电力体系暂态稳固并行异步算法分析

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1、电力体系暂态稳固并行异步算法分析第1章绪论1.1国内外研究情况和发展趋势电力系统是一个复杂的多变量非线性大系统，对其进行计算分析时常常因计算时间长而不能满足工程实际要求。随着计算机技术的发展，并行处理为解决电力系统领域的问题提供了有力的工具。电力系统并行处理的研究是从20世纪70年代后期开始的，目的是为了加快电力系统分析的计算速度，提高实时性。由于硬件技术的限制，80年代及以前的研究工作大多是在串行计一算机上模拟并行计算机的条件进行的。90年代初，并行计算机逐渐被电力系统所采用，开始了在并行计算机上进行电力系统并行处理的研究。虽然电力系统并行计算研究的历史不长，但却

2、为解决电力系统的计算难题提供了机会。近十几年来，用于电力系统并行计算的算法被不断提出。目前的并行策略大致可分为空间并行、时间并行及波形松弛3类。由于电力系统的结构特点，相对于其他2类，时间并行类方法在计算效率上不占优势。文献[3]讨论了几种机电暂态并行算法:网络分割、线性方程组并行求解、牛顿类算法和一些时间并行算法在PC集群上实现的有利和不利条件。文献[4]在IBM-sPZ并行计算机上采用基于因子表路径树的网络分割方法并行求解电力网络稀疏矩阵方程。文献[5]基于多TransPuter并行计算机，对分块算法的并行性能进行了研究。文献提出了一种利用电力系统区域特性的多重

3、化网络划分方案，然后将边界块计算放置在集群系统的同一个共享存储的多CPU节点上，采用动态多线程技术并行实现。文献[7，8]提出了基于区域迭代的分布式仿真算法，通过区域间交接少量边界信息实现系统的暂态稳定仿真。此类方法的共同特点是对线性方程组并行求解，比较适合于将已有的串行计算程序并行化。按照划分后子任务的计算量还可以把并行算法分为细粒度并行算法和粗粒度并行算法。一般来说，细粒度并行算法的通信次数较多，适应于矢量并行机和共享内存的并行机;粗粒度并行计算的通信次数较少，适应于消息传递型的并行机。无论哪种类型的并行算法，通信次数和通信量越少，其并行效率越高。PC集群为消息

4、传递型并行机，适合采用粗粒度并行算法。2008年，经中国电力科学研究院3年多的研制，•开发出基于高速PC集群的电力系统全数字实时仿真装置(ADPsS)，实现了大规模复杂交直流电力系统机电暂态和电磁暂态的实时和超实时仿真。该装置成功实现了机电暂态的分网并行计算，使得超大规模电网的实时和超实时仿真成为可能;也实现了电磁暂态的分网并行计算，使其做到了实时和超实时仿真。同时成功实现了大电网机电暂态和电磁暂态仿真的接口，使之既能对直流输电、电力电子装置等做详细的电磁暂态仿真模拟，又能保证大电力系统的整体仿真计算速度。电力系统全数字实时仿真装置的成功推出，标志着并行计

5、算已经开始初步实用化，并发挥出它加快计算速度的巨大作用。1.2空间并行算法空间并行是把系统分割为若干子系统及边界系统，然后每一个处理机计算一个子系统，再找一台处理机计算边界系统。按照规模均匀分割网络，并尽量保持新增注入元最少是是其主要目标。现有的网络分割法包括:模拟退火法、边界点表法、道路树法和动态分割法等。因为发电机机组仅通过发电机母线与系统其它元件相联系，系统中各发电机组方程的求解是独立的，因而动态元件方程，即微分方程组的并行是很容易的，难点在线性方程组的并行求解上。对此人们己经提出了很多算法，如因子法、RE总的不精确牛顿法暂态仿真2.1概述电力系统暂态稳定性问

6、题是指系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的平衡状态或者恢复到原来稳态运行方式的能力。随着电力系统的发展，我国互联电力网络变得越来越大。国家电网公司提出了西电东送、南北互供、全国联网的战略原则，重点加强电网建设，发展跨省、跨区输电线路，充分发挥跨区送电和联网的效益。如此的发展趋势在给电力系统以巨大的技术和经济效益的同时，也使得稳定性破坏事故所波及的范围更加广泛，对国计民生造成的破坏更加严重，这就提出了新的挑战:(l)电源建设与电网建设的不同步，使得系统稳定性较弱，严重制约了电力的供给。(2)电力市场的日益开放会使运行方式更加灵活多变，对稳定性的实时判断

7、要求更高。因此，准确、快速地分析电力系统在大扰动下的暂态稳定行为，必要时采取适当的控制措施，以保证系统对暂态稳定性的要求，是电力系统设计及运行人员最重要也是最复杂的任务之一。本章对电力系统的时域仿真计算方法进行研究。时域仿真法要形成一组表示全系统模型的微分代数方程组，然后在仿真的每一时步对这组方程进行求解。其中动态元件的微分方程是各自独立的，可以单独求解，关键在于代数方程组的并行求解。使用隐式梯形积分法将动态元件的微分方程差分化，变成代数方程，然后与网络方程组交替迭代求解。交替求解的每一部分都是非线性方程组。对于非线性方程组的求解，目前常用的求解方法是Nean.