基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法，包括如下步驟：基于量子糾纏特性和礦井高壓電網(wǎng)特點(diǎn)，生成高壓開關(guān)綜保裝置故障狀態(tài)矢量P；然后依據(jù)單向圖的連通性，由關(guān)聯(lián)矩陣A和B及開關(guān)閉合狀態(tài)S計(jì)算支路節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)供電關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣E；最后，依據(jù)矩陣E和狀態(tài)矢量P完成礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置的自動(dòng)識(shí)別。本發(fā)明將基于量子糾纏特性傳輸故障信息，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)判斷各個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置是否出現(xiàn)了過流故障；然后監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前各綜保裝置的過流故障信息和基于關(guān)聯(lián)矩陣獲取的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)短路故障點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別，以便監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)快速地排除短路故障。
【專利說明】基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法，屬于煤 礦高壓供電網(wǎng)絡(luò)故障定位領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)?shù)V井高壓供電網(wǎng)絡(luò)中的高壓線路發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)榫鹿╇娋€路距離短， 會(huì)造成因短路故障引起的越級(jí)跳間，導(dǎo)致礦井高壓電網(wǎng)停電面積擴(kuò)大的問題；因此，對(duì)于地 面監(jiān)控系統(tǒng)來說，在井下線路發(fā)生短路故障時(shí)，如果能夠?qū)Χ搪饭收系奈恢眠M(jìn)行快速定位， 就能及時(shí)切斷短路故障點(diǎn)，避免發(fā)生大面積停電。
[0003] 文獻(xiàn)"基于數(shù)字化變電站技術(shù)的煤礦井下防越級(jí)跳間方案研究"中提出了數(shù)字 化變電站方案，把所有的高壓開關(guān)綜保裝置通過光纖、W太網(wǎng)交換機(jī)連接到數(shù)字化變電站 的主機(jī)、GI^S校時(shí)等裝置上；當(dāng)高壓開關(guān)綜保裝置控制的線路發(fā)生故障時(shí)，將故障信息W GOOSE報(bào)文的形式傳輸?shù)阶冸娬局鳈C(jī)上，由主機(jī)根據(jù)高壓開關(guān)綜保裝置的級(jí)聯(lián)關(guān)系判斷出 區(qū)內(nèi)或者區(qū)外故障；當(dāng)判斷出區(qū)內(nèi)故障時(shí)，讓離故障點(diǎn)最近的高壓開關(guān)跳間；該方案對(duì)通 訊系統(tǒng)要求較高，如果通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障將導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大甚至造成整個(gè)系統(tǒng)的痛疾； 同時(shí)，將故障信息傳送到變電所主機(jī)也需要一定的時(shí)間，延時(shí)較大，造成故障信息在光纖網(wǎng) 絡(luò)中傳輸時(shí)存在時(shí)延不穩(wěn)定的問題。
[0004] 本發(fā)明提出的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法，通過引 入量子通信技術(shù)來有效解決故障信息傳輸時(shí)延問題；已有的量子隱形傳態(tài)方案不能直接 用于實(shí)現(xiàn)短路故障信息的傳送，因其需要使用經(jīng)典信道，將導(dǎo)致故障信息傳輸延時(shí)過大，使 地面電力監(jiān)控系統(tǒng)不能及時(shí)獲取短路故障所在的位置，無法對(duì)短路故障進(jìn)行快速及時(shí)的處 理；本發(fā)明將在電力監(jiān)控系統(tǒng)和每個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置上分別建立相應(yīng)的量子模塊，基于 量子糾纏特性傳輸故障信息，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)判斷各個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置 是否出現(xiàn)了過流故障；然后監(jiān)控系統(tǒng)基于關(guān)聯(lián)矩陣獲取礦井高壓供電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，依據(jù)當(dāng)前各綜保裝置的過流故障信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)短路故障點(diǎn)的自動(dòng)定位，最 終確定當(dāng)前的短路故障是由哪個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置控制的線路產(chǎn)生的，W便監(jiān)控系統(tǒng)能夠 及時(shí)快速地排除短路故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于量子糾纏特性和礦井高壓電網(wǎng)特點(diǎn)，使地面電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速地獲取當(dāng) 前礦井高壓電網(wǎng)中發(fā)生過流故障的所有高壓開關(guān)綜保裝置集合，具體步驟如下： (1)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)可使用光纖線路對(duì)高壓開關(guān)的分合間狀態(tài)、保護(hù)定值等進(jìn)行設(shè) 置，也會(huì)W周期輪詢的方式獲取高壓開關(guān)綜保裝置狀態(tài)；將光纖在獲取狀態(tài)和下發(fā)配置的 過程中稱之為忙時(shí)；當(dāng)其沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，稱其為閑時(shí)；利用光纖的空閑時(shí)間，在電力監(jiān)控 系統(tǒng)和每個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置之間分發(fā)相應(yīng)的糾纏量子對(duì)；如果在煤礦井下高壓電網(wǎng)中存 在n個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置，在光纖通道空閑的時(shí)間，EPR分配中也一次制備個(gè)糾纏量 子對(duì)，EPR分配中也將其中任意的q個(gè)糾纏量子對(duì)稱之為基本分配序列；EPR分配中也針對(duì) 制備所得的第i (1^ )個(gè)基本分配序列，將其中的q個(gè)粒子分配給電力監(jiān)控系統(tǒng)，而將 與其處于糾纏狀態(tài)的另外q個(gè)粒子分配給第i個(gè)綜保裝置，具體分配過程如附圖1所示； (2) 在電力監(jiān)控系統(tǒng)和第i個(gè)綜保裝置得到的第i個(gè)（1苗)基本分配序列中包含q 個(gè)糾纏量子對(duì)，假定其中的第k 個(gè)糾纏量子對(duì)的糾纏態(tài)為= (陽陽） ;初始時(shí)刻f = 〇,綜保裝置每間隔周期T的時(shí)間就會(huì)判斷一次當(dāng)前是否發(fā)生了過流故 障；假定在第k個(gè)測(cè)量周期，綜保裝置檢測(cè)到發(fā)生了過流故障，綜保裝置將制備一個(gè) 粒子I妨，且I麵=古〇>+是巧；然后該綜保裝置采用Bell基I戶;H去和 礦;(陽|0)±|1}|巧對(duì)新制各的粒子|自> 和綜保裝置預(yù)先保存的第k個(gè)糾纏粒子在時(shí)刻 t = 進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為：

【權(quán)利要求】
1. 基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所描述的 短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法包括如下步驟： 步驟11，基于量子糾纏特性和礦井高壓電網(wǎng)特點(diǎn)，使地面電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速地獲 取當(dāng)前礦井高壓電網(wǎng)中發(fā)生過流故障的所有高壓開關(guān)綜保裝置集合； 步驟12,監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前測(cè)量周期所獲得的高壓開關(guān)綜保裝置發(fā)生過流故障的情 況，生成高壓開關(guān)綜保裝置故障狀態(tài)矢量P; 步驟13,監(jiān)控系統(tǒng)以變電所母線為母線節(jié)點(diǎn)、以高壓開關(guān)連接的支路作為支路節(jié)點(diǎn)，如 果母線節(jié)點(diǎn)有m個(gè)，支路節(jié)點(diǎn)有n個(gè)，則依據(jù)礦井高壓電網(wǎng)圖中電氣設(shè)備之間的連接關(guān)系生 成母線節(jié)點(diǎn)和支路節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣A(m行n列，以母線節(jié)點(diǎn)順序號(hào)為行號(hào)，以支路節(jié)點(diǎn)順 序號(hào)為列號(hào)）和B(n行m列，以支路節(jié)點(diǎn)順序號(hào)為行號(hào)，以母線節(jié)點(diǎn)順序號(hào)為列號(hào)）； 步驟14,在礦井高壓電網(wǎng)中，監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)支路節(jié)點(diǎn)上高壓開關(guān)的開閉狀態(tài)，生成支路 節(jié)點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)矢量S; 步驟15,監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)單向圖的連通性，由關(guān)聯(lián)矩陣A和B及開關(guān)閉合狀態(tài)S計(jì)算支路 節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)供電關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣E(n行n列）； 步驟16,監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)支路節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)的最終供電關(guān)聯(lián)矩陣E和高壓開關(guān)綜保裝 置故障狀態(tài)矢量P完成礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置的自動(dòng)識(shí)別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法， 其特征在于，在步驟11中，主要進(jìn)行如下步驟： 步驟21、煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)可使用光纖線路對(duì)高壓開關(guān)的分合閘狀態(tài)、保護(hù)定值等 進(jìn)行設(shè)置，也會(huì)以周期輪詢的方式獲取高壓開關(guān)綜保裝置狀態(tài)；將光纖在獲取狀態(tài)和下 發(fā)配置的過程中稱之為忙時(shí)；當(dāng)其沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，稱其為閑時(shí)；利用光纖的空閑時(shí)間， 在電力監(jiān)控系統(tǒng)和每個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置之間分發(fā)相應(yīng)的糾纏量子對(duì)；如果在煤礦井下 高壓電網(wǎng)中存在n個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置，在光纖通道空閑的時(shí)間，EPR分配中心一次制備 個(gè)糾纏量子對(duì)，EPR分配中心將其中任意的q個(gè)糾纏量子對(duì)稱之為基本分配序列；EPR 分配中心針對(duì)制備所得的第i(IASn)個(gè)基本分配序列，將其中的q個(gè)粒子分配給電力監(jiān) 控系統(tǒng)，而將與其處于糾纏狀態(tài)的另外q個(gè)粒子分配給第i個(gè)綜保裝置； 步驟22、在電力監(jiān)控系統(tǒng)和第i個(gè)綜保裝置得到的第i個(gè)（ISA)基本分配 序列中包含q個(gè)糾纏量子對(duì)，假定其中的第k 個(gè)糾纏量子對(duì)的糾纏態(tài)為

步驟23、電力監(jiān)控系統(tǒng)在f= + 時(shí)刻，針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)保存的與該 綜保裝置對(duì)應(yīng)的第k個(gè)糾纏粒子進(jìn)行測(cè)量，以確保電力監(jiān)控系統(tǒng)在測(cè)量之前，相應(yīng)的 綜保裝置已經(jīng)完成了聯(lián)合測(cè)量；電力監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果如下：如果該粒子量子態(tài)為
可以確定該綜保裝置發(fā)生了過流故障；如果測(cè)量得到的第k個(gè)粒子的量子態(tài)為|〇>或丨1>，則 說明在該段時(shí)間間隔內(nèi)綜保裝置沒有進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，由此可以確定在該段時(shí)間間隔內(nèi)沒有 過流故障。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法， 其特征在于，在步驟12中，P包含n個(gè)元素，元素的序號(hào)對(duì)應(yīng)高壓開關(guān)支路節(jié)點(diǎn)的順序號(hào)， 高壓開關(guān)連接的支路作為支路節(jié)點(diǎn)；在P中，相應(yīng)的高壓開關(guān)支路節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到過流故障，對(duì) 應(yīng)元素值為1 ;反之，則為0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法， 其特征在于，生成母線節(jié)點(diǎn)和支路節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣A和B，在步驟13中，主要進(jìn)行如下步 驟： 步驟41、在生成關(guān)聯(lián)矩陣A的過程中，如果母線節(jié)點(diǎn)1是由支路節(jié)點(diǎn)（1)供電的，則母 線節(jié)點(diǎn)1和支路節(jié)點(diǎn)（1)在關(guān)聯(lián)矩陣A中相應(yīng)的位置為1，否則為0 ; 步驟42、在生成關(guān)聯(lián)矩陣B的過程中，如果支路節(jié)點(diǎn)（1)是由母線節(jié)點(diǎn)1供電的，則支 路節(jié)點(diǎn)（1)和母線節(jié)點(diǎn)1在關(guān)聯(lián)矩陣B中相應(yīng)的位置為1，否則為0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法， 其特征在于，在步驟14中，監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)支路節(jié)點(diǎn)上高壓開關(guān)的開閉狀態(tài)，生成支路節(jié)點(diǎn) 開關(guān)狀態(tài)矢量S，S包含n個(gè)元素；在S中，開關(guān)狀態(tài)閉合，對(duì)應(yīng)元素值為1 ;反之，則為0。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方法， 其特征在于，監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)單向圖的連通性，由關(guān)聯(lián)矩陣A和B及開關(guān)閉合狀態(tài)S計(jì)算支路 節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)供電關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣E，在步驟15中，主要進(jìn)行如下步驟： 步驟61、將S中的每個(gè)元素和矩陣A中每行的n個(gè)元素進(jìn)行與運(yùn)算后得到母線節(jié)點(diǎn)和 支路節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣NA(m行n列);將S中的每個(gè)元素和矩陣B中每列的n個(gè)元素進(jìn)行與 運(yùn)算后得到支路節(jié)點(diǎn)和母線節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣NB(n行m列）； 步驟62、依據(jù)單向圖的連通性，將關(guān)聯(lián)矩陣NB和關(guān)聯(lián)矩陣NA做乘法運(yùn)算，得到原始的 第1級(jí)支路節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)供電關(guān)聯(lián)矩陣C; 步驟63、依據(jù)矩陣C和修正矩陣匪得到第1級(jí)的支路節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)供電關(guān)聯(lián)矩陣NC； 步驟64、將矩陣NC和自身做矩陣乘法運(yùn)算，得到一個(gè)新的矩陣D; 步驟65、比較矩陣D和矩陣NC是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，則將矩陣D的值賦予矩陣NC，重復(fù)執(zhí)行步驟（64);反之，如果D和NC相同，則計(jì)算所得的矩陣D即是支路節(jié)點(diǎn)與支路 節(jié)點(diǎn)供電關(guān)聯(lián)矩陣E。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子通信的礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置自動(dòng)識(shí)別方 法，其特征在于，監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)支路節(jié)點(diǎn)與支路節(jié)點(diǎn)的最終供電關(guān)聯(lián)矩陣E和高壓開關(guān)綜 保裝置故障狀態(tài)矢量P完成礦井高壓電網(wǎng)短路故障位置的自動(dòng)識(shí)別，在步驟16中，主要進(jìn) 行如下步驟： 步驟71、將關(guān)聯(lián)矩陣E中每列的n個(gè)元素和高壓開關(guān)綜保裝置故障狀態(tài)矢量P的n個(gè) 元素做二進(jìn)制與運(yùn)算，得到關(guān)聯(lián)矩陣F; 步驟72、將關(guān)聯(lián)矩陣F中每行的n個(gè)元素和高壓開關(guān)綜保裝置故障狀態(tài)矢量P的n個(gè) 元素做二進(jìn)制與運(yùn)算，得到關(guān)聯(lián)矩陣G，G表示發(fā)生過流故障的支路節(jié)點(diǎn)之間的供電關(guān)系； 步驟73、針對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣G的每一行，查找該行中元素值為1的所有列對(duì)應(yīng)的支路節(jié)點(diǎn)集 合；假定第i行(199 )中元素值為1的所有列對(duì)應(yīng)的支路節(jié)點(diǎn)集合用Oi表示； 步驟74、針對(duì)獲得的支路節(jié)點(diǎn)集合，如果集合(^包含集合0p則刪除集合(^_;對(duì)于獲得 的所有支路節(jié)點(diǎn)集合相互間不斷進(jìn)行比較，直到剩下的集合中相互間不再存在包含關(guān)系為 止； 步驟75、最終依據(jù)獲得的支路節(jié)點(diǎn)集合對(duì)應(yīng)的行號(hào)查找其對(duì)應(yīng)的支路節(jié)點(diǎn)，所獲得的 支路節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高壓開關(guān)直接控制的線路即是發(fā)生短路故障的線路。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104502799SQ201410771506
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王新良, 楊茜惠, 靳翔, 蔡曉旭, 李自強(qiáng) 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)