电力系统网络方程并行算法研究及潮流并行计算的实现

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1、清华大学学报(自然科学版)第34卷第4期JOURNALOFTSINGHUAUNIVERSITYVol.34No.41994电力系统网络方程并行算法研究及潮流并行计算的实现铸清华大学电机工程与应用电子技术系周红宇马维新袁斌顾永昌‘文摘g结合Transputer硬、软件的特点，研究了电力系统网络方程的并行算法。在撕裂节点法、系数矩阵写成对角加边的基础上，发展了系数矩阵完全分解算法。在由4片T800-20组成的并行计算机系统上，实现了快速分解潮流的并行计算，并针对不同规模的网络进行了试算，计算结果表明，上述算法有较好的效果，证明并行算

2、法能显著提高电力系统计算的速度，有广阔的应用前景。关键词:电力系统计算;并行计算分类号TM731主口O引电力系统计算往往是解一组代数方程或联解代数方程与微分方程。由于电网规模越来越大，考虑的因素越来越多，因此方程数目巨大，阶数很高，即使采用了许多先进技术，采用传统的性能很高的计算机，计算仍十分耗时。但电力系统的运行迫切要求能在短时间内迅速进行静态和动态安全分析计算，判断当时电网的薄弱环节，作为采取调整和防范措施的依据，这对提高电网运行的可靠性，防止大的系统性事故发生是十分重要的。缩短计算时间的一种方法是对系统进行简化，如用简化模

3、型、等值以及计算暂态稳定的扩展等面积法等。但过分简化，计算精度会下降，某些情况误差会大到无法接受的程度。计算机速度大幅度提高的关键在于并行处理技术的采用和发展。并行处理是指在同一时刻和同一时间间隔内进行多个数的操作。为并行处理而设计的计算机称为并行计算机。按结构它可分为两类:单指令多数据流(SIMD)和多指令多数据流(MIMD)计算机。SIMD计算机有阵列处理机、流水线处理机(包括向量机)等，而MIMD计算机是指多处理机，它是当今研究和开发的热点。多处理机按结构又可分为紧楠合与松散捐合多处理机。前者各处理机通过共享内存进行信息交

4、换，并受统一的操作系统管理。后者每个处理机都有自己的较大容量的存贮器，有自己的操作系统，通过相互连接的1/0通道进行通讯。用并行计算机求解问题的过程称为并行计算。并行计算是比较年轻的领域，著名的IlliacN阵列处理机1975年开始运行，第一台Cray-1流水线向量处理机1976年才交付使用，而多处理机到80年代中期才开始流行，但已显示出广阔的发展前景。收稿日期1993-05-17祷国家自然科学基金资助课题96清华大学学报第34卷电力系统计算中的并行计算技术，主要解决以下几个问题z1)潮流并行计算如何高效地并行求解修正方程式;2

5、)暂稳并行计算如何充分利用空间和时间上的并行性，并行求解微分一代数方程组;3)井行算法如何充分利用稀疏技术;4)如何选择处理机数目与计算速度之间的最佳匹配。解决上述问题，就要综合研究被解问题的特性，并行机结构以及并行算法。本文结合Transputer硬、软件恃点，研究了电力系统网络方程的并行算法，用撕裂节点法，将系数短阵写成对角加边形式，在此基础上发展了系数矩阵完全分解法。理论分析和实测结果表明，这是一种较好的网络方程并行求解法。在由4片T800-20组成的并行计算机系统上用并行Fortran语言编制了程序，实现了'快速分解潮流

6、的并行计算，并针对不同规模的网络进行了试算，试算结果表明，对东北486节点系统快速潮流并行计算对常规计算的加速比达到2.230本文设计的网络方程的并行解法，可作为快速有效地并行求解电力系统潮流以及暂态稳定问题的基础。1Transputer的结构与特点Transputer是英国Inmos公司80年代中期推出的并行计算机，它将CPU、存贮器及通讯链路接口都集成在一个处理器芯片上，其内部结构如图10CPU采用RISC技术，具有10MIPS和1.5MFLOPS运算能力。有4组串行通讯链路，传输率为10M/20M波特率。用普通导线将Tra

7、nsputer芯片的链路连接起来，就可构成Transputer网络。图2是一种具有二维超立方体结构的网络，每个黑点代表一个Transputer处理器。!"位浮点处理糖!一召豆ELinkInOLinkOutOLinkInlLinkOutlLinkIn2LinkOut2LinkIn3LinkOut3l事件处理••图1T800-20内部结构建立Transputer网络应注意两点:1)只能有一个处理器(称根处理器)与主机相连，其余处理器称子处理器。第4期周红字等g电力系统网络方程并行算法研究及潮流并行计算的实现972)网络的每个结点与相

8、邻结点连接的数目不能大于4。Transputer配有并行Fortran、并行C等语言，其中曰并行Fortran除与Fortran77兼容外，主要支持并行计口算。它提供了一套配置语言，用以确定硬件配置及任务配主机Transputer网络置，确定每个任务运行的处理器