DE112016000102B4 - Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers - Google Patents

Abstract

Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers, angewandt auf Eineinhalbunterbrecheranordnungen für eine Wechselstromanlage in einem Gleichstromsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:Schritt 1: Erstellen einer topologischen Matrix Tmatrix:Die topologische Matrix Tmatrixist eine Menge der Status aller Zellen zwischen zwei beliebigen Knoten in der Wechselstromanlage:Tmatrix=[a11a12⋯a1j⋯a1ka21a22⋯a2j⋯a2k⋮⋮⋮⋮ai1ai2⋯aij⋯aik⋮⋮⋮⋮ak1ak2⋯akj⋯akk]In Gleichung (1) stellt aijden Status der Zelle zwischen Knoten i und Knoten j dar, wobei aij= 1, falls die Zelle zwischen Knoten i und Knoten j geschlossen ist, und aij= 0, falls sie offen ist; indessen sind alle Hauptdiagonaleinträge der topologischen Matrix Tmatrix0 und k stellt die Anzahl der Knoten dar, wobei k ≥ i und k ≥ j gilt;Schritt 2: Erstellen einer Konnektivitätsmatrix Lmatrix:Lmatrix=∑x=1k(Tmatrix)xwobei die Einträge in der Konnektivitätsmatrix Lmatrix0 oder 1 sind; alle aus Gleichung (2) erhaltenen Einträge, die ungleich Null sind, sollen durch 1 ersetzt werden;Schritt 3: Erstellen einer Knoteneigenschaftsmatrix Pmatrix:Pmatrix=[b1⋱0bi0⋱bk]wobei die Knoteneigenschaftsmatrix Pmatrixeine Diagonalmatrix mit k Zeilen und k Spalten ist; in Gleichung (3) stellt bidie Eigenschaft des Knotens i dar, die als 0, X, Y oder Z definiert wird, falls der Knoten ein Wechselstrombus, ein Wandler, eine Wechselstromleitung bzw. ein Wechselstromfilter ist, wobei X, Y und Z beliebige Werte ungleich Null sind;Schritt 4: Erlangen einer Statusmatrix Smatrixdurch:Smatrix=((Lmatrix+Pmatrix)|Lmatrix)∗PmatrixSchritt 5: Durchführen der Bestimmung:Schritt 5 umfasst die folgenden Teilschritte:Schritt 51, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:Jede Zeile der Statusmatrix Smatrix, die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein,dann Ausführen von Schritt 52;Schritt 52: einzelnes Abschalten aller ursprünglich geschlossenen Zellen und erneutes Ausführen der Schritte 1 bis 4 für jede abgeschaltete Zelle, um eine neue Statusmatrix Smatrix', die der Zelle entspricht, zu erhalten;Schritt 53, wenn die folgende Bedingung nicht erfüllt ist:Jede Zeile der neuen Statusmatrix Smatrix', die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein,dann ist die Zelle, die der neuen Statusmatrix Smatrix'entspricht, ein letzter Unterbrecher.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Hochspannungsgleichstrom-Übertragung, insbesondere ein Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers.
• Hintergrund der Erfindung
• In der Gleichstromtechnik wird in den vorhandenen Programmen zur Bestimmung des letzten Unterbrechers ein enumerativer Algorithmus verwendet, durch den alle Zustände des letzten Unterbrechers in einer spezifischen Wechselstromanlage manuell aufgezählt werden, und für jeden Zustand wird jeweils ein Programm bezüglich des Ein/Aus-Status und der AOI-Logik geschrieben.
• Es ist unmöglich, ein einheitliches Kriterium zur Bestimmung des letzten Unterbrechers in dem oben genannten Algorithmus, der hauptsächlich auf manueller Aufzählung beruht, zu finden. Somit gibt es Unsicherheitsfaktoren, beispielsweise Fehleinschätzungen, Abhängigkeit von Erfahrungen und individuelle Abweichungen, die zu einer Gleichstromblockierung führen können. Außerdem gibt es für n Schalter 2ⁿ Kombinationen des Ein/Aus-Status, was das Programm mit Dutzenden oder Hunderten von Zuständen kompliziert und fehleranfällig macht. Wenn die Struktur der Wechselstromanlage verändert wird, nimmt die Modifizierung des Programms viel Zeit in Anspruch, wodurch die unverzügliche Wiederherstellung der Stromversorgung erschwert wird. Wegen der oben genannten Mängel muss das Programm auf der Grundlage der tatsächlichen Bedingungen eines Projekts individuell erstellt werden. Es ist schwierig, ein gemeinsames Programm für zwei getrennte Projekte zu schreiben, selbst wenn diese für dieselbe Plattform vorgesehen sind, was zu Wartungs- und Anwendungsproblemen führt.
• CN 102 185 278 A offenbart ein konventionelles Verfahren zum Schutz einer Ultrahochspannungs-Gleichstrom-Übertragungswandlerstation, wobei ein Matrixverfahren angeben wird, bei dem eine topologische Matrix und eine Knoteneigenschaftsmatrix erstellt werden.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen nichtenumerativen Universalalgorithmus bereit, bei dem die logische Beziehung jedes Schalters in einer Wechselstromanlage in die Matrizenmodellierung eingebunden ist. Dadurch kann das Programm eine automatische Bestimmung auf der Grundlage eines einheitlichen Kriteriums durchführen, wobei eine manuelle Aufzählung aller Zustände des letzten Unterbrechers unnötig ist.
• Die gleiche Logik des Universalalgorithmus kann in unterschiedlichen Gleichstromtechnikprojekten verwendet werden und bietet eine Reihe von Vorteilen. So kostet beispielsweise bei einer Veränderung der Struktur der Wechselstromanlage die Modifizierung des Programms weniger Zeit und Mühe und die Wartung ist einfach.
• Kurzdarstellung der Erfindung
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers bereitzustellen, das die Mängel des enumerativen Algorithmus, wie beispielsweise Komplexität und zeitaufwändige Modifizierung, beseitigt. Das Matrixverfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise kostet die Modifizierung des Programms weniger Zeit und Mühe, ist die Wartung einfach und kann die Stromversorgung unverzüglich wiederhergestellt werden.
• Die oben genannte Aufgabe wird durch die folgende technische Lösung gelöst.
• Ein Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers, angewandt auf Eineinhalbunterbrecheranordnungen für eine Wechselstromanlage in einem Gleichstromsystem, schließt die folgenden Schritte ein:
• Schritt 1: Erstellen einer topologischen Matrix T^matrix
• Die topologische Matrix T^matrix ist eine Menge der Status aller Zellen zwischen zwei beliebigen Knoten in der Wechselstromanlage. In dieser Anwendung bezieht sich eine Zelle auf eine Einheit, die einen Unterbrecher und zwei Trennschalter umfasst, wobei die beiden Trennschalter jeweils auf jeder Seite des Unterbrechers angeordnet sind: $$T^{matrix}=\left[\begin{array}{llllll}{a}_{11}\hfill & a_{12}\hfill & \cdots \hfill & a_{1j}\hfill & \cdots \hfill & a_{1k}\hfill \\ a_{21}\hfill & a_{22}\hfill & \cdots \hfill & a_{2j}\hfill & \cdots \hfill & a_{2k}\hfill \\ ⋮\hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill \\ a_{i1}\hfill & a_{i2}\hfill & \cdots \hfill & a_{ij}\hfill & \cdots \hfill & a_{ik}\hfill \\ ⋮\hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill \\ a_{k1}\hfill & a_{k2}\hfill & \cdots \hfill & a_{kj}\hfill & \cdots \hfill & a_{kk}\hfill \end{array}\right]$$

  
• In Gleichung (1) stellt a_ij den Status der Zelle zwischen Knoten i und Knoten j dar, wobei a_ij = 1, falls sie geschlossen ist, und a_ij = 0, falls sie offen ist. Indessen sind alle Hauptdiagonaleinträge von T^matrix gleich Null und k stellt die Anzahl der Knoten dar, wobei k ≥ i und k ≥ j gilt.
• Schritt 2: Erstellen einer Konnektivitätsmatrix L^matrix
$$L^{matrix}={\displaystyle {\sum }_{x=1}^k{\left(T^{matrix}\right)}^x}$$

• Alle Einträge der Konnektivitätsmatrix L^matrix sollen 0 oder 1 sein. Somit sollen alle aus Gleichung (2) erhaltenen Einträge, die ungleich Null sind, durch 1 ersetzt werden.
• Schritt 3: Erstellen einer Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix
$$P^{matrix}=\left[\begin{array}{lllll}{b}_1\hfill & \hfill & \hfill & \hfill & \hfill \\ \hfill & \ddots \hfill & \hfill & \hfill & 0\hfill \\ \hfill & \hfill & b_i\hfill & \hfill & \hfill \\ \hfill & 0\hfill & \hfill & \ddots \hfill & \hfill \\ \hfill & \hfill & \hfill & \hfill & b_k\hfill \end{array}\right]$$

• Die Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix ist eine Diagonalmatrix mit k Zeilen und k Spalten. In Gleichung (3) stellt b_i die Eigenschaft des Knotens i dar, die als 0 definiert wird, falls der Knoten ein Wechselstrombus ist, und X für einen Wandler, Y für eine Wechselstromleitung und Z für ein Wechselstromfilter, wobei X, Y und Z beliebige Werte ungleich Null sind.
• Schritt 4: Erlangen einer Statusmatrix S^matrix durch:
$$S^{matrix}=\left(\left(L^{matrix}+P^{matrix}\right)|L^{matrix}\right)\ast P^{matrix}$$

• Schritt 5: Durchführen der Bestimmung
• Schritt 5 umfasst die folgenden Teilschritte:
• Schritt 51, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
  • Jede Zeile der Statusmatrix S^matrix, die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein,
  dann Ausführen von Schritt 52;
• Schritt 52: einzelnes Abschalten aller ursprünglich geschlossenen Zellen und erneutes Ausführen der Schritte 1 bis 4 für jede abgeschaltete Zelle, um eine neue Statusmatrix S^matrix', die der Zelle entspricht, zu erhalten (Falls es beispielsweise vier ursprünglich geschlossene Zellen gibt, soll Schritt 52 viermal ausgeführt werden, um vier S^matrix' zu erhalten, wobei jedes Mal eine der vier Zellen abgeschaltet werden soll, während die restlichen noch geschlossen sind.);
• Schritt 53, wenn die folgende Bedingung nicht erfüllt ist:
  • Jede Zeile der neuen Statusmatrix S^matrix', die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein,
  • dann ist die offene Zelle, die der neuen Statusmatrix S^matrix' entspricht, ein letzter Unterbrecher.
• Die vorliegende Erfindung hat eine Matrizenmodellierung für eine Wechselstromanlage bereitgestellt und topologische Merkmale und physische Bedeutungen der Matrizen dargelegt. Die Logik des letzten Unterbrechers wird durch die topologischen Merkmale der Wechselstromanlage bestimmt und es ist notwendig, ein mathematisches Modell mit allen Einzelheiten der Wechselstromanlage zu erstellen, um eine automatische Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers zu erreichen. Auf der Grundlage der topologischen Merkmale der Wechselstromanlage werden eine topologische Matrix T^matrix, eine Konnektivitätsmatrix L^matrix und eine Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix erstellt, und dann wird eine Statusmatrix S^matrix durch Matrizenrechnung erhalten. Die Statusmatrix schließt drei Arten von Informationen ein, d. h., die Wechselstromanlagentopologie, die Konnektivität und die Eigenschaft der Knoten.
• Die topologische Matrix T^matrix ist eine symmetrische Matrix, in der alle Hauptdiagonaleinträge gleich Null sind, und die Einträge spiegeln direkte Verbindungen aller zwei Knoten wider. Die k-te Potenz der Matrix T^matrix, d. h., (T^matrix)^k, ist als eine k-te Verbindungsmatrix definiert und die Einträge spiegeln indirekte Verbindungen aller zwei Knoten wider, die durch k Zellen verbunden sind. Die Konnektivitätsmatrix L^matrix ist als die Summe der Verbindungsmatrizen (von der 1-ten Verbindungsmatrix bis zur k-ten Verbindungsmatrix) definiert, unter Einbeziehung von Informationen aller Pfade zwischen allen zwei Knoten. Die Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix ist eine Diagonalmatrix, deren Hauptdiagonaleinträge die Eigenschaft jedes Knoten darstellen, angeordnet in der gleichen Reihenfolge wie die topologische Matrix.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein einheitliches Kriterium zur Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers bereit, wobei die Bestimmung für jede Zeile durchgeführt wurde. Wenn es einen Eintrag gleich X in einer bestimmten Zeile gibt, aber ohne einen Eintrag gleich Y oder Z in derselben Zeile, weist das darauf hin, dass ein Wandler deblockiert ist ohne einen verfügbaren Wechselstromausgang oder ein verfügbares Wechselstromfilter, was ein Merkmal des letzten Unterbrechers ist. Das einheitliche Kriterium erlaubt uns die Verwendung einer einzigen Logik zur Bestimmung von drei unterschiedlichen Zuständen des letzten Unterbrechers, d. h., letzter Unterbrecher des Wandlers, letzter Unterbrecher der Wechselstromfilterbank und letzter Unterbrecher der letzten Leitung.
• Die vorliegende Erfindung ist vielseitig und ihre Logik kann in verschiedenen Gleichstromsystemen verwendet werden. Die Matrizenmodellierung ist erweiterbar, was ermöglicht, dass Wechselstromanlagen mit verschiedenen Topologien alle in ähnliche mathematische Modelle umgewandelt werden können. Das einheitliche Kriterium des Algorithmus auf der Grundlage der Eigenschaft des letzten Unterbrechers kann auf Wechselstromanlagen mit verschiedenen Topologien angewandt werden. Wenn es also auf ein anderes Gleichstromsystem angewandt wird, müssen wir einfach nur die externen Schnittstellen des Algorithmus modifizieren, ohne die Logik zu modifizieren.
• Die vorliegende Erfindung hat die Mängel des enumerativen Algorithmus, wie beispielsweise Abhängigkeit von subjektiver Beurteilung, Kompliziertheit und Fehleranfälligkeit und zeitaufwändige Modifizierung, beseitigt. Die vorliegende Erfindung hat die automatische Bestimmung auf der Grundlage eines einzigen einheitlichen Kriteriums erreicht, was eine bequeme und Zeit sparende Modifizierung, einfache Wartung und leichte Bedienbarkeit ergibt.
• Im Vergleich zum Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
1. (1) Eine automatische Bestimmung auf der Grundlage eines einheitlichen Kriteriums ist erreicht. Diese ist unabhängig von subjektiven Einschätzungen und Erfahrungen, wodurch die Zuverlässigkeit des Algorithmus erheblich verbessert wird.
2. (2) Die Matrizenmodellierung und das einheitliche Kriterium können für unterschiedliche Wechselstromanlagentopologien verwendet werden und der Universalalgorithmus kann in unterschiedlichen Gleichstromsystemen verwendet werden, was günstig für die praktische Anwendung und den technischen Austausch ist.
3. (3) Der Universalalgorithmus, der eine klare Logik aufweist, hat Mängel des enumerativen Algorithmus, wie beispielsweise Kompliziertheit und Fehleranfälligkeit und zeitaufwändige Modifizierung, beseitigt. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine bequeme und Zeit sparende Modifizierung und eine einfache Wartung aus, was eine unverzügliche Wiederherstellung der Stromversorgung ermöglicht.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine Eineinhalbunterbrecheranordnung.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Matrixverfahrens zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers.
• 3 zeigt eine andere Eineinhalbunterbrecheranordnung, wobei die Zellen 5012, 5021 und 5023 abgeschaltet sind, während die restlichen eingeschaltet sind.
• 4 zeigt die Schaltung von 3, aber die Zelle 5032 ist abgeschaltet, so dass der Strompfad zweigeteilt ist und nur zwei Gerätearten in jeden Teil einbezogen sind, was dazu führt, dass der Wandler stromlos und der Pfad unterbrochen ist.
• 5 zeigt die Schaltung von 3, aber die Zelle 5022 ist abgeschaltet, was keine Strompfadunterbrechungen verursacht, wodurch drei Gerätearten in dem Pfad verbleiben.
• Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
• Die unten stehende ausführliche Beschreibung der Zeichnungen und der Ausführungsformen macht weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung leichter verständlich.
• Die Wechselstromanlagentopologie eines Gleichstromsystems ist üblicherweise eine Eineinhalbunterbrecheranordnung, wobei die Anzahl der Knoten k größer als die Anzahl der Zellen n ist (d. h., k>n). Die folgenden Matrizen sind alle in k Zeilen und k Spalten beschrieben und jede Zeile oder Spalte mit der gleichen Zahl stellt die gleichen physischen Bedeutungen in unterschiedlichen Matrizen dar.
• Topologische Matrix der Wechselstromanlage: T^matrix
• Die Logik des letzten Unterbrechers ist jeweils eine andere in unterschiedlichen Wechselstromanlagentopologien, also soll ein Universalalgorithmus die Topologie der Wechselstromanlage vollständig widerspiegeln. Falls in der Struktur einer topologischen Matrix T^matrix jede Zeile der Matrix und die entsprechende Spalte (mit der gleichen Zahl) einen Knoten in der Anlage darstellen, stellen die Kreuzungspunkte, d. h., die Einträge der Matrix, die direkte Verbindung aller zwei Knoten dar. Ein Eintrag soll 1 sein, falls die beiden Knoten, die dem Eintrag entsprechen, direkt verbunden sind, oder anderenfalls 0. Die Wechselstromanlagentopologie eines Gleichstromsystems ist üblicherweise eine Eineinhalbunterbrecheranordnung. Direkt verbunden zwischen den Bussen und den Knoten sind Zellen (einschließlich Trennschaltern auf beiden Seiten jedes Unterbrechers). Daher sind im Falle einer geschlossenen Zelle die beiden entsprechenden Knoten direkt verbunden und der entsprechende Eintrag in der Matrix soll 1 sein oder anderenfalls 0. Eine auf der Grundlage der oben genannten Schritte erstellte topologische Matrix T^matrix kann so vereinfacht werden, dass eine symmetrische Matrix entsteht, in der alle Hauptdiagonaleinträge 0 sind, indem die Reihenfolge der Knoten in der Matrix umgestaltet wird.
• Wie in 1 gezeigt, ist zwischen Bus I und Knoten A ein Unterbrecher 1, zwischen Knoten A und Knoten B ein Unterbrecher 2 und zwischen Knoten B und Bus II ein Unterbrecher 3 geschaltet. Dann soll eine topologische Matrix T^matrix wie folgt sein: $$\begin{array}{ccccc}& \text{Bus I}& \text{Bus II}& \text{A}& \text{B}\\ T^{matrix}=& [\begin{array}{c}0\\ 0\\ \text{Breaker}1\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ \text{Breaker}3\end{array}& \begin{array}{c}\text{Breaker}1\\ 0\\ 0\\ \text{Breaker}2\end{array}& \begin{array}{c}0\\ \text{Breaker}3\\ \text{Breaker}2\\ 0\end{array}]\end{array}$$

  
• Konnektivitätsmatrix: L^matrix
• Eine direkte oder indirekte Verbindung zwischen Geräten, die an zwei beliebigen Knoten angeordnet sind, wird durch Schalten der Zellen hergestellt. Daher soll der Algorithmus Konnektivitätsinformationen aller Knoten einbeziehen. Zwei beliebige Knoten, die mit derselben Zelle verbunden sind, können durch Schließen der Zelle direkt miteinander verbunden werden. Dagegen können zwei beliebige Knoten, die nicht mit derselben Zelle verbunden sind, nur eine indirekte Verbindung erreichen, indem eine Mehrzahl von Zellen geschlossen wird, um einen Pfad zu bilden, und es könnte mehr als einen Pfad für eine solche indirekte Verbindung geben. Somit besteht die Lösung in der Identifizierung aller Zellen in jedem Pfad und des Status dieser Zellen.
• In dem vorhandenen enumerativen Algorithmus werden alle Pfade für eine indirekte Verbindung durch manuelle Aufzählung identifiziert, und dann wird ein Algorithmus geschrieben, der alle Zellen in jedem Pfad zum Zwecke der Bestimmung ihres Status einbezieht. In dem Universalalgorithmus der vorliegenden Erfindung wird eine Konnektivitätsmatrix L^matrix zur Identifizierung aller Pfade zwischen zwei beliebigen Knoten und Identifizierung aller Zellen in jedem Pfad erstellt.
• Die Konnektivitätsmatrix L^matrix ist als die Summe aller Verbindungsmatrizen (von der 1-ten Verbindungsmatrix bis zur k-ten Verbindungsmatrix) definiert. Jeder Eintrag in der k-ten Verbindungsmatrix, der die Verbindung aller zwei Knoten widerspiegelt, die durch k Zellen verbunden sind, soll 1 sein, falls die beiden Knoten verbunden sind, und 0 sein, falls sie getrennt sind.
• In der Konfiguration in 1 sind durch eine Zelle verbunden: Bus I und Knoten A, Knoten A und Knoten B, Knoten B und Bus II; sind durch zwei Zellen verbunden: Bus I und Bus I, Knoten A und Knoten A, Knoten B und Knoten B, Bus II und Bus II, Bus I und Knoten B, Knoten A und Bus II; sind durch drei Zellen verbunden: Bus I und Knoten A, Knoten A und Knoten B, Knoten B und Bus II, Bus I und Bus II; sind durch vier Zellen verbunden: Bus I und Bus I, Knoten A und Knoten A, Knoten B und Knoten B, Bus II und Bus II, Bus I und Knoten B, Knoten A und Bus II. Somit erhalten wir die folgenden Matrizen:
• 1-te Verbindungsmatrix als [0,1,0,0; 1,0,1,0; 0,1,0,1; 0,0,1,0],
• 2-te Verbindungsmatrix als [1,0,1,0; 0,1,0,1; 1,0,1,0; 0,1,0,1],
• 3-te Verbindungsmatrix als [0,1,0,1; 1,0,1,0; 0,1,0,1; 1,0,1,0] und
• 4-te Verbindungsmatrix als [1,0,1,0; 0,1,0,1; 1,0,1,0; 0,1,0,1].
• Die Konnektivitätsmatrix L^matrix als [1,1,1,1; 1,1,1,1; 1,1,1,1; 1,1,1,1,] stellt dar, dass zwei beliebige der vier Knoten, Bus I, Knoten A, Knoten B und Bus II, verbunden sind. In gleicher Weise können wir eine k-te Verbindungsmatrix für eine Konfiguration, die aus k Knoten besteht, erhalten.
• Gemäß der oben stehenden Definition ist die topologische Matrix T^matrix der Wechselstromanlage eigentlich eine 1-te Verbindungsmatrix und man kann leicht nachweisen, dass eine k-te Verbindungsmatrix gleich der k-ten Potenz der 1-ten Verbindungsmatrix ist, wobei alle Einträge, die ungleich Null sind, durch 1 ersetzt sind. Somit können wir, falls die Topologie einer Wechselstromanlage bekannt ist, eine Konnektivitätsmatrix L^matrix durch automatische Berechnung ohne subjektive Beurteilung oder manuelle Aufzählung erhalten.
• Da die Verbindungsmatrizen, von der 1-ten bis zur k-ten, alle Verbindungen (direkte oder indirekte) von zwei beliebigen Knoten und alle Ein/Aus-Kombinationen aller Zellen widerspiegeln (da die Anzahl der Knoten k größer als die Anzahl der Zellen n ist), beinhaltet die Konnektivitätsmatrix L^matrix Informationen aller Pfade zwischen zwei beliebigen Knoten, was eine automatische Identifizierung der Zellen in jedem Pfad und Bestimmung des Status jeder Zelle ermöglicht.
• Knoteneigenschaftsmatrix: P^matrix
• Die Wechselstromanlagenkonfiguration schließt eine Zusammenstellung von unterschiedlichen Verbindungen von Wechselstrombussen, Wandlern, Wechselstromausgängen (oder -eingängen) und Wechselstromfiltern ein. Somit soll ein Algorithmus die Informationen unterschiedlicher Geräte einschließen. Zur Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Geräten soll jeder Geräteart ein spezifischer Wert zugewiesen werden, beispielsweise 0 für Wechselstrombus, X für Wandler, Y für Wechselstromeingang (oder -ausgang) und Z für Wechselstromfilter. In einer Ausführungsform wird eine Diagonalmatrix mit X=1, Y=-1 und Z=-2 erstellt, um eine Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix zu erhalten, in der die Reihenfolge der Hauptdiagonaleinträge mit der in der topologischen Matrix übereinstimmt.
• Statusmatrix: S^matrix
• Eine Statusmatrix wird durch die folgenden Gleichungen erlangt. Somit beinhaltet sie drei Arten von Informationen, d. h., die Wechselstromanlagentopologie, die Konnektivität und die Eigenschaft der Knoten. $$S^{matrix}=\left(\left(L^{matrix}+P^{matrix}\right)|L^{matrix}\right)*P^{matrix}$$

  

  $L^{matrix}={\displaystyle {\sum }_{x=1}^k\left(T^{matrix}\right)*}$

  

  , wobei die Einträge, die ungleich Null sind, durch 1 ersetzt sind.
• Jede Zeile (oder Spalte) der Statusmatrix stellt die Verbindung zwischen dem entsprechenden Knoten und anderen Knoten dar. Durch Identifizierung der Einträge, die ungleich Null sind, in einer bestimmten Zeile der Matrix kann man bestimmen, ob es Pfade zwischen dem entsprechenden Knoten und den anderen Knoten gibt, und bestimmen, welche Geräte in jedem Pfad enthalten sind. Falls beispielsweise die dritte Zeile der Matrix [1,-1,0,-1,0,-2,0,-1] ist, sind die Knoten 1, 2, 4, 5 und 7 in einem Pfad enthalten, wobei das Gerät in Knoten 1 ein Wandler ist und die Geräte in den Knoten 2, 4, 5 und 7 ein Wechselstromausgang A, ein Wechselstromausgang B, ein Wechselstromfilter bzw. ein Wechselstromausgang C sind.
• Einheitliches Kriterium zur Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers
• Wenn ein Gleichstromsystem Strom auf normale Weise überträgt, soll eine Wechselstromanlage Wandler, Wechselstromausgänge (oder -eingänge) und Wechselstromfilter über einen gesamten Strompfad beinhalten. Falls, wenn ein bestimmter Unterbrecher in der Wechselstromanlage abgeschaltet wird, ein bestimmtes Gerät die Verbindung zu der Wechselstromanlage verliert, was zu einer Situation, in der nicht alle oben genannten drei Gerätearten in dem Pfad enthalten sind, oder zum Verlust des Pfades führt, ist ein solcher Unterbrecher der letzte Unterbrecher. Daher gibt es üblicherweise drei Zustände des letzten Unterbrechers, d. h., letzter Unterbrecher des Wandlers, letzter Unterbrecher der Wechselstromfilterbank und letzter Unterbrecher der letzten Leitung.
• Während die vorhandenen Algorithmen mangelhaft dahin gehend sind, dass sie die Zustände des letzten Unterbrechers nur durch Aufzählung identifizieren können, erlaubt uns die vorliegende Erfindung die Verwendung einer einzigen Logik zur Bestimmung von drei unterschiedlichen Zuständen, indem wir eine Statusmatrix zur Umwandlung der oben erwähnten Merkmale der Zustände des letzten Unterbrechers in ein einheitliches Kriterium einführen.
• Die Bestimmung erfolgt für jede Zeile der Statusmatrix mit dem einheitlichen Kriterium. Falls in einer spezifischen Zeile ein bestimmter Eintrag der Zeile 1 ist, sollte es in derselben Zeile auch einen Eintrag gleich -1 und einen Eintrag gleich -2 geben. Anderenfalls kann die Stromübertragung nicht normal funktionieren. Daher ist das einheitliche Kriterium wie folgt definiert: Eine Zeile, die einen Eintrag gleich 1 einschließt, schließt einen Eintrag gleich -1 und einen Eintrag gleich -2 ein.
• Die Ein/Aus-Status aller Unterbrecher werden zusammengetragen, eine Statusmatrix wird durch den oben erwähnten Algorithmus erlangt und es erfolgt eine Bestimmung (erste Phase) mit dem oben erwähnten einheitlichen Kriterium. Dann simuliert der Algorithmus einen Prozess des einzelnen Abschaltens der ursprünglich geschlossenen Unterbrecher. Entsprechend jeder abgeschalteten Zelle wird eine neue Statusmatrix erlangt und es erfolgt eine Bestimmung (zweite Phase) mit dem oben erwähnten einheitlichen Kriterium.
• Die Bestimmung (erste Phase) und die Bestimmung (zweite Phase) erfolgen, wenn ein bestimmter Unterbrecher geschlossen bzw. offen ist. Falls das einheitliche Kriterium in der ersten Phase erfüllt ist, aber nicht in der zweiten Phase, was darauf hinweist, dass das Abschalten des Unterbrechers zu einer Situation, in der nicht alle oben genannten drei Gerätearten in dem Pfad enthalten sind, oder zum Verlust des Pfades führt, ist ein solcher Unterbrecher der letzte Unterbrecher.
• 2 zeigt einen Prozess der automatischen Bestimmung des letzten Unterbrechers, einschließlich des Erstellens jeder Matrix und des Arbeitsprinzips des einheitlichen Kriteriums. Gemäß 2 schließt ein Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung des letzten Unterbrechers die folgenden Schritte ein:
• Initialisierung (erste Phase):
  1. (a) Anfängliche Zuweisung: Da Eigenschaften aller Knoten in der Wechselstromanlage bekannt sind, kann zunächst die Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix erlangt werden. Für die Eineinhalbunterbrecheranordnung in 3, die Busse I und II (beiden 0 zugewiesen), Wandler A und B (beiden 1 zugewiesen), Ausgänge A und B (beiden -1 zugewiesen) und Wechselstromfilter A und B (beiden -2 zugewiesen) einschließt: $$\begin{array}{l}{P}^{matrix}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cccc}\text{Bus I}& 0& 0& 0\\ 0& \text{Bus II}& 0& 0\\ 0& 0& \text{Con B}& 0\\ 0& 0& 0& \text{Out B}\end{array}& 0\\ 0& \begin{array}{cccc}\text{Out A}& 0& 0& 0\\ 0& \text{Filt B}& 0& 0\\ 0& 0& \text{FIlt A}& 0\\ 0& 0& 0& \text{Con A}\end{array}\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& -1\end{array}& 0\\ 0& \begin{array}{cccc}-1& 0& 0& 0\\ 0& -2& 0& 0\\ 0& 0& -2& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\end{array}\right]\end{array}$$
     
  2. (b) Matrixoperationen: Durch Zusammentragen der Status aller Zellen (die Reihenfolge von Schritt a und Schritt b kann umgekehrt werden):
     • 5011 geschlossen, 5012 offen, 5013 geschlossen;
     • 5021 offen, 5022 geschlossen, 5023 offen;
     • 5031 geschlossen, 5032 geschlossen, 5033 geschlossen;
wird eine topologische Matrix T^matrix erstellt, und dann wird eine Konnektivitätsmatrix L^matrix erlangt durch Addieren von der 1-ten Potenz der topologischen Matrix bis zu ihrer k-ten Potenz.
• Dann wird eine Statusmatrix durch Matrixoperationen wie folgt erlangt: $$\begin{array}{ccccccccc}& \text{Bus I}& \text{Bus II}& \text{Con B }& \text{Out B}& \text{Out A}& \text{Filt B}& \text{Filt A}& \text{Con A}\\ T^{matrix}=& [\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\\ 5011\end{array}\\ 0\\ 5021\end{array}\\ 0\\ 5031\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\\ 0\\ 5013\\ 0\end{array}\\ 5023\\ 0\\ 5033\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}5011\\ 0\end{array}\\ 0\\ 5012\\ 0\end{array}\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}0\\ 5013\end{array}\\ 5012\\ 0\\ 0\end{array}\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}5021\\ 0\end{array}\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\\ 5022\\ 0\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}0\\ 5023\end{array}\\ 0\\ 0\\ 5022\end{array}\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}5031\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 5032\end{array}& \begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{c}0\\ 5033\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\end{array}\\ 0\\ 5032\\ 0\end{array}]\end{array}$$

  
• Den Ein/Aus-Status der Zellen entsprechende Werte werden dann substituierend in die Matrix eingefügt: $$T^{matrix}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$$

  
• Die Statusmatrix wird erlangt: $$S^{matrix}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 0& 0& -1& -2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1& -2& 0& 0\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\end{array}\right]$$

  
• (c) Schleifenoperationen: Die Bestimmung erfolgt für jede Zeile der Statusmatrix. Falls das einheitliche Kriterium für alle Zeilen erfüllt ist, gehe zum nächsten Schritt über. Anderenfalls gib eine Meldung „Wandlerblockierung, oder Bedingung nicht erfüllt“ aus.
• In der oben stehenden S^matrix ist folgende Bedingung erfüllt: Jede Zeile der Statusmatrix S^matrix, die einen Eintrag gleich 1 einschließt, schließt einen Eintrag gleich -1 und einen Eintrag gleich -2 ein. (Falls eine bestimmte Zeile einen bestimmten Eintrag gleich 1 einschließt, während andere Einträge in derselben Zeile nicht -1 oder -2 beinhalten oder sie alle weder -1 noch -2 sind, ist das einheitliche Kriterium nicht erfüllt.) Also ist das einheitliche Kriterium in der Bestimmung (erste Phase) erfüllt, wodurch wir zu einer Bestimmung (zweite Phase) übergehen (siehe 3, drei Gerätearten im Strompfad enthalten).
• Automatische Suche nach letztem Unterbrecher (zweite Phase):
• (d) Bestimmung des letzten Unterbrechers: Simulieren, dass eine bestimmte geschlossene Zelle abgeschaltet wird (d. h., der entsprechende Eintrag wird auf 0 gesetzt). Dann Aufrufen der Codes „Matrixoperationen“ und „Schleifenoperationen“. Falls „Schleifenoperationen“ die Zahl des Unterbrechers ausgibt, ist ein solcher Unterbrecher der letzte Unterbrecher.
• (e) Automatische Suche: Einzelnes Durchführen einer Abschaltsimulation an jedem geschlossenen Unterbrecher und Aufrufen des Codes „Bestimmung des letzten Unterbrechers“ zur Bestimmung jedes Unterbrechers, um alle letzten Unterbrecher herauszufinden.
• In der zweiten Phase wird eine Abschaltsimulation zur Erlangung einer neuen T^matrix' und einer neuen S^matrix (P^matrix unverändert) an den geschlossenen Zellen 5011, 5013, 5022, 5031, 5032 und 5033 einzeln durchgeführt. Als Beispiele seien die Zellen 5032 und 5022 angeführt:
• ① Abschaltsimulation an 5032: Der 5032 entsprechende Eintrag wird auf 0 gesetzt und neue Matrizen T^matrix' und S^matrix' werden wie folgt erlangt (geänderte Einträge fett gedruckt): $$T^{matrix}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$$

  

  $$S^{matrix\text{'}}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& 0& 0& 0& -2& 0\\ 0& 0& 0& -1& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& -2& 0\\ 0& 0& 0& -1& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& -1& -2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1& -2& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& -2& 0\\ 0& 0& 0& -1& 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Durchführen der Bestimmung an der S^matrix' mit dem einheitlichen Kriterium, die zeigt, dass die Bedingung „Jede Zeile, die einen Eintrag gleich 1 einschließt, schließt einen Eintrag gleich -1 und einen Eintrag gleich -2 ein.“ für die Zeilen 1, 2, 3, 4, 7 und 8 (Zeilen 5 und 6 schließen keinen Eintrag gleich 1 ein, werden also vernachlässigt) nicht erfüllt ist, wodurch 5032 ein letzter Unterbrecher ist (siehe 4, nur zwei Gerätearten im Strompfad enthalten).
• ② bschaltsimulation an 5022: Der 5022 entsprechende Eintrag wird auf 0 gesetzt und neue Matrizen T^matrix' und S^matrix' werden wie folgt erlangt (geänderte Einträge fett gedruckt): $$T^{matrix\text{'}}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$$

  

  $$S^{matrix\text{'}}=\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 0& 0& -1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& -2& 0& 0\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& -2& 1\end{array}\right]$$

  
• Durchführen der Bestimmung an der S^matrix' mit dem einheitlichen Kriterium, die zeigt, dass die Bedingung „Jede Zeile, die einen Eintrag gleich 1 einschließt, schließt einen Eintrag gleich -1 und einen Eintrag gleich -2 ein.“ für alle Zeilen erfüllt ist, wodurch 5022 kein letzter Unterbrecher ist (siehe 5, alle drei Gerätearten im Strompfad enthalten).
• Die Abschaltsimulation und die Bestimmung werden für die restlichen Zellen 5011, 5013, 5031 und 5033 auf die gleiche Weise durchgeführt, um alle letzten Unterbrecher herauszufinden.
• Die oben stehenden Ausführungsformen werden zur Beschreibung des technischen Gedankens und der Merkmale der vorliegenden Erfindung verwendet, so dass der Fachmann die vorliegende Erfindung verstehen und umsetzen kann, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Jedes Äquivalent oder alle Änderungen auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung sollen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (1)

1. Matrixverfahren zur automatischen Bestimmung der Logik des letzten Unterbrechers, angewandt auf Eineinhalbunterbrecheranordnungen für eine Wechselstromanlage in einem Gleichstromsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Erstellen einer topologischen Matrix T^matrix: Die topologische Matrix T^matrix ist eine Menge der Status aller Zellen zwischen zwei beliebigen Knoten in der Wechselstromanlage: $$T^{matrix}=\left[\begin{array}{llllll}{a}_{11}\hfill & a_{12}\hfill & \cdots \hfill & a_{1j}\hfill & \cdots \hfill & a_{1k}\hfill \\ a_{21}\hfill & a_{22}\hfill & \cdots \hfill & a_{2j}\hfill & \cdots \hfill & a_{2k}\hfill \\ ⋮\hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill \\ a_{i1}\hfill & a_{i2}\hfill & \cdots \hfill & a_{ij}\hfill & \cdots \hfill & a_{ik}\hfill \\ ⋮\hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill & \hfill & ⋮\hfill \\ a_{k1}\hfill & a_{k2}\hfill & \cdots \hfill & a_{kj}\hfill & \cdots \hfill & a_{kk}\hfill \end{array}\right]$$

   

   In Gleichung (1) stellt a_ij den Status der Zelle zwischen Knoten i und Knoten j dar, wobei a_ij = 1, falls die Zelle zwischen Knoten i und Knoten j geschlossen ist, und a_ij = 0, falls sie offen ist; indessen sind alle Hauptdiagonaleinträge der topologischen Matrix T^matrix 0 und k stellt die Anzahl der Knoten dar, wobei k ≥ i und k ≥ j gilt; Schritt 2: Erstellen einer Konnektivitätsmatrix L^matrix: $$L^{matrix}={\displaystyle {\sum }_{x=1}^k{\left(T^{matrix}\right)}^x}$$

   

   wobei die Einträge in der Konnektivitätsmatrix L^matrix 0 oder 1 sind; alle aus Gleichung (2) erhaltenen Einträge, die ungleich Null sind, sollen durch 1 ersetzt werden; Schritt 3: Erstellen einer Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix: $$P^{matrix}=\left[\begin{array}{lllll}{b}_1\hfill & \hfill & \hfill & \hfill & \hfill \\ \hfill & \ddots \hfill & \hfill & \hfill & 0\hfill \\ \hfill & \hfill & b_i\hfill & \hfill & \hfill \\ \hfill & 0\hfill & \hfill & \ddots \hfill & \hfill \\ \hfill & \hfill & \hfill & \hfill & b_k\hfill \end{array}\right]$$

   

   wobei die Knoteneigenschaftsmatrix P^matrix eine Diagonalmatrix mit k Zeilen und k Spalten ist; in Gleichung (3) stellt b_i die Eigenschaft des Knotens i dar, die als 0, X, Y oder Z definiert wird, falls der Knoten ein Wechselstrombus, ein Wandler, eine Wechselstromleitung bzw. ein Wechselstromfilter ist, wobei X, Y und Z beliebige Werte ungleich Null sind; Schritt 4: Erlangen einer Statusmatrix S^matrix durch: $$S^{matrix}=\left(\left(L^{matrix}+P^{matrix}\right)|L^{matrix}\right)\ast P^{matrix}$$

   

   Schritt 5: Durchführen der Bestimmung: Schritt 5 umfasst die folgenden Teilschritte: Schritt 51, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist: Jede Zeile der Statusmatrix S^matrix, die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein, dann Ausführen von Schritt 52; Schritt 52: einzelnes Abschalten aller ursprünglich geschlossenen Zellen und erneutes Ausführen der Schritte 1 bis 4 für jede abgeschaltete Zelle, um eine neue Statusmatrix S^matrix', die der Zelle entspricht, zu erhalten; Schritt 53, wenn die folgende Bedingung nicht erfüllt ist: Jede Zeile der neuen Statusmatrix S^matrix', die einen Eintrag gleich X einschließt, schließt einen Eintrag gleich Y und einen Eintrag gleich Z ein, dann ist die Zelle, die der neuen Statusmatrix S^matrix' entspricht, ein letzter Unterbrecher.

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