CN116760190B - 一种多线路互保的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路保护技术领域，具体涉及一种多线路互保的智能控制系统，包括存储器和处理器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如下步骤：将电路中每个设备作为节点，根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构；根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性确定每个用电设备的电路开关铺设必要性；根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图，进而确定最优分割结果；根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关控制器，判断是否控制电路开关控制器对电路进行切断。本发明能够获得效果较佳的电路开关设置方案。

Description

一种多线路互保的智能控制系统

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，具体涉及一种多线路互保的智能控制系统。

背景技术

在生活中每一套电路控制系统中均存在较多的设备相连接，当电路中某一设备发生故障时，与其相连接的其他较多设备可能会受到故障的干扰，进而出现连锁性的设备故障问题，从而产生一定的经济损失。因此，为了降低电路中故障设备对其他设备的影响，会在电路中设置多个电路开关控制器，以便在某个设备发生故障时，切断故障设备与其他设备之间的联系，减少经济损失。在电路中每个重要设备处均设置一个电路开关控制器，但是按照该方法进行设置的电路开关控制器的数量过多，则会产生较大的成本。在电路中按照设定的数量进行设置电路开关控制器，如果设定的数量较少，则无法有效的保护电路。因此，现有的电路开关控制器的铺设方法中电路开关控制器的设置的效果较差。

发明内容

为了解决现有的电路开关控制器的铺设方法中电路开关控制器的设置的效果较差的技术问题，本发明的目的在于提供一种多线路互保的智能控制系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明提供了一种多线路互保的智能控制系统，包括存储器和处理器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如下步骤：

将电路中每个设备作为节点，根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构；所述设备包括供电设备和用电设备；

根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性，确定每个用电设备的电路开关铺设必要性；

根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图；根据不同分割结果对应的电路子图中用电设备的电路开关铺设必要性，确定最优分割结果；

根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关控制器，根据每个用电设备的负载情况，判断是否控制电路开关控制器对电路进行切断。

优选地，所述根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性，确定每个用电设备的电路开关铺设必要性，具体包括：

获取电路中每个设备预设的重要程度指标；

对于任意一个用电设备，获取电路图结构中用电设备对应的节点到对应供电设备对应的节点的最短路径，将用电设备到所有对应的供电设备的最短路径的边的条数最小值的归一化值作为用电设备的特征路径长度；

根据用电设备的重要程度指标和特征路径长度得到用电设备的电路开关铺设必要性，所述重要程度指标和特征路径长度均与电路开关铺设必要性之间呈正相关关系。

优选地，所述根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图，具体包括：

对于任意一种预设的子图分类数量，对电路图结构进行图结构分割，获得子图分类数量对应的分割结果；所述分割结果包括电路图结构对应的子图分类数量个电路子图。

优选地，所述根据不同分割结果对应的电路子图中用电设备的电路开关铺设必要性，确定最优分割结果，具体包括：

对于任意一种子图分类数量对应的分割结果；获取该分割结果中每个电路子图中所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值，记为每个电路子图的必要性均值；将分割结果中所有电路子图的必要性均值的最大值，作为分割结果的特征必要性；

在所有分割结果中，将特征必要性大于预设的必要性阈值对应的分割结果作为特征分割结果，将最小的子图分类数量对应的特征分割结果作为最优分割结果。

优选地，所述根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关控制器具体为：

将最优分割结果中任意一个电路子图作为目标子图，在电路图结构中获取与目标子图中设备对应的节点存在边连接的其他电路子图，将目标子图与其存在边连接的任意一个其他电路子图进行边的连接，构成目标子图对应的预合并图结构；将目标子图对应的每个预合并图结构中的所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值的最小值，对应的预合并图结构作为目标子图的合并图结构；

在所有合并图结构中电路子图之间连接的边的位置处设置电路开关控制器。

优选地，所述根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构具体为：

将电路中存在连接关系的设备对应的节点用边连接，构建无向图结构模型，获得电路图结构。

优选地，所述根据每个用电设备的负载情况，判断是否控制电路开关控制器对电路进行切断，具体包括：

对于任意一个用电设备，获取该用电设备的实际功率的归一化值作为用电设备的负载程度；当用电设备的负载程度大于或等于预设的程度阈值时，控制距离该用电设备最近的电路开关控制器对电路进行切断；当用电设备的负载程度小于预设的程度阈值时，不对电路进行切断。

优选地，利用迪杰斯特拉算法获取每个用电设备到所有对应的供电设备的最短路径。

优选地，所述用电设备的电路开关铺设必要性的计算公式具体为：

其中，表示第i个用电设备的电路开关铺设必要性，/>表示第i个用电设备的重要程度指标，/>表示第i个用电设备到第u个供电设备的特征路径长度，exp()表示以自然常数e为底的指数函数。

优选地，所述程度阈值的取值为0.8。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明将电路结构中的设备作为节点，根据电路中设备之间的连接关系，将电路数据转化为图结构数据，能够更加清晰且简单的分析电路中设备的连接关系，进而构建不同位置处的供电设备到对应的用电设备位置处进行电路开关控制器的铺设的必要性指标，表征了在用电设备周围设置电路开关控制器的必要性大小。然后，为了使得设置的电路开关控制器的数量较为合适的同时能够有效保护电路，利用不同的子图分类数量对电路图结构进行分割，将原始的单个设备的电路开关控制器的设置问题转化为局部区域的电路开关控制器的设置问题，即能够有效减少电路开光控制器的设置数量；最后，利用最优分割结果的电路子图之间的连接关系设置电路开关控制器，能够获得效果较佳的电路开关设置方案，使得在满足控制要求的同时，尽可能的降低开关铺设成本，进而可以基于用电设备的负载情况准确判断是否需要控制电路开关控制器对电路进行切断，保证电路互保效率的同时，降低了互保成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例所提供的一种多线路互保的智能控制系统所执行的方法的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种多线路互保的智能控制系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种多线路互保的智能控制系统的具体方案。

实施例：

本发明实施例提出了一种多线路互保的智能控制系统，该系统以实现如图1所示的步骤，具体步骤如下：

步骤一，将电路中每个设备作为节点，根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构；所述设备包括供电设备和用电设备。

首先，通过将电路数据转换为图结构数据，便于后续针对电路中设备之间的连接关系进行高效分析。在本发明实施例中，以一间机房的电路组成为例进行说明，对机房的整个电路建立图结构模型。将电路中每个设备作为节点，根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构，即将电路中存在连接关系的设备对应的节点用边连接，构建无向图结构模型，获得电路图结构。

具体地，将机房的电路中每个设备均作为一个节点，若两个节点对应的两个设备在电路中存在线的连接关系，则将这两个节点之间建立边进行连接，构建无向图结构。在本实施例中，将节点之间边的权值设置为电路中对应位置电流的大小，实施者可根据具体实施场景进行设置。

需要说明的是，在本发明实施例中，电路中的设备包括供电设备和用电设备，其中，供电设备可以是电箱，用电设备可以是主机、电流传感器、温度传感器以及灯等。实施者可根据具体实施场景进行获取。

步骤二，根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性，确定每个用电设备的电路开关铺设必要性。

需要说明的是，若在电路结构中每个用电设备与其他设备的连接位置处，均设置一个电路开关控制器，则电路开关控制器铺设的数量较多，可能会导致铺设成本较高。若在电路结构中筛选一定数量的用电设备与其他设备的连接位置处，进行设置电路开关控制器，则筛选出的数量较小时，可能会导致设备故障时，切断该设备相关的电路开光控制器时无法有效的保护电路。

基于此，在电路中如何设置电路开光控制器，以及设置电路开关控制器的数量，是尤为重要的，在本实施例中，通过对每个设备的重要性进行分析，可以有助于获取到有效的需要保护的对象，进而再结合用电设备与供电设备之间的连接路径，综合分析每一个用电设备需要被保护的程度，进而可以基于其需要被保护的程度考虑是否需要铺设相应的电路开关控制器。

获取电路中每个设备预设的重要程度指标，即根据电路中每个设备的重要性大小设置一个数值，表征该设备在电路中的重要性程度，例如，在本实施例的场景为机房的电路结构，故机房的主机对应的重要性比机房的灯光的重要性高，而温度传感器的重要性比电流传感器的重要性高，基于此，将每个温度传感器的重要程度设置为10，将每个电流传感器的重要程度设置为2，将每个主机的重要程度设置为50，将每个灯的重要程度设置为5，将每个电箱的重要程度设置为50，为了方便后续对重要性进行量化分析，将每个设备的重要程度进行归一化处理，得到每个设备的重要程度指标，同时，实施者也可以根据具体实施场景对每个设备的重要程度进行设置。其中，在本实施例中，采用最大值最小值的方法对重要程度进行归一化处理，实施者也可根据具体实施场景选择其他归一化处理的方法。

对于任意一个用电设备，获取电路图结构中用电设备对应的节点到对应供电设备对应的节点的最短路径，将用电设备到所有对应的供电设备的最短路径的边的条数最小值的归一化值作为用电设备的特征路径长度。

具体地，以用电设备节点a和供电设备节点b为例进行说明，用电设备节点a到供电设备节点b之间具有最少的边的数量的路径，即为用电设备节点a到供电设备节点b的最短路径。进而，每个用电设备到每个供电设备的最短路径表征了用到设备到供电设备之间存在关联的设备数量，即用电设备节点a和供电设备节点b之间存在与用电设备节点a关联的设备数量。

在本实施例中，由于电路中的电流具有方向性，故需要按照电路图结构的所有节点以及节点之间的连接方式，构建有向图结构，在有向图结构中，将与电流方向相反的方向作为边权的方向，并且由于电流传播速度较快，故将有向图结构中所有边权值设置为1,进而利用迪杰斯特拉算法（Dijkstra）可以获取每个用电设备节点到对应供电设备的最短路径。其中，用电设备对应的供电设备指的是，供电设备对该用电设备存在供电行为。

由于某一小段电路发生故障，即某一设备发生故障时，如果切断该设备读研的供电，则势必会影响到与其关联的所有设备，因此，在对每个用电设备的电路开关铺设必要性进行分析时，如果与该用电设备存在关联关系的设备数量越多，则说明该用电设备的重要性越大，进而该用电设备产生故障时造成的风险越大，越需要在该用电设备旁设置电路开关控制器。

进一步的，为了使得电路开光控制器的设置效果更佳，本实施例基于每个用电设备到最近的供电设备的最短路径，对每个用电设备需要进行电路开关控制的设置的必要性大小进行表征。与供电设备关联的设备数量越多的用电设备的重要性越大，进而该用电设备对其供电设备的控制力应当越强。

根据用电设备的重要程度指标和特征路径长度得到用电设备的电路开关铺设必要性，所述重要程度指标和特征路径长度均与电路开关铺设必要性之间呈正相关关系。在本实施例中，以第i个用电设备为例进行说明，将第i个用电设备特征路径长度对应的供电设备记为第u个用电设备，则第i个用电设备的电路开关铺设必要性的计算公式可以表示为：

其中，表示第i个用电设备的电路开关铺设必要性，/>表示第i个用电设备的重要程度指标，/>表示第i个用电设备到第u个供电设备的特征路径长度，exp()表示以自然常数e为底的指数函数。

在本实施例中，由于用电设备的重要程度指标以及读研的特征路径长度为归一化后的数值，为了防止铺设必要性的取值为0，采用了指数函数的形式对二者的乘积进行正相关映射。的取值越大，说明第i个用电设备的重要性越大，/>的取值越大，说明第i个用电设备到第u个供电设备的最短路径之间，存在的设备数量越大，进而说明供电设备对重要电器设备的控制力就越弱，进而第i个用电设备产生故障后对其他设备产生的风险就越大，进而对应的电路开关铺设必要性的取值越大，说明在该用电设备附近设置电力开关控制器的必要性就越大。

步骤三，根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图；根据不同分割结果对应的电路子图中用电设备的电路开关铺设必要性，确定最优分割结果。

在获得每一个用电设备对应的电路开关铺设重要性后，可以基于电路开关铺设重要性表征供电设备对每个用电设备的预期控制程度，进而设置电路中的电力开关控制器，使得在满足设备之间预期的互保能力的同时，进行有效的电力开关控制器的铺设工作。在本实施例中，通过图分割的方式，将电路图结构分割为多个电路子图，进而在不同的分割结果中不同的电路子图之间的切割边位置处，对应的两个节点的设备之间设置电力开关控制器。基于此，需要对按照不同分割结果设置电力开关控制器的效果进行分析。

首先，对于任意一种预设的子图分类数量，对电路图结构进行图结构分割，获得子图分类数量对应的分割结果；所述分割结果包括电路图结构对应的子图分类数量个电路子图。具体地，利用谱聚类算法对电路图结构进行多次分割，可以获得不同子图分类数量个电路子图，子图分类数量的取值范围为[2,Q]，且子图分类数量的取值为正整数，在本实施例中，Q的取值为10，实施者可根据具体实施场景进行设置。

对于任意一种子图分类数量对应的分割结果；获取该分割结果中每个电路子图中所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值，记为每个电路子图的必要性均值；将分割结果中所有电路子图的必要性均值的最大值，作为分割结果的特征必要性；在所有分割结果中，将特征必要性大于预设的必要性阈值对应的分割结果作为特征分割结果，将最小的子图分类数量对应的特征分割结果作为最优分割结果。

需要说明的是，将子图分类数量记为N，对于任意一个子图分类数量N，利用谱聚类算法均可对电路图结构进行多次分割，获得多个分割结果，在确定最优分割结果时，不仅要保证被分割的子图分类数量较小，而且要保证设备的电路开关铺设必要性的取值较大，以实现电路开关控制器的数量较为适中，且能够满足电路中设备互保的预期。

将电路图结构分割为N个电路子图，可能存在多种分割结果，对于其中任意一种分割结果，将N个电路子图中任意一个电路子图记为选定子图，在选定子图中，获取所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值，得到选定子图的必要性均值，进而将该分割结果中所有N个电路子图的必要性均值的最大值作为该分割结果的特征必要性。最终，综合Q-1种子图分类数量对应的多种分割结果，将满足必要性阈值的分割结果作为特征分割结果，在本实施例中，必要性阈值的取值为5，实施者可根据具体实施场景进行设置。

最后，将最小的子图分类数量对应的特征分割结果作为最优分割结果，既满足了对电路子图的分割数量较小，又使得后续在铺设电路开关控制器时，能够有效建立电路控制系统，实现多线路的保护机制。

步骤四，根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关控制器，根据每个用电设备的负载情况，判断是否控制电路开关控制器对电路进行切断。

在最优分割结果中包含了多个电路子图，即最优分割结果中的电路子图表征了，在每个电路子图的局部范围内供电设备对应的电路开关铺设必要性是最大的，在最优分割结果中的每个电路子图之间存在连接关系的位置处铺设电路开光控制器的效果最好，即能够使得在电路开关控制器的数量最小的情况下，具有最佳的电路保护效果。

将最优分割结果中任意一个电路子图作为目标子图，在电路图结构中获取与目标子图中设备对应的节点存在边连接的其他电路子图，将目标子图与其存在边连接的任意一个其他电路子图进行边的连接，构成目标子图对应的预合并图结构。

具体地，将最优分割结果中的每个电路子图按照在电路图结构中的连接关系进行合并，即在电路图结构中只要存在两个电路子图中的节点存在边的连接关系，即将最优分割结果中的两个电路子图之间存在连接的节点用边连接，进而这两个电路子图就合并为了预合并图结构。

由于一个电路子图可能存在多个其他的电路子图存在边的连接关系，进而一个电路子图对应多个预合并图结构，故需要对所有的预合并图结构的电路开关铺设必要性程度进行分析。将目标子图对应的每个预合并图结构中的所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值的最小值，对应的预合并图结构作为目标子图的合并图结构；在所有合并图结构中电路子图之间连接的边的位置处设置电路开关控制器。

使得在保证在利用谱聚类分割电路图结构时，能够使用最低的子图分类数量的同时，保证符合每一个电路开关控制器对用电设备的预期控制值。实现在保证预期成本的同时，保证电路开关铺设的有效性。

最后，在电路开关控制器铺设完成后，可以根据电路中用电设备的实际使用情况，进行判断是否需要对对应的电路开关控制器切断处理。对于任意一个用电设备，获取该用电设备的实际功率的归一化值作为用电设备的负载程度；当用电设备的负载程度大于或等于预设的程度阈值时，控制距离该用电设备最近的电路开关控制器对电路进行切断；当用电设备的负载程度小于预设的程度阈值时，不对电路进行切断。在本实施例中，程度阈值的取值为0.8，实施者可根据具体实施场景进行设置。同时，对于用电设备的负载程度实施者也可以根据具体实施场景选择其他能够表征负载情况的指标进行计算。需要说明的是，供电设备的自身结构中均带有电路开关，在本实施例中，分析用电设备发生故障的情况。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多线路互保的智能控制系统，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如下步骤：

将电路中每个设备作为节点，根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构；所述设备包括供电设备和用电设备；

根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性，确定每个用电设备的电路开关铺设必要性；

根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图；根据不同分割结果对应的电路子图中用电设备的电路开关铺设必要性，确定最优分割结果；

根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关，根据每个用电设备的负载情况，判断是否控制电路开关对电路进行切断；

所述根据电路图结构中每个用电设备到供电设备的最短路径、以及电路中每个设备的重要性，确定每个用电设备的电路开关铺设必要性，具体包括：

获取电路中每个设备预设的重要程度指标；

对于任意一个用电设备，获取电路图结构中用电设备对应的节点到对应供电设备对应的节点的最短路径，将用电设备到所有对应的供电设备的最短路径的边的条数最小值的归一化值作为用电设备的特征路径长度；

根据用电设备的重要程度指标和特征路径长度得到用电设备的电路开关铺设必要性，所述重要程度指标和特征路径长度均与电路开关铺设必要性之间呈正相关关系；

所述用电设备的电路开关铺设必要性的计算公式具体为：

其中，表示第i个用电设备的电路开关铺设必要性，/>表示第i个用电设备的重要程度指标，/>表示第i个用电设备到第u个供电设备的特征路径长度，exp()表示以自然常数e为底的指数函数；

所述根据不同分割结果对应的电路子图中用电设备的电路开关铺设必要性，确定最优分割结果，具体包括：

对于任意一种子图分类数量对应的分割结果；获取该分割结果中每个电路子图中所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值，记为每个电路子图的必要性均值；将分割结果中所有电路子图的必要性均值的最大值，作为分割结果的特征必要性；

在所有分割结果中，将特征必要性大于预设的必要性阈值对应的分割结果作为特征分割结果，将最小的子图分类数量对应的特征分割结果作为最优分割结果。

2.根据权利要求1所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，所述根据预设的子图分类数量分别对电路图结构进行分割，获得不同分割结果对应的电路子图，具体包括：

对于任意一种预设的子图分类数量，对电路图结构进行图结构分割，获得子图分类数量对应的分割结果；所述分割结果包括电路图结构对应的子图分类数量个电路子图。

3.根据权利要求1所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，所述根据最优分割结果对应的电路子图之间的连接关系设置电路开关具体为：

将最优分割结果中任意一个电路子图作为目标子图，在电路图结构中获取与目标子图中设备对应的节点存在边连接的其他电路子图，将目标子图与其存在边连接的任意一个其他电路子图进行边的连接，构成目标子图对应的预合并图结构；将目标子图对应的每个预合并图结构中的所有用电设备的电路开关铺设必要性的均值的最小值，对应的预合并图结构作为目标子图的合并图结构；

在所有合并图结构中电路子图之间连接的边的位置处设置电路开关。

4.根据权利要求1所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，所述根据电路中每个设备之间的连接关系构建电路图结构具体为：

将电路中存在连接关系的设备对应的节点用边连接，构建无向图结构模型，获得电路图结构。

5.根据权利要求1所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，所述根据每个用电设备的负载情况，判断是否控制电路开关对电路进行切断，具体包括：

对于任意一个用电设备，获取该用电设备的实际功率的归一化值作为用电设备的负载程度；当用电设备的负载程度大于或等于预设的程度阈值时，控制距离该用电设备最近的电路开关对电路进行切断；当用电设备的负载程度小于预设的程度阈值时，不对电路进行切断。

6.根据权利要求1所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，利用迪杰斯特拉算法获取每个用电设备到所有对应的供电设备的最短路径。

7.根据权利要求5所述的一种多线路互保的智能控制系统，其特征在于，所述程度阈值的取值为0.8。