CN106526427B - 一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法 - Google Patents

一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法，包括如下步骤：针对支路节点集合DS中的每一个支路节点DSi基于关联矩阵E获取其短路电流计算所需的支路节点集合Pi；获取系统当前活动线程数A及系统允许建立的最大线程设置数B，则允许建立线程数m=B‑A，基于负载均衡技术将n个支路节点集合Pi分别加入到h个队列Qj中；创建h个新的空闲线程，将h个新的空闲线程加入到空闲线程队列QC中，针对每个队列Qj中保存的支路节点集合，完成每个支路节点对应短路电流的并行计算；本发明基于负载均衡技术构造煤矿高压电网的短路计算调度模型，使各个线程承受的负载相对均衡，能够有效提高并行短路计算调度效率。

Description

一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法
技术领域
本发明公开了一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法，属于煤矿高压供电网络短路计算领域。
背景技术
35kV以上的电力网中存在多个电源，属于复杂闭式电网，短路计算较为复杂；而矿井高压供电系统为6kV或10kV等级，两个电源应采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网，其短路计算可采用比较简单的绝对值法或相对值法。
当前，已有的基于关联矩阵的矿井高压供电系统自动短路计算方法主要是基于关联矩阵完成连通性分析，获得矿井高压供电系统的网络拓扑结构，以此为基础实现供电系统的自动短路计算功能。该方法构建的拓扑分析模型结构清晰，扩展性强，能够较好地实现矿井高压电网自动短路计算功能。
但在矿井高压供电系统中节点数量较多，基于关联矩阵完成矿井高压电网自动短路计算时间复杂度较高，时间开销大，为了能够以较少的时间开销基于关联矩阵完成矿井高压电网的自动短路计算，在文献“一种煤矿高压电网短路电流并行计算方法”中基于先到先服务的调度原则实现了煤矿高压短路电流的并行计算，在一定程度上降低了短路计算的时间开销；但在该文献中其以每一个支路节点短路电流计算为基本对象按照先到先服务的调度原则实现并行调度，而每一个支路节点短路电流计算过程所耗费时间并不相同，有的支路节点短路电流计算涉及的支路节点数量多，有的涉及的支路节点数量少，按照先到先服务原则可能会导致不同线程结束时间差异较大，造成调度效率下降；为了能够有效解决这一问题，本发明提出了一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法，该方法基于煤矿高压供电系统结构特点及当前系统允许建立的线程数量，充分利用负载均衡技术和并行计算技术，实现煤矿高压电网的短路电流并行计算。
本发明提出的一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法基于负载均衡和并行计算技术构造煤矿高压电网的短路计算调度模型，使每个线程在短路计算过程中处理的支路节点数量能够尽量相同，从而能够使各个线程依据支路节点编号查询其直接控制线路参数，以及计算对应线路阻抗的时间能够基本一致，使各个线程承受的负载相对均衡，有效提高并行短路计算调度效率。
发明内容
依据每条支路节点直接控制的供电线路建立支路节点-供电线路邻接表T；通过该邻接表，可以依据相应的支路节点编号查询到其直接控制的供电线路基本参数，包括供电线路长度、供电线路型号、单位电阻和单位电抗信息；并设置煤矿高压供电系统最大运行方式下的系统电抗和最小运行方式下的系统电抗；设置煤矿高压供电系统的电源支路节点，电源支路节点是指由上级供电部门直接供电的支路节点。
将煤矿高压供电系统中开关状态为合闸的支路节点加入到集合中，假定集合中包含个支路节点。
针对支路节点集合中的每一个支路节点基于关联矩阵获取其短路电流计算所需的支路节点集合，其中；具体执行步骤如下：
步骤1）、依据煤矿高压供电系统图支路节点之间的供电关系生成支路节点和支路节点的最终供电关联矩阵，关联矩阵以支路节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号；在关联矩阵中，如果支路节点由支路节点供电，且支路节点和支路节点对应的高压开关均处于合闸状态，则在关联矩阵中的第行第列的元素对应的值为1，否则为0；当和相等，并且支路节点对应的高压开关处于合闸状态时，关联矩阵中的第行第列的元素对应的值为1，否则为0；其中，，；
步骤2）、支路节点直接控制的线路为线路，当线路的线路末端发生短路时，因线路由支路节点直接控制，因此首先在最终供电关联矩阵中找到支路节点对应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的列号找到对应的支路节点集合，是所有给线路供电的支路节点集合；每一个支路节点集合中包含的支路节点个数用表示；所有集合中包含的支路节点总数。
获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数，基于负载均衡技术将n个支路节点集合分别加入到个队列中，其中，；具体执行步骤如下：
步骤1）、获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数；
步骤2）、平均每个线程可分摊支路节点数，按照每一个支路节点集合所包含的支路节点个数（）以从大到小的顺序对所有支路节点集合重新进行排序，按照从大到小的顺序将排序后的支路节点集合依次加入到队列中，的初始值设置为1，从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中；执行步骤3）；
步骤3）、从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，该集合用表示，该支路节点集合包含的支路节点个数用表示，假定在队列中保存的所有支路节点集合包含的支路节点总数用表示，如果，则将支路节点集合加入到队列中，执行步骤4）；如果，将支路节点集合加入到队列中，执行步骤4）；
步骤4）、如果队列中仍然有支路节点集合未被取出，执行步骤3）；如果队列中所有支路节点集合都已被取出，执行步骤5）；
步骤5）、如果队列不为空，则将的数值加1，将队列中的所有支路节点集合按照先进先出的顺序加入到队列中，从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中，执行步骤3）；如果队列为空，则将的值赋予，执行步骤6）；
步骤6）、如果，将的值赋予，删除队列，…，中包含的所有支路节点集合，，执行步骤2）；如果和相等，则n个支路节点集合被分别加入到个队列中，。
创建个新的空闲线程，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，针对每个队列中保存的支路节点集合，完成每个支路节点对应短路电流的并行计算，具体执行步骤如下：
步骤1）、创建个新的空闲线程，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，的初始值设置为1；
步骤2）、从空闲线程队列中取出一个空闲线程，将队列绑定在新建的空闲线程中，将此线程设置为繁忙线程，加入到繁忙线程队列B2中，执行步骤3）；
步骤3）、如果，将的数值加1，执行步骤2）；如果，执行步骤4）；
步骤4）、针对繁忙线程队列B2中的每一个繁忙线程，执行步骤5）；
步骤5）、取出所述绑定队列的繁忙线程，执行该繁忙线程，该线程针对队列中包含的每一个支路节点集合执行步骤6）；
步骤6）、该支路节点集合用表示，如果在集合中不存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路没有电源供电，不进行短路计算；如果集合中存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路有电源供电，则执行步骤7）；
步骤7）、在支路节点-供电线路邻接表T中查询集合中每个供电支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤8）和9）；
步骤8）、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的总电阻 和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；
步骤9）、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流。
附图说明
图1是煤矿高压供电系统图。
具体实施方式
在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，用黑色填充的支路节点为分闸状态，未填充的支路节点为合闸状态；电源支路节点为1和2；联络开关节点状态均为分闸。
在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，将煤矿高压供电系统中开关状态为合闸的支路节点加入到集合 中，集合中包含个支路节点，，。
在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，针对支路节点集合中的每一个支路节点基于关联矩阵获取其短路电流计算所需的支路节点集合，其中；具体执行步骤如下：
步骤1）、依据煤矿高压供电系统图支路节点之间的供电关系生成支路节点和支路节点的最终供电关联矩阵，则；
步骤2）、支路节点直接控制的线路为线路，当线路的线路末端发生短路时，因线路由支路节点直接控制，因此首先在最终供电关联矩阵中找到支路节点对应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的列号找到对应的支路节点集合，是所有给线路供电的支路节点集合；每一个支路节点集合中包含的支路节点个数用表示；所有集合中包含的支路节点总数；则，，，，，，，，，，，，，，，，。
获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数，在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，基于负载均衡技术将n个支路节点集合分别加入到个队列中，其中，；具体执行步骤如下：
步骤1）、获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数；假定计算得到的的数值为3；
步骤2）、平均每个线程可分摊支路节点数，，按照每一个支路节点集合所包含的支路节点个数（）以从大到小的顺序对所有支路节点集合重新进行排序，按照从大到小的顺序将排序后的支路节点集合依次加入到队列中，，位于队列的首部，位于队列的尾部，的初始值设置为1，从队列中按照先进先出的原则取出支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中；执行步骤3）；
步骤3）、从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，该集合用表示，该支路节点集合包含的支路节点个数用表示，假定在队列中保存的所有支路节点集合包含的支路节点总数用表示，如果，则将支路节点集合加入到队列中，执行步骤4）；如果，将支路节点集合加入到队列中，执行步骤4）；
步骤4）、如果队列中仍然有支路节点集合未被取出，执行步骤3）；如果队列中所有支路节点集合都已被取出，执行步骤5）；
步骤5）、如果队列不为空，则将的数值加1，将队列中的所有支路节点集合按照先进先出的顺序加入到队列中，从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中，执行步骤3）；如果队列为空，则将的值赋予，执行步骤6）；
步骤6）、如果，将的值赋予，删除队列，…，中包含的所有支路节点集合，，执行步骤2）；如果和相等，则n个支路节点集合被分别加入到个队列中，，则，，，。
创建个新的空闲线程，其中，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，针对每个队列中保存的支路节点集合，完成每个支路节点对应短路电流的并行计算，具体执行步骤如下：
步骤1）、创建个新的空闲线程，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，的初始值设置为1；
步骤2）、从空闲线程队列中取出一个空闲线程，将队列绑定在新建的空闲线程中，将此线程设置为繁忙线程，加入到繁忙线程队列B2中，执行步骤3）；
步骤3）、如果，将的数值加1，执行步骤2）；如果，执行步骤4）；
步骤4）、针对繁忙线程队列B2中的每一个繁忙线程，执行步骤5）；
步骤5）、取出所述绑定队列的繁忙线程，执行该繁忙线程，该线程针对队列中包含的每一个支路节点集合执行步骤6）；
步骤6）、该支路节点集合用表示，如果在集合中不存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路没有电源供电，不进行短路计算；如果集合中存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路有电源供电，则执行步骤7）；
步骤7）、在支路节点-供电线路邻接表T中查询集合中每个供电支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤8）和9）；
步骤8）、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的总电阻 和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；
步骤9）、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流。

Claims (2)

1.一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法，其特征在于，所描述的短路电流并行计算方法包括如下步骤：
步骤11、将煤矿高压供电系统中开关状态为合闸的支路节点加入到集合中，假定集合中包含个支路节点；
步骤12、针对支路节点集合中的每一个支路节点基于关联矩阵获取其短路电流计算所需的支路节点集合，其中；
步骤13、获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数，基于负载均衡技术将n个支路节点集合分别加入到个队列中，其中，；
步骤14、创建个新的空闲线程，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，针对每个队列中保存的支路节点集合，完成每个支路节点对应短路电流的并行计算；
在步骤12中，主要包括如下步骤：
步骤121、依据煤矿高压供电系统图支路节点之间的供电关系生成支路节点和支路节点的最终供电关联矩阵，关联矩阵以支路节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号；在关联矩阵中，如果支路节点由支路节点供电，且支路节点和支路节点对应的高压开关均处于合闸状态，则在关联矩阵中的第行第列的元素对应的值为1，否则为0；当和相等，并且支路节点对应的高压开关处于合闸状态时，关联矩阵中的第行第列的元素对应的值为1，否则为0；其中，，；
步骤122、支路节点直接控制的线路为线路，当线路的线路末端发生短路时，因线路由支路节点直接控制，因此首先在最终供电关联矩阵中找到支路节点对应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的列号找到对应的支路节点集合，是所有给线路供电的支路节点集合；每一个支路节点集合中包含的支路节点个数用表示；所有集合中包含的支路节点总数；
在步骤13中，主要包括如下步骤：
步骤131、获取系统当前活动线程数及系统允许建立的最大线程设置数，则允许建立线程数；
步骤132、平均每个线程可分摊支路节点数，按照每一个支路节点集合所包含的支路节点个数以从大到小的顺序对所有支路节点集合重新进行排序，按照从大到小的顺序将排序后的支路节点集合依次加入到队列中，其中，；的初始值设置为1，从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中；执行步骤133；
步骤133、从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，该集合用表示，该支路节点集合包含的支路节点个数用表示，假定在队列中保存的所有支路节点集合包含的支路节点总数用表示，如果，则将支路节点集合加入到队列中，执行步骤134；如果，将支路节点集合加入到队列中，执行步骤134；
步骤134、如果队列中仍然有支路节点集合未被取出，执行步骤133；如果队列中所有支路节点集合都已被取出，执行步骤135；
步骤135、如果队列不为空，则将的数值加1，将队列中的所有支路节点集合按照先进先出的顺序加入到队列中，从队列中按照先进先出的原则取出一个支路节点集合，将该支路节点集合加入到队列中，执行步骤133；如果队列为空，则将的值赋予，执行步骤136；
步骤136、如果，将的值赋予，删除队列，…，中包含的所有支路节点集合，，执行步骤132；如果和相等，则n个支路节点集合被分别加入到个队列中，。
2.根据权利要求1所述的一种基于负载均衡的煤矿高压电网短路电流并行计算方法，其特征在于，在步骤14中，主要进行如下步骤：
步骤21、创建个新的空闲线程，将个新的空闲线程加入到空闲线程队列中，的初始值设置为1；
步骤22、从空闲线程队列中取出一个空闲线程，将队列绑定在新建的空闲线程中，将此线程设置为繁忙线程，加入到繁忙线程队列B2中，执行步骤23；
步骤23、如果，将的数值加1，执行步骤22；如果，执行步骤24；
步骤24、针对繁忙线程队列B2中的每一个繁忙线程，执行步骤25；
步骤25、取出被绑定的队列的繁忙线程，执行该繁忙线程，该繁忙线程针对队列中包含的每一个支路节点集合执行步骤26；
步骤26、该支路节点集合用表示，如果在集合中不存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路没有电源供电，不进行短路计算；如果集合中存在电源支路节点，则说明该支路节点集合对应的线路有电源供电，则执行步骤27；
步骤27、在支路节点-供电线路邻接表T中查询集合中每个供电支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤28和29；
步骤28、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的总电阻 和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；
步骤29、根据每条线路的电阻，电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流。
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