CN104915194A - 基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将编写好的公式代入相应的通道值，转换为普通的中缀表达式；第二步，将第一步转换好的普通中缀表达式转换为逆波兰表达式；第三步，转换好的逆波兰表达式求值。本发明的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器将逆波兰算法应用于电力系统故障数据分析软件，以实现高端用户对于电力故障数据的较复杂的分析需求。在普通中缀表达式转换为逆波兰表达式前加入了将用户编写的计算公式转换为普通中缀表达式步骤，以实现对通道运算的支持，同时简化中缀表达式，提高执行效率。

Description

基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器

技术领域

本技术发明涉及电力系统自动化微机继电保护领域和计算机软件技术应用领域。

背景技术

随着电力需求的不断增长，电力系统规模也日益庞大，日益复杂，其安全性也越来越显得重要。伴随着电力系统规模的不断发展，作为电力系统故障分析所必不可少的故障录波技术在电力系统发展过程中取得了长足的进步。

作为电力系统故障分析和保护动作判据的重要依据，电力系统故障录波数据能够记录下电力系统日常运行情况以及发生故障前后系统波形的变化，为研究故障发生的原因、规律和各种保护动作行为提供必要的数据支撑。录波产品提供的电力故障录波数据并不是一眼就能看懂的直观数据，而是按点分通道依据一定的顺序存储的二进制或ASCII码数据，所以需要借助电力故障数据分析软件进行分析，才能根据电力故障数据找出故障发生的原因。

现有电力故障数据的分析软件一般都能进行谐波分析、相/序量分析、阻抗分析、功率分析、功角分析、频率分析、差流分析、矢量图分析等基本分析，能满足用户的一般需求。但对于较高要求的用户，这些固定的分析功能则远难以满足，他们往往需要对相应的通道进行Freq (频率偏差) 、EFFV(有效值)、Dist(信号畸变)、Phase(相位差)、IMP_M(阻抗幅值)、IMP_P(阻抗相位)、P(有功功率)、Q(无功功率)、HARM_M(谐波幅值)、HARM_P(谐波相位)、Shift(相移)、正序、负序、零序、突变量运算或加、减、乘、除、Sum (求和) 、 Avg(求平均)、Abs(绝对值) 、Sin (正弦) 、Cos (余弦) 、Sqrt (开方)等算术运算甚至更复杂的混合运算才能获得自己想要的结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，将用户按照一定规则编写好的复杂的公式交由分析软件来执行并显示运算效果的一种有效算法。通过该算法，用户可以实现对指定通道及数据的复杂运算，以更好地对电力系统故障数据进行分析，得出自己想要的结果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将编写好的公式代入相应的通道值，转换为普通的中缀表达式；

第二步，将第一步转换好的普通中缀表达式转换为逆波兰表达式；

第三步，转换好的逆波兰表达式求值。

第一步中，从左到右扫描编写好的公式，如果发现Freq、EFFV、Dist、Phase、IMP_M、IMP_P、P、Q、HARM_M、HARM_P、Shift、正序、负序、零序、突变量运算符和Sum、 Avg、Abs、Sin、Cos或Sqrt，直接获取对应通道或数字，计算出相应值，将计算出的值替换掉公式中对应部分字符串，并继续对替换后的公式进行从左到右扫描直到结束，获得替换后的表达式即为普通中缀表达式。

第二步包括以下步骤：

2.1）首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则；

2.2）读入第一步中得到的中缀表达式；

2.3）从左至右扫描该中缀表达式，从第一个字符开始判断，如果当前字符是数字，则分析到数字串的结束并将该数字串直接输出；

2.4）如果当前字符不是数字，则当前字符是运算符，此时比较优先级关系；

2.5）重复步骤2.3）-2.4）直至扫描完整个中缀表达式，便将该中缀式转化为逆波兰表达式。

步骤2.4）中，比较优先级关系的步骤为：

将当前运算符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较；

若当前字符优先关系高于运算符栈顶的运算符，则将当前运算符入栈；

若当前字符优先关系低于运算符栈顶的运算符，则将栈顶的运算符从栈中弹出；

直到栈顶运算符的优先级低于当前运算符，将当前字符入栈。

第三步包括以下步骤：

将第二步转换得到的逆波兰表达式作为本步的计算表达式；

3.1）首先构造一个运算符栈；

3.2）从左向右扫描第二步转换得到的逆波兰表达式；

3.3）如果扫描的项目是操作数，则将其压入操作数堆栈，并扫描下一个项目；

3.4）如果扫描的项目是一个二元运算符，则对栈的顶上两个操作数执行该二元运算；

3.5）如果扫描的项目是一个一元运算符，则对栈的最顶上操作数执行该一元运算；

3.6）将步骤3.4）或3.5）的运算结果重新压入堆栈；

3.7）重复步骤3.2）-3.6），堆栈中即为结果值。

本发明所达到的有益效果：

本发明提供的公式编辑器基于算术逆波兰算法实现，将用户按照一定规则编写好的复杂的公式交由分析软件来执行并显示运算效果的一种有效算法。通过该算法，用户可以实现对指定通道及数据的复杂运算，以更好地对电力系统故障数据进行分析，得出自己想要的结果。

本发明对电力系统故障数据分析具有重大意义，可以让用户自己动手编写运算公式，以实现对通道进行包括Freq (频率偏差) 、EFFV(有效值)、Dist(信号畸变)、Phase(相位差)、IMP_M(阻抗幅值)、IMP_P(阻抗相位)、P(有功功率)、Q(无功功率)、HARM_M(谐波幅值)、HARM_P(谐波相位)、Shift(相移)、正序、负序、零序、突变量等通道运算或加、减、乘、除、Sum (求和) 、 Avg(求平均)、Abs(绝对值) 、Sin (正弦) 、Cos (余弦) 、Sqrt (开方)等算术运算以及混合运算。

附图说明

图1　编写好公式转换为中缀表达式流程；

图2　中缀表达式转换为逆波兰表达式流程图；

图3　逆波兰表达式求值流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

表达式一般由操作数(Operand)、运算符(Operator)组成，例如算术表达式中，通常把运算符放在两个操作数的中间，例如a+b，为中缀表达式。波兰数学家Jan Lukasiewicz提出了另一种数学表示法，它有两种表示形式：

把运算符写在操作数之前，称为波兰表达式(Polish Expression)或前缀表达式(Prefix Expression)，如+ab；

把运算符写在操作数之后，称为逆波兰表达式(Reverse Polish Expression)或后缀表达式(Suffix Expression)，如ab+。

本文中的公式编辑器执行分三步。

第一步，将编写好的公式代入相应的通道值，转换为普通的中缀表达式；第二步，将第一步转换好的普通中缀表达式转换为逆波兰表达式（后缀表达式）；第三步，转换好的逆波兰表达式求值。

第一步：将编写好的公式转换为普通的中缀表达式。

如图1，从左到右扫描编写好的公式，如果发现Freq (频率偏差) 、EFFV(有效值)、Dist(信号畸变)、Phase(相位差)、IMP_M(阻抗幅值)、IMP_P(阻抗相位)、P(有功功率)、Q(无功功率)、HARM_M(谐波幅值)、HARM_P(谐波相位)、Shift(相移)、正序、负序、零序、突变量运算符和Sum (求和) 、 Avg(求平均)、Abs(绝对值) 、Sin (正弦) 、Cos (余弦) 、Sqrt (开方)等，直接获取对应通道或数字，计算出相应值，将计算出的值替换掉公式中对应部分字符串，并继续对替换后的公式进行从左到右扫描直到结束，获得替换后的表达式即为第二步中需要的普通中缀表达式。

第二步：将普通的中缀表达式转换成后缀表达式，如图2所示：

1、首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则。

2、读入第一步中得到的中缀表达式。

3、从左至右扫描该中缀表达式，从第一个字符开始判断，如果该字符是数字，则分析到该数字串的结束并将该数字串直接输出。

4、如果不是数字，该字符则是运算符，此时需比较优先级关系，做法如下：

将该字符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较。如果该字符优先关系高于此运算符栈顶的运算符，则将该运算符入栈。倘若不是的话，则将栈顶的运算符从栈中弹出，直到栈顶运算符的优先级低于当前运算符，将该字符入栈。

5、重复上述操作3-4直至扫描完整个中缀表达式，确定所有字符都得到正确处理，便可以将该中缀式转化为逆波兰表达式（后缀表达式）。

第三步，逆波兰表达式求值。

如图3，将第二步转换得到的逆波兰表达式作为本步的计算表达式。

1、首先构造一个运算符栈。

2、从左向右扫描第二步转换得到的逆波兰表达式。

3、如果扫描的项目是操作数，则将其压入操作数堆栈，并扫描下一个项目。

4、如果扫描的项目是一个二元运算符，则对栈的顶上两个操作数执行二元运算符运算。

5、如果扫描的项目是一个一元运算符，则对栈的最顶上操作数执行该一元运算符运算。

6、将步骤4或5的运算结果重新压入堆栈。

7、重复步骤2-6，堆栈中即为结果值。

本发明的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器将逆波兰算法应用于电力系统故障数据分析软件，以实现高端用户对于电力故障数据的较复杂的分析需求。

逆波兰算法实现实行了三步分析法，即在普通中缀表达式转换为逆波兰表达式前加入了将用户编写的计算公式转换为普通中缀表达式步骤，以实现对通道运算的支持，同时简化中缀表达式，提高执行效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将编写好的公式代入相应的通道值，转换为普通的中缀表达式；

第二步，将第一步转换好的普通中缀表达式转换为逆波兰表达式；

第三步，转换好的逆波兰表达式求值。

2.根据权利要求1所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，第一步中，从左到右扫描编写好的公式，如果发现Freq、EFFV、Dist、Phase、IMP_M、IMP_P、P、Q、HARM_M、HARM_P、Shift、正序、负序、零序、突变量运算符和Sum、 Avg、Abs、Sin、Cos或Sqrt，直接获取对应通道或数字，计算出相应值，将计算出的值替换掉公式中对应部分字符串，并继续对替换后的公式进行从左到右扫描直到结束，获得替换后的表达式即为普通中缀表达式。

3.根据权利要求1或2所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，第二步包括以下步骤：

2.1）首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则；

2.2）读入第一步中得到的中缀表达式；

2.3）从左至右扫描该中缀表达式，从第一个字符开始判断，如果当前字符是数字，则分析到数字串的结束并将该数字串直接输出；

2.4）如果当前字符不是数字，则当前字符是运算符，此时比较优先级关系；

2.5）重复步骤2.3）-2.4）直至扫描完整个中缀表达式，便将该中缀式转化为逆波兰表达式。

4.根据权利要求3所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，步骤2.4）中，比较优先级关系的步骤为：

将当前运算符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较；

若当前字符优先关系高于运算符栈顶的运算符，则将当前运算符入栈；

若当前字符优先关系低于运算符栈顶的运算符，则将栈顶的运算符从栈中弹出；

直到栈顶运算符的优先级低于当前运算符，将当前字符入栈。

5.根据权利要求1或2所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，第三步包括以下步骤：

将第二步转换得到的逆波兰表达式作为本步的计算表达式；

3.1）首先构造一个运算符栈；

3.2）从左向右扫描第二步转换得到的逆波兰表达式；

3.3）如果扫描的项目是操作数，则将其压入操作数堆栈，并扫描下一个项目；

3.4）如果扫描的项目是一个二元运算符，则对栈的顶上两个操作数执行该二元运算；

3.5）如果扫描的项目是一个一元运算符，则对栈的最顶上操作数执行该一元运算；

3.6）将步骤3.4）或3.5）的运算结果重新压入堆栈；

3.7）重复步骤3.2）-3.6），堆栈中即为结果值。

6.根据权利要求3所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，第三步包括以下步骤：

将第二步转换得到的逆波兰表达式作为本步的计算表达式；

3.1）首先构造一个运算符栈；

3.2）从左向右扫描第二步转换得到的逆波兰表达式；

3.3）如果扫描的项目是操作数，则将其压入操作数堆栈，并扫描下一个项目；

3.4）如果扫描的项目是一个二元运算符，则对栈的顶上两个操作数执行该二元运算；

3.5）如果扫描的项目是一个一元运算符，则对栈的最顶上操作数执行该一元运算；

3.6）将步骤3.4）或3.5）的运算结果重新压入堆栈；

3.7）重复步骤3.2）-3.6），堆栈中即为结果值。

7.根据权利要求4所述的基于算术逆波兰算法的电力故障数据分析公式编辑器，其特征在于，第三步包括以下步骤：

将第二步转换得到的逆波兰表达式作为本步的计算表达式；

3.1）首先构造一个运算符栈；

3.2）从左向右扫描第二步转换得到的逆波兰表达式；

3.3）如果扫描的项目是操作数，则将其压入操作数堆栈，并扫描下一个项目；

3.4）如果扫描的项目是一个二元运算符，则对栈的顶上两个操作数执行该二元运算；

3.5）如果扫描的项目是一个一元运算符，则对栈的最顶上操作数执行该一元运算；

3.6）将步骤3.4）或3.5）的运算结果重新压入堆栈；

3.7）重复步骤3.2）-3.6），堆栈中即为结果值。