專利名稱：基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)公式的并行計(jì)算方法，屬于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，公式計(jì)算一般是在一臺(tái)服務(wù)器上串行計(jì)算，而且所有公式的優(yōu)先級(jí)即計(jì)算順序一般是人為指定。這種運(yùn)算和管理機(jī)制導(dǎo)致公式計(jì)算所需時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載高，自動(dòng)化人員的維護(hù)工作量大，且人工維護(hù)容易導(dǎo)致公式計(jì)算順序配置不正確，計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。一旦公式數(shù)量達(dá)到數(shù)千條以上，串行計(jì)算模式可能不再滿足電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，人工指定計(jì)算順序也無法保證正確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種并行的電力系統(tǒng)公式運(yùn)算管理方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)公式進(jìn)行環(huán)檢測(cè)、自動(dòng)指定公式的優(yōu)先級(jí)、對(duì)公式進(jìn)行分組。本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于，包括以下步驟
1)公式依賴關(guān)系的初始化讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的公式定義表，再根據(jù)公式中操作數(shù)的賦值和引用關(guān)系確定任意兩條公式間的依賴關(guān)系；
2)依賴關(guān)系初始化完成后，通過對(duì)整個(gè)有向圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，自動(dòng)判斷是否有環(huán)狀依賴關(guān)系；
3)當(dāng)不存在環(huán)狀依賴關(guān)系后，此有向圖為有向無環(huán)圖(DAG)，對(duì)此有向圖進(jìn)行拓?fù)渑判?，可自?dòng)生成所有公式的計(jì)算優(yōu)先級(jí)；
4 )對(duì)此有向無環(huán)圖同構(gòu)的無向圖運(yùn)行分組算法。在所述步驟1)中，定義公式等號(hào)左邊的操作數(shù)為被賦值，等號(hào)右邊的操作數(shù)為被引用，操作數(shù)均為來自其他數(shù)據(jù)庫(kù)表中的某個(gè)區(qū)域的某個(gè)廠站的電壓值、有功值等方式數(shù)據(jù)，如果同一個(gè)操作數(shù)在公式A中被賦值，在公式B中被引用，則必須先計(jì)算公式A后計(jì)算公式B才能獲得正確結(jié)果，則定義此種情況為公式B依賴于公式A。在所述步驟幻中，在深度優(yōu)先遍歷(DFS)的過程中，若遇到指向任何曾經(jīng)訪問過的頂點(diǎn)的回邊，即為有環(huán)，因?yàn)槿魏位剡叾紝儆谶@條回邊及連接這兩個(gè)頂點(diǎn)的路徑組成的環(huán)。同時(shí)深度優(yōu)先遍歷(DFS)是改進(jìn)后的帶深度參數(shù)的算法，當(dāng)找到一條環(huán)回路時(shí)可很容易的得到環(huán)上的所有頂點(diǎn)，可打印構(gòu)成環(huán)狀依賴關(guān)系的所有公式，由電力系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行修改。在所述步驟3)中，拓?fù)渑判虿捎脠D論中的基于源點(diǎn)隊(duì)列的拓?fù)渑判蛩惴ǎ攵葹榱愕捻旤c(diǎn)即為源點(diǎn)，用入度向量記錄各頂點(diǎn)的入度，用隊(duì)列記錄源點(diǎn)，首先通過對(duì)DAG做一次遍歷初始化該隊(duì)列，然后，完成下面操作，直至源點(diǎn)隊(duì)列為空
a)從隊(duì)列中輸出并刪除一個(gè)源點(diǎn)，并標(biāo)記；b)對(duì)于已刪除頂點(diǎn)的各條邊，在入度向量中對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)元素減1；
c)若某元素入度為零，則加入源點(diǎn)隊(duì)列。在所述步驟4)中，在公式依賴關(guān)系的初始化階段，也同時(shí)生成一個(gè)與將前面的有向無環(huán)圖(DAG)同構(gòu)的無向圖，根據(jù)無向圖的連通性的定義，對(duì)一個(gè)頂點(diǎn)求得與之連通的所有頂點(diǎn)，即得到相互之間有依賴關(guān)系的公式的一個(gè)分組，將得到的所有分組按一定負(fù)載均衡的策略分布到不同的服務(wù)器上計(jì)算，最后回收結(jié)果，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)劃分的公式并行計(jì)算。本發(fā)明的電力系統(tǒng)公式自動(dòng)化并行計(jì)算的圖論方法在進(jìn)行電力系統(tǒng)公式計(jì)算過程中通用性強(qiáng)、快速、可靠。上述步驟均由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，能夠運(yùn)行在各種UNIX和LiMDuWindows操作系統(tǒng)上，且不依賴任何除服務(wù)器以外的硬件設(shè)備。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
本發(fā)明通過以上步驟，可達(dá)以下技術(shù)效果1、自動(dòng)判斷并顯示環(huán)狀依賴關(guān)系，便于自動(dòng)化人員處理此種異常情況；2、自動(dòng)生成所有公式的計(jì)算優(yōu)先級(jí)，不需要人工指定；3、生成公式間的依賴關(guān)系支持增量算法，顯著提高了自動(dòng)化人員新增公式的效率；4、自動(dòng)對(duì)所有公式進(jìn)行分組，支持公式的并行計(jì)算；5、處理速度快，可支持公式數(shù)目一萬條以下的規(guī)模； 6、通用性強(qiáng)，適用于電力系統(tǒng)中所有類型的公式，且可運(yùn)行在各種軟件和硬件平臺(tái)上。綜上所述，本發(fā)明是一種通用性強(qiáng)、快速、可靠的電力系統(tǒng)公式計(jì)算方法。


圖Ia是本發(fā)明中表示存儲(chǔ)公式依賴關(guān)系的鄰接表圖； 圖Ib是表示依賴關(guān)系的有向圖加是本發(fā)明中有向圖G的DFS森林； 圖2b是本發(fā)明中有向圖G的前序和后序編號(hào)； 圖2c是本發(fā)明中有向圖G的邊的類型示例圖； 圖3a是本發(fā)明中有向無環(huán)圖G2 ； 圖北是本發(fā)明中DAG拓?fù)渑判蜻^程； 圖如是本發(fā)明中鄰接表表示無向圖G2 ； 圖4b是本發(fā)明中無向圖G2; 圖4c是本發(fā)明中存儲(chǔ)鄰接表圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的電力系統(tǒng)公式并行計(jì)算的方法作進(jìn)一步的說明，例圖中假定有13條公式。圖1是本發(fā)明中存儲(chǔ)公式依賴關(guān)系的鄰接表和是表示依賴關(guān)系的有向圖。首先讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的公式定義表，有13條公式(公式0，公式1，···，公式12)，記為頂點(diǎn)0-12。構(gòu)造頂點(diǎn)0的鄰接表，判斷公式0與其他12條公式的依賴關(guān)系，發(fā)現(xiàn)公式1、 2、5依賴于公式0，即有0-> 1、0->2、0->5三條有向邊，將這三條邊插入表示依賴關(guān)系的有向圖。在本發(fā)明的圖論方法中是使用鄰接表存儲(chǔ)有向圖。則在頂點(diǎn)0的鄰接表中增加頂點(diǎn)1、 2、5。依次構(gòu)造頂點(diǎn)廣12的鄰接表，可得到所有頂點(diǎn)的鄰接表，如圖1(a)所示。遍歷所有頂點(diǎn)的鄰接表，將所有依賴關(guān)系打印出來，可得到如圖1(b)所示的有向圖G。圖2是本發(fā)明中有向圖的DFS森林和邊的類型示例圖，圖加是有向圖G的DFS (深度優(yōu)先遍歷)森林，圖2b中pre表示有向圖G中各個(gè)頂點(diǎn)的前序編號(hào)，post表示有向圖G 中各個(gè)頂點(diǎn)的后序編號(hào)。圖加也是有向圖G的一個(gè)表示，所有邊的方向都向下。其中存在4種類型的邊 樹邊(指向內(nèi)部結(jié)點(diǎn))、回邊(指向用著色的圓圈表示祖先的內(nèi)部結(jié)點(diǎn))、下邊(指向用著色的方塊表示的子孫的外部結(jié)點(diǎn))和跨邊(指向內(nèi)部結(jié)點(diǎn)，這些內(nèi)部結(jié)點(diǎn)既不表示祖先也不表示子孫，無陰影的方塊)。對(duì)于指向已訪問的結(jié)點(diǎn)的邊，可以通過比較其源點(diǎn)與終點(diǎn)的前序和后序編號(hào)即可判斷出邊的類型(如圖2c所示)。在有向圖的DFS森林中，對(duì)于一條指向已訪問結(jié)點(diǎn)的邊， 如果它所指向的是一個(gè)有較大后序編號(hào)的結(jié)點(diǎn)，那么這條邊則為一條回邊。因?yàn)橛汕靶蚝秃笮虮闅v的定義可得出，在DFS樹中一個(gè)結(jié)點(diǎn)的祖先有較小的前序編號(hào)，且有較大的后序編號(hào)；其子孫則有較大的前序編號(hào)和較小的后序編號(hào)。有回邊即是該有向圖G存在環(huán)，打印出環(huán)的回路，即構(gòu)成環(huán)狀依賴關(guān)系的所有公式，由電力系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行修改。圖3是本發(fā)明中的有向無環(huán)圖和該圖的拓?fù)渑判蜻^程，在有向圖G判環(huán)結(jié)束后， 發(fā)現(xiàn)有環(huán)，由電力系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行修改后，去掉邊3->1、12->9，形成有向無環(huán)圖(DAG) Gl(圖3a)。圖北描述了整個(gè)拓?fù)渑判虻倪^程，圖中陰影結(jié)點(diǎn)表示源點(diǎn)，淺灰色結(jié)點(diǎn)和淺灰色邊表示已刪除結(jié)點(diǎn)和相對(duì)應(yīng)的有向邊。由于0是一個(gè)源點(diǎn)(沒有指向它的邊)，因此對(duì)于圖北-(1)，0將是最先出現(xiàn)在其拓?fù)渑判蛑?。如果刪除0(以及所有它指向的邊)，則1、2、 5將成為所得到的DAG的源點(diǎn)(圖)，對(duì)此可以采用同樣的算法進(jìn)行排序，如圖3(b) 所示。在此所示的拓?fù)渑判蚪Y(jié)果為結(jié)點(diǎn)順序0 7 1 2 6 8 4 9 3 5 10 11 12。圖4是本發(fā)明用于公式分組的無向圖和存儲(chǔ)鄰接表圖，在有向圖的初始化階段， 同時(shí)構(gòu)造一個(gè)無向圖G2(圖4b)與表示無向圖的鄰接表(圖如)。根據(jù)無向圖的連通性，對(duì)一個(gè)頂點(diǎn)，求與該頂點(diǎn)連通的所有頂點(diǎn)，即可得到與該頂點(diǎn)有關(guān)系的公式的分組。圖4b所示的無向圖G2描述的13條公式將會(huì)分成兩組，如圖如所示。本發(fā)明按照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，但上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于，包括以下步驟1)公式依賴關(guān)系的初始化讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的公式定義表，再根據(jù)公式中操作數(shù)的賦值和引用關(guān)系確定任意兩條公式間的依賴關(guān)系；以所有公式作為結(jié)點(diǎn)，公式間存在的依賴關(guān)系作為有向邊，將所有的有向邊插入一個(gè)鄰接表中，構(gòu)成表示所有公式依賴關(guān)系的有向圖， 完成公式依賴關(guān)系的初始化；2)依賴關(guān)系初始化完成后，通過對(duì)整個(gè)有向圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，自動(dòng)判斷是否有環(huán)狀依賴關(guān)系；3)當(dāng)不存在環(huán)狀依賴關(guān)系后，此有向圖為有向無環(huán)圖，對(duì)此有向圖進(jìn)行拓?fù)渑判颍勺詣?dòng)生成所有公式的計(jì)算優(yōu)先級(jí)；4)對(duì)此有向無環(huán)圖同構(gòu)的無向圖運(yùn)行分組算法，最終實(shí)現(xiàn)公式的并行計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于， 在所述步驟1)中，定義公式等號(hào)左邊的操作數(shù)為被賦值，等號(hào)右邊的操作數(shù)為被引用，操作數(shù)均為來自其他數(shù)據(jù)庫(kù)表中的某個(gè)區(qū)域的某個(gè)廠站的電壓值、有功值等方式數(shù)據(jù)，如果同一個(gè)操作數(shù)在公式A中被賦值，在公式B中被引用，則必須先計(jì)算公式A后計(jì)算公式B才能獲得正確結(jié)果，則定義此種情況為公式B依賴于公式A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于， 在所述步驟幻中，在深度優(yōu)先遍歷的過程中，若遇到指向任何曾經(jīng)訪問過的頂點(diǎn)的回邊， 即為有環(huán)，因?yàn)槿魏位剡叾紝儆谶@條回邊及連接這兩個(gè)頂點(diǎn)的路徑組成的環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于， 當(dāng)找到一條環(huán)回路時(shí)可得到環(huán)上的所有頂點(diǎn)，打印構(gòu)成環(huán)狀依賴關(guān)系的所有公式，由維護(hù)人員進(jìn)行修改。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于， 在所述步驟3)中，拓?fù)渑判虿捎脠D論中的基于源點(diǎn)隊(duì)列的拓?fù)渑判蛩惴?，入度為零的頂點(diǎn)即為源點(diǎn)，用入度向量記錄各頂點(diǎn)的入度，用隊(duì)列記錄源點(diǎn)，首先通過對(duì)DAG做一次遍歷初始化該隊(duì)列，然后，完成下面操作，直至源點(diǎn)隊(duì)列為空a)從隊(duì)列中輸出并刪除一個(gè)源點(diǎn)，并標(biāo)記；b)對(duì)于已刪除頂點(diǎn)的各條邊，在入度向量中對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)元素減1；c)若某元素入度為零，則加入源點(diǎn)隊(duì)列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于， 在所述步驟4)中，在公式依賴關(guān)系的初始化階段，也同時(shí)生成一個(gè)與有向無環(huán)圖同構(gòu)的無向圖，根據(jù)無向圖的連通性的定義，對(duì)一個(gè)頂點(diǎn)求得與之連通的所有頂點(diǎn)，即得到相互之間有依賴關(guān)系的公式的一個(gè)分組，將得到的所有分組按一定負(fù)載均衡的策略分布到不同的服務(wù)器上計(jì)算，最后回收結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)劃分的公式并行計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖論的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法，其特征在于包括以下步驟1)公式依賴關(guān)系的初始化，建構(gòu)表示所有公式依賴關(guān)系的有向圖;2)依賴關(guān)系初始化完成后，通過對(duì)整個(gè)有向圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，自動(dòng)判斷是否有環(huán)狀依賴關(guān)系；3)當(dāng)不存在環(huán)狀依賴關(guān)系后，此有向圖為有向無環(huán)圖，對(duì)此有向圖進(jìn)行拓?fù)渑判?，自?dòng)生成所有公式的計(jì)算優(yōu)先級(jí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渑判蛐蛱?hào)即為這條公式的計(jì)算順序；4)對(duì)此有向無環(huán)圖運(yùn)行分組算法，得到的不同分組可分別在不同的服務(wù)器上進(jìn)行計(jì)算，最后回收結(jié)果。本發(fā)明的電力系統(tǒng)公式并行運(yùn)算管理方法在進(jìn)行電力系統(tǒng)公式計(jì)算過程中通用性強(qiáng)、快速、可靠。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102156782SQ201110094149
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者沙一川, 高原 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司