26-Z25)’、(Z25-Z28)’方向大小已知，可以算出(Z25-Z24)’方向，根据(Z26-Z25)’＝(Z25-Z28)’+(Z25-Z24)’+L25，再由(Z25-Z24)’大小已知，可以对(Z25-Z24)’大小方向进行判断，同理可知(Z24-Z23)’、(Z23-Z22)’大小方向；

(9)由所述步骤(1)和所述步骤(4)和所述步骤(7)和所述步骤(8)推算出Z2点Z5点Z15点Z22点的方向和大小，第(1)步已经推断出(Z1-Z2)’方向大小，由公式(Z1-Z2)’＝(Z2-Z3)’+(Z2-Z14)’+L2，其中(Z2-Z3)’、(Z2-Z14)’大小已知，L2方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(7)步已经推断出(Z6-Z5)’方向大小，由公式(Z6-Z5)’＝(Z5-Z4)’+(Z5-Z20)’+L5，其中(Z5-Z4)’、(Z5-Z20)’大小已知，L5方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(4)步已经推断出(Z6-Z15)’方向大小，由公式(Z16-Z15)’＝(Z15-Z14)’+(Z15-Z17)’+L15，其中(Z15-Z14)’、(Z15-Z17)’大小已知，L15方向大小已知，可以推断出(Z15-Z14)’和(Z15-Z17)’方向，第(8)步已经推断出(Z23-Z22)’方向大小，由公式(Z23-Z22)’＝(Z22-Z21)’+(Z22-Z19)’+L22，其中(Z22-Z19)’、(Z22-Z21)’大小已知，L22方向大小已知，可以推断出(Z22-Z19)’和(Z22-Z21)’方向；

(10)由所述步骤(9)推算出Z3点Z4点Z14点Z17点Z18点Z19点Z20点Z21点的方向和大小，已知(Z2-Z14)’方向大小可以根据公式(Z2-Z14)’＝(Z14-Z15)’+L14，推断出(Z14-Z15)’的方向，由(Z14-Z15)’和(Z16-Z15)’和L15的大小方向可以根据公式(Z14-Z15)’+(Z15-Z16)’＝(Z15-Z17)’+L15，推断出(Z15-Z17)’方向，由(Z15-Z17)’和L17的大小方向可以根据公式(Z15-Z17)’＝(Z17-Z18)’+L17，推断出(Z17-Z18)’方向，由(Z17-Z18)’和L17的大小方向可以根据公式(Z17-Z18)’＝(Z18-Z19)’+L18L，推断出(Z18-Z19)’方向，由(Z18-Z19)’和L19的大小方向可以根据公式(Z18-Z19)’＝(Z19-Z22)’+L19，推断出(Z19-Z22)’方向，由(Z22-Z21)’和L21的大小方向可以根据公式(Z22-Z21)’＝(Z21-Z20)’+L21，推断出(Z21-Z20)’方向，由(Z21-Z20)’和L20的大小方向可以根据公式(Z21-Z20)’＝(Z20-Z5)’+L20，推断出(Z20-Z5)’方向，由(Z2-Z3)’和L3的大小方向可以根据公式(Z2-Z3)’＝(Z3-Z4)’+L3，推断出(Z3-Z4)’方向，由(Z3-Z4)’和L4的大小方向可以根据公式(Z3-Z4)’＝(Z4-Z5)’+L4，推断出(Z4-Z5)’方向，至此全部点的物质流动方向推算完毕；

方向推算公式总结

由物质守恒定律或基尔霍夫定律可得如下公式：

2联络中间点A：(A-A1)’+(A-A2)’＝LA

3联络中间点B：(B-B1)’+(B-B2)’+(B-B3)’＝LB

4联络中间点C：(C-C1)’+(C-C2)’+(C-C3)’+(C-C4)’＝LC

●

●

●

N联络中间点X：(X-X1)’+(X-X2)’+(X-X3)’+……+(X-XN)’＝LX

X为所求方向中间点的编号，X1，X2，……，XN为与X的联络的各个点的编号；

计算求得的结果中，分为两组数据，个数分别为Y和Z，

那么Y+Z＝N

且Y≥1，Z≥1

且(X-XM)’+……+(X-XP)’＝(X-XN)’+……+(X-XQ)’+LX

即两组数据的和是相等的，其中M、N、P与Q属于1到N的任意一个数，

将两组只有大小的数据分为两组，两组数据的分别的和大小相等的算法，举例如下：

例如：

循环算法：

1)将联络线流量与中间点消耗物质量数据进行大小排列；

2)将与X中间点的所有联络线和该中间点损失的物质量大小相加，求得总和∑(X-XN)’+LX；

3)R＝[∑[(X-XN)’+LX]/2

4)剩下的数据根据可能性进行分组，如果是二联络有3种分组方法，三连络有10种分组方法，四连络有15种分组方法，五联络有41种分组方法，六联络有63种分组方法；

分组方法数量根据公式如下

当N为奇数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{(N-1)/2}$

当N为偶数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{\frac{N}{2}}$

5)将数据分组后一一计算两组数据分别的和，取出两组数据和均为R的分组方法，将数据分为两组；

6)算法结束

凡是可以将一组正数分为两组，且这两组数据的和大小相等的算法，都应当在本专利应用时的保护范围内，其中分成两组的数据在实际系统中的正负号是相反的，即正号代表流入中间点，负号代表流出中间点；其中LX永远是流出中间点的，即LX永远为负号，因此如果数据分组时与LX分为同一组的数据，都为流出中间点的，是负号；同理，未与LX分为同一组的数据均为正号，其中流量的大小为大于等于零的实数。

优选地，所述步骤4中所述较复杂的网络可分割为包括一字型、T字型、十字型、五星型、六星型、七星型、八星型等基本图形网络，或两个或两个以上的基本图形网络组合而成的图形网络为组合图形网络；

优选地，所述一字型：所有的中间点有两回联络线，许多两回联络线的中间点串联起来构成一字型基本网络，两个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述T字型：很多两回联络线的中间点之间连有一个三回联络线的中间点，三回联络线的中间点的第三个回路上也连有一定数量的两回路联络线的中间点或单回路联络线中间点或源点，三个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述十字型：很多两回路联络线的中间点之间有一个四回路联络线的中间点，四回路联络线的中间点的第三第四个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，四个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述五星型：很多两回路联络线的中间点之间有一个五回路联络线的中间点，五回路联络线的中间点的第三第四第五个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，五个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述六星型：很多两回路联络线的中间点之间有一个六回路联络线的中间点，六回路联络线的中间点的第三第四第五第六个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，六个端点的中间点有可能是单联络中间点，也有可能是源点；

所述六联络以上的图形同理可以确定七星型与八星型等；

如图11所示，一个较为复杂的网络图形，假设我们把中间点13和中间点33和中间点37加装方向元件，加装方向元件的中间点为名义源点，对图形进行拆分，拆分后的结果如图12所示；可以分为图12.1、图12.2、图12.3、图12.4、图12.5、图12.6、图12.7、图12.8等8个图形，其中图12.1为两个T字型的组合图形；图12.2-12.6为直线型；图12.7为T字型；这些图形都比较简单，中间点数量较图12少，计算量比较小，使得网络计算简单；如图13所示，一个较为复杂的网络图形，假设我们把中间点8和中间点19和中间点32加装方向元件，加装方向元件的中间点为名义源，对图形进行拆分，拆分后的结果如图14所示；可以分为图14.1、图14.2、图14.3、图14.4等4个图形，其中14.1为T字型的图形；14.2为十字型图形；14.3为五星型图形；14.4为十字型图形；这些图形都比较简单，中间点数量较图13少，计算量比较小，使得网络计算简单；由以上两种例子可以看出，方向元件假装在多联络中间点和二联络中间点都可以达到监视要求，因此摆放位置无特殊规定，哪里方便安装都可以进行装配，因为很多中间点不具备安装方向元件条件，用这个方法可以在有条件的中间点进行装配，并且只用在少数中间点安装方向元件即可，目标为把复杂的网络拆分成简单的基本图形或相对简单的组合图形；拆分成的小网络一般都是基本网络图形和组合网络图形；给组合网络图形起个定义，即两个基本网络图形组成的组合网络图形为二阶组合网络图形，三个基本网络图形组成的组合网络图形为三阶组合网络图形，同理可以定义出四阶组合网络图形和五阶组合网络图形，甚至高阶组合网络图形。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种物质或能量的传输方向的判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1建立物质或能量的传输方向的模型；

2设定假设条件；对物质或能量的传输方向的判别先设定一些假设条件；

3对物质或能量的传输方向进行判别；

4将较复杂的网络分割成小网络，对各个小网络分别进行的传输方向的判别；

所述步骤1中的模型为：

Y1、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Y2按顺序依次相连，Z2、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z22、Z23、Z24、Z25、Z26、Z27、Y4按顺序依次相连，Y3、Z16、Z15按顺序依次相连，Z5、Z20、Z21、Z22按顺序依次相连，Z25、Z28、Z29按顺序依次相连，Z6、Z9、Z10、Z12、Z13按顺序依次相连，Z10、Z11相连，Z1-Z29上各分别连有L1-L29；

Y1-Y4为4个源点，用于输出物质或能量，也能输入物质或能量；

Z1-Z29为中间点，中间点用于传输物质或能量，并在网络中消耗一部分物质或能量；

L1-L29为在中间点的流出的物质或者能量的总量，假设物质或能量输出为正，因此方向为已知；

(Y1-Z1)、(Z1-Z2)、(Z2-Z3)、(Z3-Z4)、(Z2-Z14)、(Z14-Z15)、(Z15-Z16)、(Z15-Z17)……(Z28-Z29)、(Y4-Z27)为源点和中间点的联络线，传输物质或者能量且无损失，或损失可忽略不计，联络线无方向性，编号时总是编号小的在前面，且源点写在中间点前面；

(Y1-Z1)’、(Z1-Z2)’、(Z2-Z3)’、(Z3-Z4)’、(Z2-Z14)’、(Z14-Z15)’、(Z15-Z16)’、(Z15-Z17)’……(Z28-Z29)’、(Y4-Z27)’为联络线所传输的物质或能量的数量，且有方向性；(Y1-Z1)’与(Z1-Y1)’大小在无故障点时相等，方向相反，无故障时可用(Z1-Y1)’＝-(Y1-Z1)’来表示。

2.根据权利要求1所述的物质或能量的传输方向的判别方法，其特征在于，所述步骤2中的假设条件为：

(1)假设测控装置只能测量大小而无法检测方向；

(2)假设所有源点和中间点安装有能测量物质或能量大小的测量装置；

(3)假设中间点只有安装了能测量方向的元件而不是全部；

(4)假设源点可以安装全套测控设备，即(Y1-Z1)’、(Y2-Z8)’、(Y3-Z16)’、(Y4-Z27)’物质或能量方向已知；

(5)假设系统中各个联络线传输物质或能量的大小已知，且中间点与联络线或源点与联络线接驳处都安装有物质或能量的大小测量装置；

(6)假设中间点消耗的物质或能量大小方向已知，即LX为各个中间点流出的物质或能量，大小方向已知，LX是流出的情况；

(7)假设(Z1-Z2)’，和-(Z2-Z1)’的意义是不同的，一个是1点发出的物质或能量，一个是2点接收的物质或能量；

(8)假设进行方向判断时联络线是无故障的，即各联络线无物质或能量流失，即(Z1-Z2)’和-(Z2-Z1)’在进行方向判断时是相等的，当(Z1-Z2)’为正数时，表示物质或能量的传输方向是Z1到Z2，当-(Z2-Z1)’为负数时，表示物质或能量的传输方向是Z2到Z1；

(9)假设传输的是物质，能量的情况与物质相同，依据同理替换即可。

3.根据权利要求2所述的物质或能量的传输方向的判别方法，其特征在于，所述步骤3具体为：已知每个源点的大小和方向，同时已知每个中间点流失物质的大小，已知每个联络线的物质流量的大小，根据物质守恒定律或基尔霍夫定律，则不装方向元件也可以进行推算，推算出各个联络线的物质或能量流量的方向，在所有系统中间点进行方向推算，就可以知道全系统的物质或能量的大小和方向，从而推断出故障位置点，及时做出响应；

推算出各个联络线的物质或能量流量的方向具体步骤为：

(1)由Y1点的方向和大小推算出Z1点的方向，由于(Y1-Z1)’方向大小已知，可以算出(Z1-Z2)’方向，根据(Y1-Z1)’＝(Z1-Z2)’+L1，再由(Z1-Z2)’大小已知，可以对(Z1-Z2)’方向进行判断；

(2)由Y2点的方向和大小推算出Z7点、Z8点的方向，(Y2-Z8)’的方向大小已知，可以推断出(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向，根据(Y2-Z8)’＝(Z8-Z7)’+L8，(Z8-Z7)’＝(Z7-Z6)’+L7，由于(Z8-Z7)’，(Z7-Z6)’大小已知，可以对(Z8-Z7)’、(Z7-Z6)’方向进行判断；

(3)由(Z6-Z9)’的方向和大小推算出Z9点、Z10点、Z11点、Z12点、Z13点的方向，(Z6-Z9)支路是末端分支，因此物质或能量方向是从Z6点流出，Z9点流入，且大小是(Z6-Z9)分支所带负荷总和，即(Z6-Z9)’＝L9+L10+L11+L12+L13，方向分别是从Z6到Z9，从Z9到Z10，从Z10到Z11，从Z10到Z12，从Z12到Z13；

(4)由Y3点的方向和大小推算出Z16点的方向和大小，由(Y3-Z16)’方向大小已知，可以算出(Z16-Z15)’方向，根据(Y3-Z16)’＝(Z16-Z15)’+L16，再由(Z16-Z15)’大小已知，可以对(Z16-Z15)’方向进行判断；

(5)由Y4点的方向和大小推算出Z26点和Z27点的方向和大小，(Y4-Z27)’的方向大小已知，可以推断出(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’方向，根据(Y4-Z27)’＝(Z27-Z26)’+L27，(Z27-Z26)’＝(Z26-Z25)’+L26，再由(Z27-Z26)’，(Z26-Z25)’大小已知，可以对(Z27-Z26)’、(Z26-Z25)’大小方向进行判断；

(6)由(L25-L28)物质或能量方向大小推算出Z28点Z29点的方向和大小，(Z25-Z28)支路是末端分支，因此电流方向是从Z25点流出，Z28点流入，且大小是(Z25-Z28)分支所带负荷总和，即(Z25-Z28)’＝L25+L28，方向分别是从Z25到Z28，从Z28到Z29；

(7)由所述步骤(2)和所述步骤(3)推算出Z6点的方向和大小，由(Z6-Z9)’、(Z7-Z6)’方向大小已知，可以算出(Z6-Z5)’方向，根据(Z7-Z6)’＝(Z6-Z9)’+(Z6-Z5)’+L6，再由(Z6-Z5)’大小已知，可以对(Z6-Z5)’大小方向进行判断；

(8)由所述步骤(5)和所述步骤(6)推算出Z23点、Z24点、Z25点的方向和大小，由(Z26-Z25)’、(Z25-Z28)’方向大小已知，可以算出(Z25-Z24)’方向，根据(Z26-Z25)’＝(Z25-Z28)’+(Z25-Z24)’+L25，再由(Z25-Z24)’大小已知，可以对(Z25-Z24)’大小方向进行判断，同理可知(Z24-Z23)’、(Z23-Z22)’大小方向；

(9)由所述步骤(1)和所述步骤(4)和所述步骤(7)和所述步骤(8)推算出Z2点、Z5点、Z15点、Z22点的方向和大小，第(1)步已经推断出(Z1-Z2)’方向大小，由公式(Z1-Z2)’＝(Z2-Z3)’+(Z2-Z14)’+L2，其中(Z2-Z3)’、(Z2-Z14)’大小已知，L2方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(7)步已经推断出(Z6-Z5)’方向大小，由公式(Z6-Z5)’＝(Z5-Z4)’+(Z5-Z20)’+L5，其中(Z5-Z4)’、(Z5-Z20)’大小已知，L5方向大小已知，可以推断出(Z2-Z3)’和(Z2-Z14)’方向，第(4)步已经推断出(Z6-Z15)’方向大小，由公式(Z16-Z15)’＝(Z15-Z14)’+(Z15-Z17)’+L15，其中(Z15-Z14)’、(Z15-Z17)’大小已知，L15方向大小已知，可以推断出(Z15-Z14)’和(Z15-Z17)’方向，第(8)步已经推断出(Z23-Z22)’方向大小，由公式(Z23-Z22)’＝(Z22-Z21)’+(Z22-Z19)’+L22，其中(Z22-Z19)’、(Z22-Z21)’大小已知，L22方向大小已知，可以推断出(Z22-Z19)’和(Z22-Z21)’方向；

(10)由所述步骤(9)推算出Z3点、Z4点、Z14点、Z17点、Z18点、Z19点、Z20点、Z21点的方向和大小，已知(Z2-Z14)’方向大小，可以根据公式(Z2-Z14)’＝(Z14-Z15)’+L14，推断出(Z14-Z15)’的方向，已知(Z14-Z15)’和(Z16-Z15)’和L15的大小方向，可以根据公式(Z14-Z15)’+(Z15-Z16)’＝(Z15-Z17)’+L15，推断出(Z15-Z17)’方向，已知(Z15-Z17)’和L17的大小方向，可以根据公式(Z15-Z17)’＝(Z17-Z18)’+L17，推断出(Z17-Z18)’方向，已知(Z17-Z18)’和L17的大小方向，可以根据公式(Z17-Z18)’＝(Z18-Z19)’+L18L，推断出(Z18-Z19)’方向，已知(Z18-Z19)’和L19的大小方向，可以根据公式(Z18-Z19)’＝(Z19-Z22)’+L19，推断出(Z19-Z22)’方向，已知(Z22-Z21)’和L21的大小方向，可以根据公式(Z22-Z21)’＝(Z21-Z20)’+L21，推断出(Z21-Z20)’方向，已知(Z21-Z20)’和L20的大小方向，可以根据公式(Z21-Z20)’＝(Z20-Z5)’+L20，推断出(Z20-Z5)’方向，已知(Z2-Z3)’和L3的大小方向，可以根据公式(Z2-Z3)’＝(Z3-Z4)’+L3，推断出(Z3-Z4)’方向，已知(Z3-Z4)’和L4的大小方向，可以根据公式(Z3-Z4)’＝(Z4-Z5)’+L4，推断出(Z4-Z5)’方向，至此全部点的物质流动方向推算完毕；

方向推算公式总结

由物质守恒定律或基尔霍夫定律可得如下公式：

2联络中间点A：(A-A1)’+(A-A2)’＝LA

3联络中间点B：(B-B1)’+(B-B2)’+(B-B3)’＝LB

4联络中间点C：(C-C1)’+(C-C2)’+(C-C3)’+(C-C4)’＝LC

·

·

·

N联络中间点X：(X-X1)’+(X-X2)’+(X-X3)’+……+(X-XN)’＝LX

X为所求方向中间点的编号，X1，X2，……，XN为与X的联络的各个点的编号；

计算求得的结果中，分为两组数据，个数分别为Y和Z，

那么Y+Z＝N

且Y≥1，Z≥1

且(X-XM)’+……+(X-XP)’＝(X-XN)’+……+(X-XQ)’+LX

即两组数据的和是相等的，其中M、N、P与Q属于1到N的任意一个数，将两组只有大小的数据分为两组且两组数据的和大小相等的算法，如下：

1)将联络线流量与中间点消耗物质量数据进行大小排列；

2)将与X中间点的所有联络线和该中间点损失的物质量大小相加，求得总和∑(X-XN)’+LX；

3)R＝[∑[(X-XN)’+LX]/2

4)剩下的数据根据可能性进行分组，二联络有3种分组方法，三连络有10种分组方法，四连络有15种分组方法，五联络有41种分组方法，六联络有63种分组方法；

分组方法数量根据公式如下

当N为奇数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{(N+1)/2}$

当N为偶数时 $S=C_{N+1}^1+C_{N+1}^2+......C_{N+1}^{\frac{N}{2}}$

5)将数据分组后一一计算两组数据的和，取出两组数据和均为R的分组方法，将数据分为两组；

6)算法结束；

凡是可以将一组正数分为两组，且这两组数据的和大小相等的算法，都可以用来进行分组，其中分成两组的数据在实际系统中的正负号是相反的，即正号代表流入中间点，负号代表流出中间点；其中LX永远是流出中间点的，即LX为负号，因此当数据分组时与LX分为同一组的数据，都为流出中间点的，是负号；同理，未与LX分为同一组的数据均为正号，其中流量的大小为大于等于零的实数。

4.根据权利要求1所述的物质或能量的传输方向的判别方法，其特征在于：所述步骤4中所述较复杂的网络可分割为包括一字型、T字型、十字型、五星型、六星型、七星型、八星型基本图形网络，或两个以上的基本图形网络组合而成的图形网络。

5.根据权利要求4所述的物质或能量的传输方向的判别方法，其特征在于：一字型：所有的中间点有两回联络线，两回联络线的中间点串联起来构成一字型基本网络，两个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

T字型：两回联络线的中间点之间连有一个三回联络线的中间点，三回联络线的中间点的第三个回路上也连有一定数量的两回路联络线的中间点或单回路联络线中间点或源点，三个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

十字型：两回路联络线的中间点之间有一个四回路联络线的中间点，四回线的中间点的第三个回路上也连有一定数量的两回路联络线的中间点或单回路联络线中间点或源点，三个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

十字型：两回路联络线的中间点之间有一个四回路联络线的中间点，四回路联络线的中间点的第三和第四个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，四个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

五星型：两回路联络线的中间点之间有一个五回路联络线的中间点，五回路联络线的中间点的第三、第四、第五个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，五个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

六星型：两回路联络线的中间点之间有一个六回路联络线的中间点，六回路联络线的中间点的第三、第四、第五、第六个联络线上也分别联有一定数量的两回路联络线的中间点，六个端点的中间点是单联络中间点或是源点；

六联络以上的图形可按所述六星型确定的方法确定七星型及八星型。