基于色流仿真技术的监控系统设计与实现

论文摘要

电气化铁道运输提速,对牵引供电系统及设备提出了更高的安全可靠性要求。电气设备的停电预防性检修由于诸多客观原因,并不能完全杜绝设备在运行中发生事故。为了能够有效地提高系统的安全性,降低由于人为因素带来的风险,本文引入了色流以及色流电路图的概念,旨在能够通过使用不同的颜色对运行电路中各部分线路的电压电位状态进行区别表示,为用户提供一个方便、直观的电路实时监控解决方案。本文首先介绍了色流的相关概念,结合电路的实际运行特点对色流仿真的实现要求和技术进行了分析,并在此基础上提出了色流逻辑计算的数学模型。色流数学模型表明,色流扩散的规律决定了色流算法必须立足于对单位逻辑线路之间的连通性的考察的基础之上。但是由于实际运行电路中多通路以及多个关键线路的共存问题的存在,使得难于对电路中任意单位逻辑线路之间的连通性进行考察。针对这两个难点,介绍了两种基于不同思想的色流算法——基于近邻扩散的色流算法和基于连通子图的色流算法,并对其进行了评价和比较。其次,根据色流仿真监控系统的需求,设计并实现了一个实用的色流仿真电路监控系统,介绍了一个切实可行的色流仿真显示方案及其实现过程。最后,对色流仿真电路监控系统在郭家窑变电所的应用及测试情况进行了简要介绍,对本文的工作进行了总结,并对今后的研究方向进行了展望。课题的最终研究成果是:设计了一个基于色流仿真技术的电路实时监控系统,并采用基于近邻扩散的色流算法实现了郭家窑变电所运行监测与管理系统。我们重点对色流算法进行了深入研究,提出了两种不同思想的色流算法,该算法是整个监控系统的核心。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图列表
• 表格列表
• 第一章引言
• 1.1 研究意义和背景
• 1.2 相关文献综述
• 1.3 作者主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 1.5 小结
• 第二章“色流”概念及其实现要求
• 2.1 色流的基本概念
• 2.2 色流仿真实现的基本要求
• 2.2.1 设备状态采集
• 2.2.2 色流逻辑计算
• 2.2.2.1 接地逻辑计算
• 2.2.2.2 带电逻辑计算
• 2.2.2.3 接地逻辑计算和带电逻辑计算的比较
• 2.2.3 色流仿真显示
• 2.3 变压器对色流实现的特殊要求
• 2.3.1 变压器的基本工作原理
• 2.3.2 变压器的构成及电压转换
• 2.3.3 变压器对色流实现的影响
• 2.3.3.1 变压器对线路色流逻辑状态的传递作用
• 2.3.3.2 变压器对色流逻辑计算的特殊要求
• 2.3.3.3 变压器对色流仿真显示的影响
• 2.4 小结
• 第三章色流算法设计基础
• 3.1 色流算法的基本要求
• 3.2 单位逻辑线路及其划分
• 3.3 色流数学模型
• 3.4 色流算法设计的难点
• 3.4.1 电路中的多路性问题
• 3.4.2 多个关键线路共存
• 3.5 小结
• 第四章基于近邻扩散的色流算法设计
• 4.1 算法描述
• 4.1.1 近邻扩散的基本思想
• 4.1.2 逻辑状态表达式
• 4.1.3 算法流程
• 4.1.4 循环访问的必要性讨论
• 4.1.5 循环结束条件
• 4.2 算法评价
• 4.2.1 难以确定最优的线路访问顺序
• 4.2.2 最大循环访问次数难以确定
• 4.2.3 灵活性较差
• 4.3 两点改进措施
• 4.3.1 近邻关系的扩展
• 4.3.2 循环结束条件的优化
• 4.4 小结
• 第五章基于连通子图的色流算法设计
• 5.1 重新设计色流算法的必要性讨论
• 5.2 图与色流算法
• 5.2.1 图的相关知识
• 5.2.2 图与色流对象之间的联系
• 5.2.3 图的遍历与色流扩散之间的联系
• 5.3 算法描述
• 5.3.1 邻接关系维护
• 5.3.1.1 初始化阶段
• 5.3.1.2 日常维护阶段
• 5.3.1.3 动态调整阶段
• 5.3.2 色流扩散
• 5.3.2.1 色流扩散算法的特点
• 5.3.2.2 对色流扩散的方向性考虑
• 5.3.2.3 算法流程
• 5.3.3 快速反应机制
• 5.4 算法评价
• 5.4.1 算法的主要优点
• 5.4.1.1 连通性表述
• 5.4.1.2 对变压器的抽象处理
• 5.4.1.3 松散耦合关系
• 5.4.2 算法的主要缺点
• 5.4.2.1 算法的空间复杂度较大
• 5.4.2.2 算法的效率可能会受到影响
• 5.1 小结
• 第六章色流仿真电路监控系统的实现
• 6.1 色流仿真电路监控系统结构
• 6.1.1 后台色流监测模块
• 6.1.1.1 设备状态采集模块
• 6.1.1.2 色流逻辑计算模块
• 6.1.2 数据库接口
• 6.1.3 色流仿真显示模块
• 6.2 图的存储结构的选择
• 6.2.1 邻接矩阵
• 6.2.2 邻接表
• 6.2.3 多重邻接表
• 6.2.4 需要考虑的因素
• 6.2.5 对三种不同存储结构的评价
• 6.3 数据库接口
• 6.3.1 基本状态表
• 6.3.1.1 开关状态表
• 6.3.1.2 地线状态表
• 6.3.1.4 线路状态表
• 6.3.2 碎片定义表
• 6.4 色流仿真显示实现
• 6.4.1 电路图分块
• 6.4.2 碎片修改与存储
• 6.4.3 重组框架设定
• 6.4.4 色流电路图的动态显示
• 6.5 小结
• 第七章系统应用及测试
• 7.1 系统需求特点
• 7.2 系统硬件架构
• 7.3 系统软件结构
• 7.4 系统测试及运行情况
• 7.4.1 系统测试
• 7.4.2 系统运行情况
• 7.5 小结
• 第八章结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及获奖情况