一種基于稀疏矩陣技術(shù)快速形成及讀寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣數(shù)據(jù)的方法
【專利摘要】一種基于稀疏矩陣技術(shù)快速形成及讀寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟：構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y陣的數(shù)組Y(n,22)；形成并讀取系統(tǒng)各線路支路數(shù)據(jù)；計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納Yii、Yjj和上三角中i-j節(jié)點(diǎn)間非零元素的互導(dǎo)納Yij，形成僅含對角元素和上三角非零元素的Y陣；將Y陣寫入數(shù)據(jù)文件。本發(fā)明按規(guī)定方式形成、寫入或讀取、計(jì)算和存貯Y陣上三角中對角元素的行下標(biāo)、非零的非對角元素的列下標(biāo)以及相應(yīng)的自導(dǎo)納和互導(dǎo)納值，不但大大減少了大量零元素和下三角元素的存貯空間，因而大大提高了Y陣的形成及Y陣數(shù)據(jù)的讀寫速度，而且存貯方式簡單明了，非常易于后續(xù)程序?qū)陣存貯數(shù)據(jù)的計(jì)算及應(yīng)用。
【專利說明】-種基于稀疏矩陣技術(shù)快速形成及讀寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納 矩陣數(shù)據(jù)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)分析計(jì)算領(lǐng)域，涉及一種快速形成及讀寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納 矩陣數(shù)據(jù)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在大型電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的形成、存貯及讀入過程中，如不考慮節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩 陣Y陣元素的稀疏性和對稱性，會導(dǎo)致大量零元素和對稱元素的存貯以及對稱元素的計(jì) 算，從而造成形成Y陣所需時(shí)間較長、所需存貯空間極大、讀寫相應(yīng)Y陣的數(shù)據(jù)文件耗費(fèi)時(shí) 間較長。
[0003] 傳統(tǒng)的不考慮元素稀疏性的Y陣數(shù)組形式為Y(η，2η)，可存貯Y陣全部元素的數(shù) 值，元素的行、列下標(biāo)直接由元素在Y陣中的位置確定。這種數(shù)組形式簡單直觀，方便對Y 陣數(shù)據(jù)的處理，但由于大量零元素的存貯而占據(jù)極大的存貯空間。
[0004] 傳統(tǒng)的考慮元素稀疏性Y陣的數(shù)組形式多樣，可以省略大量零元素的存貯單元， 但Y陣元素的存貯方式及存貯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時(shí)也未利用Y陣的對稱性，盡管元素存貯效力較 高,但對Y陣數(shù)據(jù)的處理并不方便。
[0005] 因此考慮元素稀疏性及對稱性的存貯方式不但可大幅節(jié)省存貯單元，而且可減少 形成Y陣所需時(shí)間、以及對Y陣數(shù)據(jù)文件的讀寫時(shí)間。目前，電力系統(tǒng)計(jì)算中稀疏矩陣技術(shù) 運(yùn)用很廣，矩陣的存貯方案也很多，如按坐標(biāo)存貯、按順序存貯、按鏈表存貯等等。盡管這些 存貯方式可以省去不少存貯單元，但還沒有達(dá)到最優(yōu)效果，而且這些存貯方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且 對角元素與非對角元素分開存貯也使得存取過程繁瑣，不利于對Y陣的數(shù)據(jù)處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于稀疏矩陣技術(shù)快速形成及讀 寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣數(shù)據(jù)的方法。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y陣的數(shù)組Y(η，22)。
[0010] 本發(fā)明根據(jù)電力系統(tǒng)每個節(jié)點(diǎn)一般最多和6條支路相連的原則，同時(shí)考慮Y陣數(shù) 組元素的對稱性，定義Y陣數(shù)組為Y(η，22)，并按規(guī)定方式計(jì)算和存貯Y陣上三角中對角元 素的行下標(biāo)、非零的非對角元素的列下標(biāo)、以及相應(yīng)的自導(dǎo)納和互導(dǎo)納值、各節(jié)點(diǎn)連接的支 路數(shù)三組數(shù)據(jù)，不但省去了大量非零元素和下三角元素的存貯，并且存貯方式簡單直觀，所 建立的數(shù)據(jù)文件的讀寫速度極快，也可直接寫入傳統(tǒng)的不考慮元素稀疏性的Y陣數(shù)組進(jìn)行 后續(xù)消元等計(jì)算。
[0011] 定義Y陣數(shù)組為Y(η，22)，主要是考慮任一節(jié)點(diǎn)可能最多與6條支路相連，將其列 數(shù)分為3組。
[0012] 第1組："支路累加計(jì)數(shù)列S"，提供與相應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接的支路數(shù)，位于第1列，其數(shù)值 Si由程序自動累加，以保證準(zhǔn)確讀取與相應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接的支路數(shù)，進(jìn)一步節(jié)省存貯空間；
[0013] 第2組："父節(jié)點(diǎn)組"，提供自導(dǎo)納的行號i和參數(shù)，共3列，位于第2?4列； [0014] 第3組："子節(jié)點(diǎn)組"，提供i〈j的互導(dǎo)納的列號j和參數(shù)，最多提供6條與"父節(jié) 點(diǎn)"相連的"子節(jié)點(diǎn)"的列號和參數(shù)，共3*6 = 18列，位于第5?22列，其中第5、8、11、14、 17、20列存放與"父節(jié)點(diǎn)組"節(jié)點(diǎn)相連接的子節(jié)點(diǎn)的列號，其余存放相應(yīng)的互導(dǎo)納參數(shù)。
[0015] "父節(jié)點(diǎn)"有幾條支路與"子節(jié)點(diǎn)"相連則，則"子節(jié)點(diǎn)組"就有幾組數(shù)據(jù)。如"子節(jié) 點(diǎn)組"有3條支路，則"子節(jié)點(diǎn)組"就只有3*3 = 9列數(shù)據(jù)。所以"子節(jié)點(diǎn)組"的數(shù)據(jù)一般未 存滿18列，而"支路累加計(jì)數(shù)列S"的作用就是幫助提高對數(shù)據(jù)的讀取效率。
[0016] 步驟2 :按規(guī)定方式形成并讀取系統(tǒng)各線路支路數(shù)據(jù)；
[0017] 形成和讀取支路數(shù)據(jù)（I、J、R、X、K)時(shí)要求按節(jié)點(diǎn)號i〈j以及的 方式，以便確保僅形成Y陣的對角元素和上三角元素。
[0018] 步驟3 :計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納Y"、Yu和上三角中i-j節(jié)點(diǎn)間的非零元素的互導(dǎo)納 Yij,形成僅含對角元素和上三角非零元素的Y陣；
[0019] 步驟3中具體實(shí)施過程如下：
[0020] (DY陣中第1列、"支路累加計(jì)數(shù)列S"的S值幫助確定第i行（或第i節(jié)點(diǎn)）有 幾條支路相連，以便準(zhǔn)確讀寫與i節(jié)點(diǎn)有關(guān)的互導(dǎo)納YiP但不包括Yji。
[0021] (2)根據(jù)1條i-j節(jié)點(diǎn)間的支路數(shù)據(jù)求取i、j節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納Yn、Yjj,對角元的行 下標(biāo)i、j作為"父節(jié)點(diǎn)"始終存放在Y陣第i、j行的第2列，相應(yīng)的電導(dǎo)gii、gM及電納bii、 屯存放在第3?4列；如果在第i、j行的第2列上已經(jīng)存有i、j值，則相應(yīng)的電導(dǎo)gii、gjj 及電納1^、屯要與原來存放在第3?4列的電導(dǎo)f 及電納V 進(jìn)行累 加。
[0022] (3)根據(jù)該支路數(shù)據(jù)求取i-j節(jié)點(diǎn)間的互導(dǎo)納Yij，第1次出現(xiàn)的J1節(jié)點(diǎn)下標(biāo)存放 在Y陣第i行的第5列，相應(yīng)的電導(dǎo)gu、電納bu存放在第6?7列；第2次出現(xiàn)的j2節(jié) 點(diǎn)下標(biāo)存放在第8列，相應(yīng)的電導(dǎo)gu2、電納bu2存放在第9?10列；依此類推。
[0023] (4)計(jì)算完成Y陣中所有對角元素和上三角的非零元素，得到僅含對角元素和上 三角非零元素的Y陣。
[0024] 表1為本發(fā)明考慮元素稀疏性時(shí)Y陣元素的形成及存貯形式。
[0025] 表1本發(fā)明考慮元素稀疏性時(shí)Y陣元素的形成及存貯形式
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于稀疏矩陣技術(shù)快速形成及讀寫電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣數(shù)據(jù)的方法，其特征 是包括以下步驟： 步驟1 :構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y陣的數(shù)組Y (n，22); 定義Y陣數(shù)組為Y (n，22)，將其列數(shù)分為3組，計(jì)算和存貯Y陣上三角中對角元素的行 下標(biāo)、非零的非對角元素的列下標(biāo)、以及相應(yīng)的自導(dǎo)納和互導(dǎo)納值、各節(jié)點(diǎn)連接的支路數(shù)三 組數(shù)據(jù)； 第1組："支路累加計(jì)數(shù)列S"，提供與相應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接的支路數(shù)，位于第1列，其數(shù)值Si 由程序自動累加； 第2組："父節(jié)點(diǎn)組"，提供自導(dǎo)納的行號i和參數(shù)，共3列，位于第2?4列； 第3組："子節(jié)點(diǎn)組"，提供i〈j的互導(dǎo)納的列號j和參數(shù)，最多提供6條與"父節(jié)點(diǎn)"相 連的"子節(jié)點(diǎn)"的列號和參數(shù)，共3*6 = 18列，位于第5?22列，其中第5、8、11、14、17、20 列存放與"父節(jié)點(diǎn)組"節(jié)點(diǎn)相連接的子節(jié)點(diǎn)的列號，其余存放相應(yīng)的互導(dǎo)納參數(shù)； 步驟2 :形成并讀取系統(tǒng)各線路支路數(shù)據(jù)； 形成和讀取支路數(shù)據(jù)（I、J、R、X、K)時(shí)按節(jié)點(diǎn)號i〈j以及 確保僅形成Y陣的對角元素和上三角元素； 步驟3 :計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納Yn、Yu和上三角中i-j節(jié)點(diǎn)間非零元素的互導(dǎo)納Yij，形 成僅含對角元素和上三角非零元素的Y陣； 具體過程如下： (DY陣中第1列、"支路累加計(jì)數(shù)列3"的Si值幫助確定第i行（或第i節(jié)點(diǎn)）有幾條 支路相連，以便準(zhǔn)確讀寫與i節(jié)點(diǎn)有關(guān)的互導(dǎo)納Yij ; (2) 根據(jù)1條i-j節(jié)點(diǎn)間的支路數(shù)據(jù)求取i、j節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納Y"、Y#對角元的行下標(biāo) i、j作為"父節(jié)點(diǎn)"始終存放在Y陣第i、j行的第2列，相應(yīng)的電導(dǎo)gii、gu及電納I3ii、屯存 放在第3?4列；如果在第i、j行的第2列上已經(jīng)存有i、j值，則相應(yīng)的電導(dǎo)g n、gj及電 納h、屯要與原來存放在第3?4列的電導(dǎo)f ipg' j及電納V V μ進(jìn)行累加； (3) 根據(jù)該支路數(shù)據(jù)求取i-j節(jié)點(diǎn)間的互導(dǎo)納Yij，第1次出現(xiàn)的J1節(jié)點(diǎn)下標(biāo)存放在Y 陣第i行的第5列，相應(yīng)的電導(dǎo)gu、電納bu存放在第6?7列；第2次出現(xiàn)的j2節(jié)點(diǎn)下 標(biāo)存放在第8列，相應(yīng)的電導(dǎo) gi，j2、電納\j2存放在第9?10列；依此類推； (4) 計(jì)算完成Y陣中所有對角元素和上三角的非零元素，得到僅含對角元素和上三角 非零元素的Y陣； 步驟4:將Y陣寫入數(shù)據(jù)文件。
【文檔編號】G06F9/38GK104317553SQ201410539178
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】陳懇, 萬新儒, 汪亞茜, 彭麗君 申請人:南昌大學(xué)