一种电力仿真二次控制系统的代数环识别方法及装置与流程

1.本技术涉及电力系统仿真领域，更具体的说，是涉及一种电力仿真二次控制系统的代数环识别方法及装置。


背景技术：

2.随着用电需求的不断增加，电力系统也在迅速发展，诞生了更多电力电子设备，以丰富电力系统，使电力系统变得更复杂了，因此有必要在电力系统运行前对其仿真。电力系统仿真是认识电力系统特性，支撑电力系统研究、规划、运行、生产、装备制造，以及保障电力系统安全可靠运行的有效手段。
3.电力系统仿真中，二次控制系统用于数字信号仿真，是信号控制的重要组成部分，二次控制系统中多个信号运算模块处理数字信号并传递数字信号，当输入信号直接取决于输出信号，同时输出信号也直接取决于输入信号时，由于数字计算的时序性，出现了没有输入无法计算输出，没有输出也无法得到输入的“死锁环”，称之为代数环。
4.目前对代数环的识别，通常采用逐一遍历的方法，对于庞大二次控制系统的信号控制拓扑，占用了大量的计算资源，识别效率不高。
5.如何提高对电力仿真二次控制系统中的代数环的识别效率，是需要关注的问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供一种电力仿真二次控制系统的代数环识别方法及装置，以提高电力仿真二次控制系统中的代数环的识别效率。
7.为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
8.一种电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，包括：
9.监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑；
10.构建所述信号控制拓扑的判定矩阵；
11.若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
12.可选的，构建所述信号控制拓扑的判定矩阵，包括：
13.构建所述信号控制拓扑的有向图；
14.基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵。
15.可选的，构建所述信号控制拓扑的有向图，包括：
16.将所述信号控制拓扑中的各信号运算模块作为多个节点，以构建所述信号控制拓扑的节点图；
17.将所述信号控制拓扑中的每一起始传递信号模块作为所述信号控制拓扑的节点图中的起始节点，将所述信号控制拓扑中的与该起始传递信号模块对应的每一结束传递信号模块，作为所述信号控制拓扑的节点图中的传递节点，确定从所述起始节点指向所述传递节点的有向边，并作为所述起始节点的有向边，每一所述起始传递信号模块为各信号运
算模块中每一传达信号的信号运算模块，每一所述结束传递信号模块为各信号运算模块中每一接收信号的信号运算模块；
18.在所述信号控制拓扑的节点图中添加各起始节点的有向边，得到所述信号控制拓扑的有向图。
19.可选的，基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵，包括：
20.按照预设的节点顺序，对所述有向图中的各个节点进行排序，得到各个节点的排序序号；
21.以所述信号控制拓扑的有向图中各个节点的数量作为构建矩阵的维度，构建所述信号控制拓扑的0矩阵；
22.将每个起始节点的排序序号作为所述0矩阵的目标行位置，将该起始节点指向的每一传递节点的排序序号作为所述0矩阵的每一目标列位置，根据所述目标行位置和每一所述目标列位置，确定该起始节点的每一目标矩阵位置；
23.在所述0矩阵中，将每一起始节点的每一目标矩阵位置对应的值置为1，得到所述信号控制拓扑的判定矩阵。
24.可选的，在构建所述信号控制拓扑的判定矩阵之后，还包括：
25.在所述判定矩阵中选取若干目标行，以及选取与所选取每一目标行的行位置相同的列位置对应的每一目标列；
26.按照各目标行的顺序与各目标列的顺序，构建新的判定矩阵；
27.若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定各目标行对应的各节点所对应的各信号运算模块组成的信号控制拓扑中，存在代数环。
28.一种电力仿真二次控制系统的代数环识别装置，包括：
29.信号控制拓扑监测单元，用于监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑；
30.判定矩阵构建单元，用于构建所述信号控制拓扑的判定矩阵；
31.代数环确定单元，用于若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
32.可选的，所述判定矩阵构建单元，包括：
33.有向图构建单元，用于构建所述信号控制拓扑的有向图；
34.判定矩阵生成单元，用于基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵。
35.可选的，所述有向图构建单元，包括：
36.节点图构建单元，用于将所述信号控制拓扑中的各信号运算模块作为多个节点，以构建所述信号控制拓扑的节点图；
37.有向边确定单元，用于将所述信号控制拓扑中的每一起始传递信号模块作为所述信号控制拓扑的节点图中的起始节点，将所述信号控制拓扑中的与该起始传递信号模块对应的每一结束传递信号模块，作为所述信号控制拓扑的节点图中的传递节点，确定从所述起始节点指向所述传递节点的有向边，并作为所述起始节点的有向边，每一所述起始传递信号模块为各信号运算模块中每一传达信号的信号运算模块，每一所述结束传递信号模块为各信号运算模块中每一接收信号的信号运算模块；
38.有向图确定单元，用于在所述信号控制拓扑的节点图中添加各起始节点的有向边，得到所述信号控制拓扑的有向图。
39.可选的，所述判定矩阵生成单元，包括：
40.节点序号确定单元，用于按照预设的节点顺序，对所述有向图中的各个节点进行排序，得到各个节点的排序序号；
41.零矩阵构建单元，用于以所述信号控制拓扑的有向图中各个节点的数量作为构建矩阵的维度，构建所述信号控制拓扑的0矩阵；
42.矩阵位置确定单元，用于将每个起始节点的排序序号作为所述0矩阵的目标行位置，将该起始节点指向的每一传递节点的排序序号作为所述0矩阵的每一目标列位置，根据所述目标行位置和每一所述目标列位置，确定该起始节点的每一目标矩阵位置；
43.判定矩阵确定单元，用于在所述0矩阵中，将每一起始节点的每一目标矩阵位置对应的值置为1，得到所述信号控制拓扑的判定矩阵。
44.可选的，该装置还包括：
45.目标行列选取单元，用于在所述判定矩阵构建单元构建所述信号控制拓扑的判定矩阵之后，在所述判定矩阵中选取若干目标行，以及选取与所选取每一目标行的行位置相同的列位置对应的每一目标列；
46.新判定矩阵构建单元，用于按照各目标行的顺序与各目标列的顺序，构建新的判定矩阵；
47.子代数环确定单元，用于若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定各目标行对应的各节点所对应的各信号运算模块组成的信号控制拓扑中，存在代数环。
48.借由上述技术方案，本技术通过监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑，构建所述信号控制拓扑的判定矩阵，根据所述判定矩阵的秩，确定所述信号控制拓扑中是否存在代数环。由此可见，仅通过根据电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑的判定矩阵的秩，即可确定信号控制拓扑是否存在代数环，当判定矩阵为满秩时则存在代数环，而不需要对二次控制系统中的信号运算模块逐个遍历，提高了对代数环的识别效率，并提升了电力仿真二次控制系统的计算性能。
附图说明
49.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
50.图1为本技术实施例提供的一种电力仿真二次控制系统的代数环识别的流程示意图；
51.图2为本技术实施例提供的一种电力仿真二次控制系统的控制框图示意图；
52.图3为本技术实施例提供的一种判定矩阵示意图；
53.图4为本技术实施例提供的一种构建信号控制拓扑有向图的流程示意图；
54.图5为本技术实施例提供的一种有向图示意图；
55.图6为本技术实施例提供的一种构建信号控制拓扑判定矩阵的流程示意图；
56.图7为本技术实施例提供的一种电力仿真二次控制系统的代数环识别的装置结构
示意图；
57.图8为本技术实施例提供的一种电力仿真二次控制系统的代数环识别的设备的结构示意图。
具体实施方式
58.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
59.本技术方案可以基于具备数据处理能力的终端实现，该终端可以是电脑、服务器、云端等。
60.接下来，结合图1所述，本技术的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法可以包括以下步骤：
61.步骤s110、监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑。
62.具体的，电力仿真二次控制系统可以表示用于电磁暂态实时仿真的二次控制系统，二次控制系统为数字信号仿真，二次控制系统的信号控制拓扑可以表示数字信号运行的逻辑结构。
63.二次控制系统的信号控制拓扑可以用控制框图表示，如图2，该控制框图由控制框a、b、c、d和e，以及连接框x和y组成，箭头指向表示数据流的流向。
64.步骤s120、构建所述信号控制拓扑的判定矩阵。
65.具体的，判定矩阵可以表示信号控制拓扑中的各控制框和各连接框之间的数据流向关系。
66.其中，判定矩阵中的0值可以表示该位置的行位置对应的控制框或连接框，与其列位置对应的控制框或连接框之间没有数据流向关系，判定矩阵中的1值可以表示该位置的行位置对应的控制框或连接框，与其列位置对应的控制框或连接框之间存在数据流向关系。
67.示例如图3，判定矩阵中的第二行第一列的值为0，表示b没有将数据传输至a，判定矩阵中的第二行第四列的值为1，表示b向y传输数据。
68.步骤s130、若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
69.具体的，当判定矩阵的秩与判定矩阵的维度相同时，可以表示二次控制系统的数字信号计算中出现没有输入无法计算输出，没有输出也无法得到输入的情况。
70.可以理解的是，判断条件：判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，可以等价于判定矩阵的行列式不为0，也可以等价于判定矩阵可逆，也可以等价于判定矩阵的行向量与列向量均线性无关，也可以等价于判定矩阵的特征值均不为0。
71.本实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，通过监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑，构建所述信号控制拓扑的判定矩阵，根据所述判定矩阵的秩，确定所述信号控制拓扑中是否存在代数环。由此可见，仅通过根据电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑的判定矩阵的秩，即可确定信号控制拓扑是否存在代数环，当判定矩阵为
满秩时则存在代数环，而不需要对二次控制系统中的信号运算模块逐个遍历，提高了对代数环的识别效率，并提升了电力仿真二次控制系统的计算性能。
72.本技术的一些实施例中，对上述步骤s120、构建所述信号控制拓扑的判定矩阵的过程进行介绍，该过程可以包括：
73.s1、构建所述信号控制拓扑的有向图；
74.具体的，可以基于二次控制系统的信号控制拓扑对应的控制框图，构建有向图。
75.s2、基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵。
76.具体的，信号控制拓扑的判定矩阵可以为信号控制拓扑的有向图对应的邻接矩阵。
77.本实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，通过先基于信号控制拓扑构建有向图，再依据有向图生成判定矩阵，能够减少基于直接信号控制拓扑直接生成判定矩阵的运算量，提高生成判定矩阵的效率。
78.在本技术的一些实施例中，结合图4，对上述s1、构建所述信号控制拓扑的有向图的过程进行介绍，该过程可以包括：
79.步骤s210、将所述信号控制拓扑中的各信号运算模块作为多个节点，以构建所述信号控制拓扑的节点图。
80.具体的，信号控制拓扑中可以包含多个信号运算模块，结合图2所示，控制框a、b、c、d和e以及连接框x和y均可以为信号运算模块。信号控制模块可以表示具有计算/运算的功能模块，如求导、求逆、逻辑运算、加、减等。信号控制拓扑的节点图可以表示仅包含与各个信号运算模块对应的各个节点的散点图。
81.步骤s220、将所述信号控制拓扑中的每一起始传递信号模块作为所述信号控制拓扑的节点图中的起始节点，将所述信号控制拓扑中的与该起始传递信号模块对应的每一结束传递信号模块，作为所述信号控制拓扑的节点图中的传递节点，确定从所述起始节点指向所述传递节点的有向边，并作为所述起始节点的有向边。
82.具体的，每一所述起始传递信号模块可以为各信号运算模块中每一传达信号的信号运算模块，每一所述结束传递信号模块可以为各信号运算模块中每一接收信号的信号运算模块。
83.步骤s230、在所述信号控制拓扑的节点图中添加各起始节点的有向边，得到所述信号控制拓扑的有向图。
84.具体的，可以先确定每一起始节点，再确定接收该起始节点传输信号的各个传递节点，最后在节点图上添加该起始节点指向与之对应的传递节点的有向线段。
85.有向图示例如图5，示出了各节点之间的信号传输关系。
86.本实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，通过先绘制二次控制系统的信号控制拓扑的节点图，再基于各节点之间的信号传输关系，在节点图上添加有向线段，得到信号控制拓扑的有向图。
87.本技术的一些实施例中，结合图6，对上述s2、基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵的过程进行介绍，该过程可以包括：
88.步骤s310、按照预设的节点顺序，对所述有向图中的各个节点进行排序，得到各个节点的排序序号。
89.可以理解的是，为绘制与有向图对应的判定矩阵，可以统一以指定的排序方式约束各个节点的行位置和列位置的编排顺序，各个节点的行顺序可以与列顺序相同。
90.步骤s320、以所述信号控制拓扑的有向图中各个节点的数量作为构建矩阵的维度，构建所述信号控制拓扑的0矩阵。
91.可以理解的是，判定矩阵中每行或每列均指代一个节点，因此判定矩阵的规模与信号控制拓扑的有向图中各个节点的数量相同。
92.步骤s330、将每个起始节点的排序序号作为所述0矩阵的目标行位置，将该起始节点指向的每一传递节点的排序序号作为所述0矩阵的每一目标列位置，根据所述目标行位置和每一所述目标列位置，确定该起始节点的每一目标矩阵位置。
93.具体的，目标矩阵位置可以表示该位置的行位置对应的节点向该位置的列位置对应的节点传输信号。
94.步骤s340、在所述0矩阵中，将每一起始节点的每一目标矩阵位置对应的值置为1，得到所述信号控制拓扑的判定矩阵。
95.可以理解的是，判定矩阵中的1值可以表示该位置的行位置对应的控制框或连接框，与其列位置对应的控制框或连接框之间存在数据流向关系，因此可以将目标矩阵位置对应的值置为1，从而得到所述信号控制拓扑的判定矩阵。
96.本实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，通过在与信号控制拓扑的有向图节点数量相同的规模的0矩阵中，确定各个目标矩阵位置，并将各个目标矩阵位置的值均置为1，得到信号控制拓扑的判定矩阵。
97.考虑到有向图中部分节点存在代数环，需要通过这些节点构成的判定矩阵判断是否存在代数环，本技术的一些实施例中，在上述步骤s120、构建所述信号控制拓扑的判定矩阵之后，还可以包括以下步骤：
98.s1、在所述判定矩阵中选取若干目标行，以及选取与所选取每一目标行的行位置相同的列位置对应的每一目标列。
99.可以理解的是，当需要判断部分信号运算模块对应的节点间是否存在代数环时，可以直接从判定矩阵中进一步地选取若干目标行，以及选取与所选取每一目标行的行位置相同的列位置对应的每一目标列，以构建新的判定矩阵。
100.s2、按照各目标行的顺序与各目标列的顺序，构建新的判定矩阵。
101.具体的，新的判定矩阵可以按照所选取的行和列的原顺序进行排布构建。
102.s3、若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定各目标行对应的各节点所对应的各信号运算模块组成的信号控制拓扑中，存在代数环。
103.可以理解的是，从新的判定矩阵中检查其矩阵的秩为满秩，可以判断出由各目标行对应的在信号控制拓扑中的部分信号运算模块出现了死循环。
104.本实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别方法，通过在确定判定矩阵的基础上，选取若干行和对应的若干列并重新组成新的判定矩阵，能够进一步地确定部分信号运算模块对应的各节点中是否出现代数环，无需重新基于有向图生成判定矩阵，减少了生成判定矩阵的运算量，提高生成判定矩阵的效率。
105.下面对本技术实施例提供的实现电力仿真二次控制系统的代数环识别的装置进行描述，下文描述的实现电力仿真二次控制系统的代数环识别的装置与上文描述的实现电
力仿真二次控制系统的代数环识别的方法可相互对应参照。
106.参见图7，图7为本技术实施例公开的一种实现电力仿真二次控制系统的代数环识别的装置结构示意图。
107.如图7所示，该装置可以包括：
108.信号控制拓扑监测单元11，用于监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑；
109.判定矩阵构建单元12，用于构建所述信号控制拓扑的判定矩阵；
110.代数环确定单元13，用于若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
111.可选的，所述判定矩阵构建单元12，包括：
112.有向图构建单元，用于构建所述信号控制拓扑的有向图；
113.判定矩阵生成单元，用于基于所述信号控制拓扑的有向图，生成所述信号控制拓扑的判定矩阵。
114.可选的，所述有向图构建单元，包括：
115.节点图构建单元，用于将所述信号控制拓扑中的各信号运算模块作为多个节点，以构建所述信号控制拓扑的节点图；
116.有向边确定单元，用于将所述信号控制拓扑中的每一起始传递信号模块作为所述信号控制拓扑的节点图中的起始节点，将所述信号控制拓扑中的与该起始传递信号模块对应的每一结束传递信号模块，作为所述信号控制拓扑的节点图中的传递节点，确定从所述起始节点指向所述传递节点的有向边，并作为所述起始节点的有向边，每一所述起始传递信号模块为各信号运算模块中每一传达信号的信号运算模块，每一所述结束传递信号模块为各信号运算模块中每一接收信号的信号运算模块；
117.有向图确定单元，用于在所述信号控制拓扑的节点图中添加各起始节点的有向边，得到所述信号控制拓扑的有向图。
118.可选的，所述判定矩阵生成单元，包括：
119.节点序号确定单元，用于按照预设的节点顺序，对所述有向图中的各个节点进行排序，得到各个节点的排序序号；
120.零矩阵构建单元，用于以所述信号控制拓扑的有向图中各个节点的数量作为构建矩阵的维度，构建所述信号控制拓扑的0矩阵；
121.矩阵位置确定单元，用于将每个起始节点的排序序号作为所述0矩阵的目标行位置，将该起始节点指向的每一传递节点的排序序号作为所述0矩阵的每一目标列位置，根据所述目标行位置和每一所述目标列位置，确定该起始节点的每一目标矩阵位置；
122.判定矩阵确定单元，用于在所述0矩阵中，将每一起始节点的每一目标矩阵位置对应的值置为1，得到所述信号控制拓扑的判定矩阵。
123.可选的，该装置还包括：
124.目标行列选取单元，用于在所述判定矩阵构建单元12构建所述信号控制拓扑的判定矩阵之后，在所述判定矩阵中选取若干目标行，以及选取与所选取每一目标行的行位置相同的列位置对应的每一目标列；
125.新判定矩阵构建单元，用于按照各目标行的顺序与各目标列的顺序，构建新的判定矩阵；
126.子代数环确定单元，用于若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定各目标行对应的各节点所对应的各信号运算模块组成的信号控制拓扑中，存在代数环。
127.本技术实施例提供的电力仿真二次控制系统的代数环识别的装置可应用于电力仿真二次控制系统的代数环识别的设备，如终端：手机、电脑等。可选的，图8示出了电力仿真二次控制系统的代数环识别的设备的硬件结构框图，参照图8，电力仿真二次控制系统的代数环识别的设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
128.在本技术实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
129.处理器1可能是一个中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
130.存储器3可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)等，例如至少一个磁盘存储器；
131.其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
132.监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑；
133.构建所述信号控制拓扑的判定矩阵；
134.若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
135.可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
136.本技术实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
137.监测电力仿真二次控制系统的信号控制拓扑；
138.构建所述信号控制拓扑的判定矩阵；
139.若所述判定矩阵的秩与所述判定矩阵的维度相同，确定所述信号控制拓扑中存在代数环。
140.可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
141.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
142.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
143.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。