本发明公开了一种煤矿高压电网速断设置并行检验方法，属于煤矿高压供电网络继电保护整定计算领域。
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，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。当前，故障计算和速断设置的仿真检验是针对复杂闭式电网进行的，在复杂闭式电网中，网络结构复杂，需要针对整个供电网络故障情况构造相应的数学模型完成故障计算，再对供电网络速断设置的可靠性和选择进行仿真检验。已有的基于关联矩阵的矿井高压电网速断设置仿真检验方法则主要是针对矿井高压电网(单电源开式电网)的网络结构特点，通过获得支路节点和支路节点的关联矩阵构造矿井高压电网的网络拓扑模型，完成矿井高压电网供电网络的拓扑辨识；并在此基础上依据每个高压开关的瞬时速断设置、捕获到的故障电流，以及支路节点和支路节点的关联矩阵得到最终受该故障影响需要跳闸的所有开关，执行跳闸操作；最终，依据仿真得到的开关跳闸结果判断在此故障情况下，当前的速断设置是否满足可靠性和选择性要求，以达到速断设置仿真检验的目的。
但在矿井高压供电系统中节点数量较多，基于关联矩阵完成整个矿井高压电网速断设置检验，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速断设置检验。本发明提出了一种煤矿高压电网速断设置并行检验方法，该方法基于并行计算技术构造煤矿高压电网的拓扑分析调度模型，并以此为基础基于并行计算技术实现整个煤矿高压供电系统的速断设置并行检验。
技术实现要素：
针对某节点集合中存在的节点基于关联矩阵完成网络拓扑分析，其使用的网络拓扑分析方法主要是采用文献“单母线分多段运行的矿井高压电网自适应整定计算方法”中的网络拓扑分析模型，该模型依据支路节点开关状态矩阵、联络节点开关状态矩阵、母线节点和联络节点的关联矩阵、母线节点和支路节点的关联矩阵生成支路节点与支路节点之间的最终供电关系矩阵，构建单母线分多段运行的矿井高压电网网络拓扑模型，为自适应整定计算提供基础；该模型构建网络拓扑分析模型的计算时间开销由该节点集合中存在的支路节点数量、供电系统级数、母线最大分段数、母线节点数量和联络开关节点数量共同决定。
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。
在某高压供电系统图中，电源支路节点所在的变电所为第1级变电所，由电源支路节点供电的变电所是第2级变电所，由第2级变电所供电的变电所为第3级变电所，由第(n1-1)级变电所供电的变电所为第n1级变电所，如果不存在由第n1级变电所供电的变电所，则该高压供电系统图的供电系统级数为n1。
在某高压供电系统图中，如果某段母线上的联络开关数量为n2，则该母线分段数为(n2+1)，如果该高压供电系统图中所有母线分段数的最大值用n3表示，则该高压供电系统图的母线最大分段数为n3。
假定煤矿高压供电系统图中包含z个支路节点，则依据支路节点上出线开关的开闭状态，生成支路节点开关状态矩阵sk，sk包含z个元素，sk＝[sk1sk2...ski...skz]，1≤i≤z；在sk中，第i个元素对应的开关状态闭合，则ski＝1；反之，则ski＝0。
在矿井高压电网中，针对某支路节点直接供电的线路设置故障点，并对该故障点设置相应的故障类型，故障类型为二相短路或三相短路，然后依据该故障点的故障类型计算其对应的最小两相短路电流或最大三相短路电流；针对所有支路节点对应的出线开关设置相应的瞬时速断定值，保存在瞬时速断定值矢量sd中，依据支路节点编号可以在sd中找到相应支路节点对应的出线开关设置的瞬时速断定值。
假定开关状态为合闸的电源支路节点的数量有n个，以煤矿高压供电系统电源支路节点为起点，将煤矿高压供电系统支路节点分为n个集合，每个节点集合用si表示，1≤i≤n；具体步骤如下：
步骤1)、将煤矿高压供电系统中所有开关状态为合闸的电源支路节点加入到集合ps中，假定开关状态为合闸的电源支路节点的数量有n个；从ps中取出一个电源支路节点，i的数值设置为1，执行步骤2)；
步骤2)、该电源支路节点用ai表示，将ai加入到节点集合si中，在煤矿高压供电系统中查找由该电源支路节点ai直接供电的母线加入对母线集合b中，从母线集合b中取出一个元素，执行步骤3)；
步骤3)取出的母线用bi表示，将母线bi直接连接的开关状态为合闸的联络开关节点加入到集合ts和集合si中，将母线bi直接连接的支路节点加入到集合ts和集合si中，执行步骤4)；
步骤4)如果母线集合b中仍然有元素未被遍历，则取出下一个元素，执行步骤3)；如果母线集合b为空，执行步骤5)；
步骤5)针对集合ts中存在的支路节点查找其直接供电的母线，如果查找的母线节点存在，执行步骤6)；如果不存在，执行步骤7)；
步骤6)将集合ts中每一个支路节点直接供电的母线加入集合b中，删除集合ts中的所有元素，从母线集合b中取出一个元素，执行步骤3)；
步骤7)如果集合ps不为空，从集合ps中取出下一个电源支路节点，将i的数值加1，执行步骤2)；如果集合ps为空，则可获得n个支路节点集合，每个节点集合用si表示。
针对n个节点集合si，其中1≤i≤n；如果不同集合中存在相同的联络开关节点，则将这些集合合并；具体步骤如下：
步骤1)、将n个节点集合si加入到集合as中，un数值设置为n，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；
步骤2)、取出的节点集合用asj表示，集合asj与集合as中保存的每一个支路节点集合ask进行比较，如果集合asj和集合ask中存在相同的联络开关节点，则从集合as中取出支路节点集合ask，将集合asj和集合ask合并后，加入到集合ns中；如果集合asj与集合as中保存的每一个支路节点集合ask不存在相同的联络开关节点，则将集合asj加入到集合ns中；
步骤3)、如果集合as不为空，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；如果集合as为空，执行步骤4)；
步骤4)、如果集合ns中元素的数量小于un，则将un的数值设置为集合ns中元素的数量，将集合ns中的所有元素加入到集合as中，从集合as中取出一个支路节点集合，执行步骤2)；如果集合ns中元素的数量等于un，则将集合ns中所有元素加入到集合as中，完成了节点集合分组。
构造节点时间权重表pts，节点时间权重表中包含六个字段：支路节点数量、供电系统级数、母线最大分段数、母线节点数量、联络开关节点数量和时间开销权重；支路节点数量用ptszn表示，供电系统级数用ptsln表示，母线最大分段数用ptssn表示，母线节点数量用ptsbn表示，联络开关节点数量用ptscn表示，时间开销用ptst表示；依据支路节点数量ptszn、供电系统级数ptsln、母线最大分段数ptssn、母线节点数量ptsbn和联络开关节点数量ptscn，能够在节点时间权重表pts中查找到其对应的时间开销。
计算所有集合asi完成拓扑分析需要的总的时间开销，具体步骤如下：
步骤1)假定集合as中包含q个元素，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；
步骤2)该节点集合表示为asi，如果节点集合asi中存在重复的节点，则将集合asi中重复的节点删除，同一个节点只保留一个；依据集合asi中支路节点构成的煤矿高压供电系统图统计其包含的支路节点数量ptszni、供电系统级数ptslni，母线最大分段数ptssni、母线节点数量ptsbni和联络开关节点数量ptscni，在时间权重表中查找ptszni、ptslni、、ptssni、ptsbni和ptscni对应的时间开销ki，如果能够找到相应的记录，则节点集合asi对应的时间开销等于ki；如果在时间权重表中找不到相应的记录，则依据集合asi中节点构成的供电系统图，基于关联矩阵计算获得支路节点与支路节点之间的最终供电关系矩阵所需要的时间ki，在时间权重表中增加一条记录，该记录支路节点数量ptszn等于ptszni，供电系统级数ptsln等于ptslni，母线最大分段数ptssn等于ptssni，母线节点数量ptsbn等于ptsbni，联络开关节点数量ptscn等于ptscni，时间开销字段等于ki；执行步骤3)；
步骤3)如果集合as不为空，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；如何集合as为空，则所有集合asi完成拓扑分析需要的总的时间开销
获取系统当前活动线程数a1及系统允许建立的最大线程设置数b1，则允许建立线程数w＝b1－a1，基于负载均衡技术将q个节点集合asi分别加入到h个队列qj中，其中1≤j≤h，h≤w；具体执行步骤如下：
步骤1)、获取系统当前活动线程数a1及系统允许建立的最大线程设置数b1，则允许建立线程数w＝b1－a1；
步骤2)、每个线程平均时间开销
步骤3)、从队列qs中按照先进先出的原则取出一个节点集合，该集合用g表示，该节点集合对应的时间开销用d表示，假定在队列qj中保存的所有节点集合对应的总的时间开销用fj表示，如果(fj+d)>avg，则将节点集合g加入到队列qt中，执行步骤4)；如果(fj+d)≤avg，将节点集合g加入到队列qj中，执行步骤4)；
步骤4)、如果队列qs中仍然有节点集合未被取出，执行步骤3)；如果队列qs中所有节点集合都已被取出，执行步骤5)；
步骤5)、如果队列qt不为空，则将j的数值加1，将队列qt中的所有节点集合按照先进先出的顺序加入到队列qs中，从队列qs中按照先进先出的原则取出一个节点集合，将该节点集合加入到队列qj中，执行步骤3)；如果队列qt为空，则将j的值赋予h，执行步骤6)；
步骤6)、如果h<m，将h的值赋予m，删除队列q1，…，qh中包含的所有节点集合，1≤j≤h，执行步骤2)；如果h和m相等，则q个节点集合asi被分别加入到h个队列qj中，1≤j≤h。
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中保存的每一个节点集合，基于关联矩阵进行并行网络拓扑分析，获得每个节点集合asi对应的最终供电关联矩阵gi(1≤i≤h)；矩阵gi中的第a行第b列的元素用giab表示，如果某支路节点a由支路节点b供电，则giab＝1，反之则giab＝0；在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体步骤如下：
步骤1)、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，j的初始值设置为1；
步骤2)、从空闲线程队列qc中取出一个空闲线程，将队列qj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j<h，将j的数值加1，执行步骤2)；如果j≥h，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qj的繁忙线程，执行该繁忙线程，该线程针对队列qj中包含的每一个节点集合执行步骤6)；
步骤6)、该节点集合用ps表示，对ps中存在的节点基于关联矩阵进行并行网络拓扑分析，获得该节点集合ps对应的最终供电关联矩阵gi(1≤i≤h)；线程执行完毕后，释放该繁忙线程；
在步骤6)中，基于关联矩阵进行并行网络拓扑分析的方法主要是采用文献“单母线分多段运行的矿井高压电网自适应整定计算方法”中的网络拓扑分析模型，该模型依据支路节点开关状态矩阵、联络节点开关状态矩阵、母线节点和联络节点的关联矩阵、母线节点和支路节点的关联矩阵生成支路节点与支路节点之间的最终供电关系矩阵gi。
依据获得的所有供电关联矩阵gi(1≤i≤q)生成整个高压供电系统的最终供电关联矩阵fg；在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体执行步骤如下：
步骤1)、依据关联矩阵gi(1≤i≤q)生成其对应的左侧变换矩阵lgi，假定关联矩阵gi为mi行mi列，变换矩阵lgi为z行mi列；将变换矩阵lgi中所有元素的数值设置为0；针对每个变换矩阵lgi(1≤i≤q)执行步骤2)；
步骤2)、如果i＝1，则将变换矩阵lgi中第q行第q列元素的数值设置为1，其中1≤q≤mi；如果i>1，则将变换矩阵lgi中第
步骤3)、依据关联矩阵gi(1≤i≤q)生成其对应的右侧变换矩阵rgi，变换矩阵rgi为mi行z列；将变换矩阵rgi中所有元素的数值设置为0；针对每个变换矩阵rgi执行步骤4)；
步骤4)、如果i＝1，则将变换矩阵rgi中第q行第q列元素的数值设置为1，其中1≤q≤mi；如果i>1，则将变换矩阵rgi中第q行第
步骤5)、依据供电关联矩阵gi、左侧变换矩阵lgi和右侧变换矩阵rgi(1≤i≤q)生成整个高压供电系统的最终供电关联矩阵fg；最终供电关联矩阵
依据支路节点与支路节点供电关联矩阵fg获得瞬时速断定值小于故障电流的支路节点集合tt，具体步骤如下：
步骤1)、假定所设置的某线路故障点是由支路节点k直接供电的，依据支路节点k在供电关联矩阵fg中对应的行号查找到相应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的所有列号找到对应的支路节点集合sq；sq是受短路故障影响的支路节点序列，在支路节点序列sq中所有元素的故障电流均为所设置故障点当前的短路电流；
步骤2)、针对支路节点序列sq中的每一个支路节点，在瞬时速断定值矢量sd中找到其相应的速断定值，然后将支路节点序列sq中每个元素的故障电流和该元素所设置的瞬时速断定值进行比较，如果故障电流大于瞬时速断定值，则将该元素加入到支路节点集合tt中，tt表示获得的需要跳闸的部分支路节点开关集合。
当tt中某支路节点开关跳闸时，为了能够准确地反映现场环境，由该开关供电的所有下级开关也要全部跳闸；因此需要依据新的开关状态矢量nsk和tt获得因短路故障需要跳闸的所有开关集合ww，依据获得的集合ww将相应开关的状态修改为分闸，执行跳闸操作；具体步骤如下：
步骤1)、针对tt中存在的每一个支路节点，在开关状态矢量sk中将对其相应的开关状态数值修改为0，获得一个新的开关状态矢量nsk；
步骤2)、基于新的开关状态矢量nsk重新计算支路节点与支路节点供电关系的关联矩阵fg；fg即是tt中的支路节点跳闸后，支路节点与支路节点的最终供电关联矩阵ff；
步骤3)、针对每一个支路节点重复如下过程：支路节点i直接给线路i供电，依据支路节点i在最终供电关联矩阵ff中对应的行号找到相应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的每一个列号找到其对应的支路节点集合p，p是所有给线路i供电的支路节点集合；如果集合p中不存在电源支路节点，则将支路节点i加入到ww中；ww是因短路故障需要跳闸的所有支路节点开关集合；
步骤4)、集合ww中所有元素对应的支路节点，如果在sk中的状态为1，则需要将该支路节点的开关状态修改为分闸，执行跳闸操作；最终，依据仿真得到的开关跳闸结果判断在此故障情况下，当前的速断设置是否满足可靠性和选择性要求，以达到速断设置仿真检验的目的。
附图说明
图1是煤矿高压供电系统图。
具体实施方式
在煤矿高压供电系统图中，如果开关用黑色填充，则表示其开关状态为分闸；反之，开关状态为合闸。
在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，开关状态为合闸的电源支路节点的数量有8个，以煤矿高压供电系统电源支路节点为起点，将煤矿高压供电系统支路节点分为n个集合，每个节点集合用si表示，1≤i≤n；则在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，s1＝{x1，x9，x10，x25，x26，x27，<4>，x44，x45}，s2＝{x2，x11，x12，x28，x29，x30，<4>，x46，x47，x48，x49}，s3＝{x3，x13，x14，<3>，x31，x32，x33，x50，x51}，s4＝{x4，x15，x16，<3>，x34，x35，x36，x52，x53}，s5＝{x5，x17，x18，x37，x38，x39}，s6＝{x6，x19，x20}，s7＝{x7，x21，x22，x40，x41}，s8＝{x8，x23，x24，x42，x43}。
在附图1所示的煤矿高压供电系统图中，针对n个节点集合si，其中1≤i≤n，n等于8；如果不同集合中存在相同的联络开关节点，则将这些集合合并；则集合as＝{{x1，x9，x10，x25，x26，x27，<4>，x44，x45，x2，x11，x12，x28，x29，x30，<4>，x46，x47，x48，x49}，{x3，x13，x14，<3>，x31，x32，x33，x50，x51，x4，x15，x16，<3>，x34，x35，x36，x52，x53}，{x5，x17，x18，x37，x38，x39}，{x6，x19，x20}，{x7，x21，x22，x40，x41}，{x8，x23，x24，x42，x43}}。
构造节点时间权重表pts，节点时间权重表中包含六个字段：支路节点数量、供电系统级数、母线最大分段数、母线节点数量、联络开关节点数量和时间开销权重；支路节点数量用ptszn表示，供电系统级数用ptsln表示，母线最大分段数用ptssn表示，母线节点数量用ptsbn表示，联络开关节点数量用ptscn表示，时间开销用ptst表示；依据支路节点数量ptszn、供电系统级数ptsln、母线最大分段数ptssn、母线节点数量ptsbn和联络开关节点数量ptscn，能够在节点时间权重表pts中查找到其对应的时间开销。
计算所有集合asi完成拓扑分析需要的总的时间开销，具体步骤如下：
步骤1)假定集合as中包含q个元素，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；步骤2)该节点集合表示为asi，如果节点集合asi中存在重复的节点，则将集合asi中重复的节点删除，同一个节点只保留一个；依据集合asi中支路节点构成的煤矿高压供电系统图统计其包含的支路节点数量ptszni、供电系统级数ptslni，母线最大分段数ptssni、母线节点数量ptsbni和联络开关节点数量ptscni，在时间权重表中查找ptszni、ptslni、、ptssni、ptsbni和ptscni对应的时间开销ki，如果能够找到相应的记录，则节点集合asi对应的时间开销等于ki；如果在时间权重表中找不到相应的记录，则依据集合asi中节点构成的供电系统图，基于关联矩阵计算获得支路节点与支路节点之间的最终供电关系矩阵所需要的时间ki，在时间权重表中增加一条记录，该记录支路节点数量ptszn等于ptszni，供电系统级数ptsln等于ptslni，母线最大分段数ptssn等于ptssni，母线节点数量ptsbn等于ptsbni，联络开关节点数量ptscn等于ptscni，时间开销字段等于ki；执行步骤3)；
步骤3)如果集合as不为空，从集合as中取出一个节点集合，执行步骤2)；如何集合as为空，则所有集合asi完成拓扑分析需要的总的时间开销
获取系统当前活动线程数a1及系统允许建立的最大线程设置数b1，则允许建立线程数w＝b1－a1，基于负载均衡技术将q个节点集合asi分别加入到h个队列qj中，其中1≤j≤h，h≤w。
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中保存的每一个节点集合，基于关联矩阵进行并行网络拓扑分析，获得每个节点集合asi对应的最终供电关联矩阵gi(1≤i≤h)。
依据获得的所有供电关联矩阵gi(1≤i≤q)生成整个高压供电系统的最终供电关联矩阵fg。
依据支路节点与支路节点供电关联矩阵fg获得瞬时速断定值小于故障电流的支路节点集合tt。
当tt中某支路节点开关跳闸时，为了能够准确地反映现场环境，由该开关供电的所有下级开关也要全部跳闸；因此需要依据新的开关状态矢量nsk和tt获得因短路故障需要跳闸的所有开关集合ww，依据获得的集合ww将相应开关的状态修改为分闸，执行跳闸操作。