一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法技术

本发明专利技术公开了一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，该方法包括如下步骤：(1)根据电网基础数据生成电网元件故障前基态电网的导纳矩阵Y，按稀疏格式存储；(2)根据基态电网的导纳矩阵Y的稀疏结构，生成稀疏格式的雅可比矩阵J，将电网中所有节点按PQ节点处理，为PV节点在雅可比矩阵J中冗余预留非零元的储存空间和电压幅值增量ΔV2的储存空间，即形成PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程；(3)在生成基态电网的任意一个具体故障潮流的修正方程组时，雅可比矩阵J按照故障电网的实际节点类型进行解耦处理。本发明专利技术解决了批处理潮流雅可比矩阵结构不一致的问题，为批处理潮流并行计算提供了数据结构基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统高性能计算应用领域，尤其涉及一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法。
技术介绍
潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。而实际生产过程中，无论离线潮流和在线潮流计算都对潮流的计算速度有这比较高的要求。雅克比矩阵的稀疏格式与导纳阵相关，同时与节点类型相关，节点类型不发生改变，雅克比矩阵维度不变，稀疏格式不变；如果节点类型定义不同，即使由同一个电网生成的雅克比矩阵的阶数和稀疏格式也不相同。静态安全分析中的故障潮流是在基态电网上发生若干断线产生的，任何一个N-1断线故障最多影响基态电网节点导纳阵的4个元素，其中非对角元(互导纳)可能由非零元变成零元，也就是说任何一个故障潮流的稀疏格式都是基态潮流稀疏格式的一个子集(特指非零元数量和格式)，N-2和其它更复杂的静态安全分析也类似。这就保证了潮流计算时的导纳阵，使用批量处理潮流方法时引用导纳阵数据的一致性。批处理潮流技术对数据格式有着严格的要求，需要每个潮流计算的过程的数据都保持结构一致。牛顿拉夫逊法需要计算雅克比矩阵，雅克比矩阵同时为稀疏线性方程组的系数矩阵，同样需要保证雅克比矩阵的稀疏格式一致性。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，该方法解决了静态安全分析故障潮流雅可比矩阵中结构不一致问题，可实现GPU访存的合并访问，大幅提高访存效率，加快GPU加速的静态安全分析的计算速度。潮流计算：电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。导纳矩阵：以系统元件的等值导纳为基础所建立的、描述电力网络各节点电压和注入电流之间关系的矩阵。本专利技术一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据电网基础数据生成电网元件故障前基态电网的导纳矩阵Y，按稀疏格式存储；(2)根据基态电网的导纳矩阵Y的稀疏结构，生成稀疏格式的雅可比矩阵J，在生成过程中，将电网中所有节点按PQ节点处理，冗余开辟雅可比矩阵J，为PV节点在雅可比矩阵J中冗余预留非零元的储存空间和电压幅值增量ΔV2的储存空间，即形成PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程；(3)在生成基态电网的任意一个具体故障潮流的修正方程组时，雅可比矩阵J按照故障电网的实际节点类型进行解耦处理：将PV节点冗余补充的无功不平衡量ΔQ2置为0，将所有PV节点冗余补充的雅可比矩阵的非零元中元素置为0，将每一个PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程中与电压幅值变量增量对应的雅可比矩阵中的元素置为1。其中，所述步骤(1)中所述电网基本数据包括节点编号、节点数量、支路编号、支路数量、支路电抗、支路所连节点编号和并联支路电抗。有益效果：与现有技术相比，本专利技术有以下优点：首先，本专利技术中存储空间按所有节点都是PQ节点冗余预留，具有统一的稀疏格式，从而每个潮流计算过程中的数据结构都保持一致，适合GPU等SIMT架构硬件对数据合并访的需求，在此基础上实现GPU访存的合并访问，大幅提高访存效率，可加快GPU加速的静态安全分析的计算速度；其次在生成具体故障潮流的雅可比矩阵时按照电网实际节点类型进行处理，保证添加的冗余数据不会影响原修正方程组的求解；最后本专利技术解决了批处理潮流雅可比矩阵结构不一致的问题，为静态安全分析中批量故障潮流并行计算提供了数据结构基础。附图说明图1为本专利技术雅可比矩阵的冗余存储方法的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，所述方法包括如下步骤：(1)输入电网的基础数据，根据电网基础数据生成电网元件故障前基态电网的导纳矩阵Y，按稀疏格式存储；(2)根据基态电网的导纳矩阵Y的稀疏结构，生成稀疏格式的雅可比矩阵J，在生成过程中，为形成统一的数据格式，并考虑潮流计算中的节点类型转换需求，将电网中所有节点按PQ节点处理，冗余开辟雅可比矩阵J，为PV节点在雅可比矩阵J中冗余预留非零元的储存空间和电压幅值增量ΔV2的储存空间，即形成PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程；本实施例中将所有PV节点的冗余无功功率不平衡方程放置在修正方程组的下端；根据导纳矩阵，将所有电网节点按PQ节点处理，为PV节点在雅可比矩阵中冗余预留非零元的储存空间，图中两个零矩阵0的位置即是为PV节点冗余预留的非零元的储存空间；(3)在生成基态电网的任意一个具体故障潮流的修正方程组时，雅可比矩阵J按照故障电网的实际节点类型进行解耦处理；具体处理步骤为：如图1所示，编号为i的PQ节点，列写有功不平衡ΔP(i)和无功不平衡ΔQ(i)两个方程，添加电压幅值增量ΔV1(i)和相角增量Δθ(i)两个变量，ΔV1(i)是电压幅值增量ΔV1中第i个元素，Δθ(i)是相角增量向量Δθ中第i个元素；编号为j的PV节点列写ΔP(j)方程，添加Δθ(j)变量，PV节点的冗余ΔQ(j)的方程中，冗余预留的非零元中元素置为零，即图1中的两个零矩阵0位置的相应冗余预留的元素置为0，与电压幅值变量增量ΔV2(j)对应的雅可比矩阵中的元素置为1，即形成如图1中所示的单位对角阵I，对应的无功功率不平衡量ΔQ2预置为0。图1中，H、N、J、L存储的是雅可比矩阵的真正有效信息，通过上述处理，求出的冗余电压幅值ΔV2＝0，满足PV节点电压幅值不变的要求，保证PV节点冗余补充的无功不平衡量ΔQ2对应的方程组以及冗余补充的电压幅值增量ΔV2不影响修正方程组的正确求解。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)根据电网基础数据生成电网元件故障前基态电网的导纳矩阵Y，按稀疏格式存储；(2)根据基态电网的导纳矩阵Y的稀疏结构，生成稀疏格式的雅可比矩阵J，在生成过程中，将电网中所有节点按PQ节点处理，冗余开辟雅可比矩阵J，为PV节点在雅可比矩阵J中冗余预留非零元的储存空间和电压幅值增量ΔV2的储存空间，即形成PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程；(3)在生成基态电网的任意一个具体故障潮流的修正方程组时，雅可比矩阵J按照故障电网的实际节点类型进行解耦处理：将PV节点冗余补充的无功不平衡量ΔQ2置为0，将所有PV节点冗余补充的雅可比矩阵的非零元中元素置为0，将每一个PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程中与电压幅值变量增量ΔV2对应的雅可比矩阵中的元素置为1。

【技术特征摘要】
1.一种用于静态安全分析的雅可比矩阵冗余存储方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)根据电网基础数据生成电网元件故障前基态电网的导纳矩阵Y，按稀疏格式存储；(2)根据基态电网的导纳矩阵Y的稀疏结构，生成稀疏格式的雅可比矩阵J，在生成过程中，将电网中所有节点按PQ节点处理，冗余开辟雅可比矩阵J，为PV节点在雅可比矩阵J中冗余预留非零元的储存空间和电压幅值增量ΔV2的储存空间，即形成PV节点对应的冗余无功功率不平衡方程；(3)在生成基态电网的任意一个具体故障潮流...

【专利技术属性】
技术研发人员：周赣，秦成明，孙立成，冯燕钧，张旭，柏瑞，傅萌，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32