一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法技术方案

本发明专利技术提供了一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，1)采用深度优先搜索法对系统开关元件进行遍历；2)基于开关节点转移的子系统的剖分；3)基于邻近开关节点合并的子系统内部子网的剖分。根据剖分过程中子系统的剖分和单个子系统内子网的剖分过程不同的剖分目标，进行分层次的网络剖分，解决了复杂电力系统实时仿真实现困难以及传统网络剖分方法剖分效率低、盲目性强、依赖设计师建模经验的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法
本专利技术涉及电力系统实时仿真领域，具体涉及一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法。
技术介绍
高效的实时仿真方法是实现大规模电力系统实时仿真的关键。在实时仿真过程中，要实现微秒级计算步长下，百上千节点电力系统网络拓扑电磁暂态实时仿真，对系统网络剖分的合理性和高效性提出了严苛的要求。现有电力系统中包含大量的电力电子装置，且这些电力电子设备元件分布不均匀，导致以开关元件为主要计算效率影响因素的Rt-lab实时仿真平台实时计算效率低；传统实时仿真网络剖分过程中，往往依靠设计师建模经验任意剖分，盲目性强，不同剖分步骤的剖分目标混淆，继续应用于现有复杂电力系统的网络剖分将导致剖分效率低，无法确保生成剖分方案的最优性，给含大量开关元件的复杂电力系统实时仿真实现带来了困难。因此，需要开拓一种新的网络剖分方法，满足该类电力系统网络剖分的高效性和最优性要求。然而，在研究复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法时，存在以下三方面的难点：1)电力电子元件种类繁多，分布不均匀。现有电力系统中包含电力电子设备种类较多，电力电子元件分布无规律性，导致以开关元件为主要仿真计算效率影响因素的Rt-lab实时仿真器无法高效处理这些开关元件，实时仿真实现困难。2)电力系统网络剖分过程中，子系统的剖分和单个子系统内子网的剖分目标不同。实时仿真网络剖分过程中，子系统的剖分目标为开关平均分布且切割支路数最少，而单个子系统内子网的剖分目标为开关平均分布且状态空间节点数最少，若一概而论，将无法保证剖分方案的最优性。3)电力系统实时仿真计算精度要求高。为了准确刻画电力系统内包含设备的动态特性，为设备投运和工程建设提前释放风险，需要实现高精度的全系统实时运行，继而进行更加精确的系统定量分析与设计。因此，有必要提出一种网络剖分方法，合理且高效地将全系统的计算内容剖分至不同的CPU内核中并行计算，实现全系统的高精度实时运行。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，通过分析不同步骤的网络剖分时，需要满足的不同剖分目标，采用基于深度优先搜索结果树的分层网络剖分方法，解决了含大量开关元件的复杂电力系统网络剖分效率低、高精度实时仿真实现困难的问题。本专利技术提供了一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，包括以下步骤：1)采用深度优先搜索法对系统开关元件进行遍历；2)基于开关节点转移的子系统的剖分；3)基于邻近开关节点合并的子系统内部子网的剖分。进一步地，所述步骤1)的具体步骤为：1.1)基于系统连通性，对于拥有N个开关节点的电力系统拓扑，选定编号为1的开关节点作为系统遍历的初始状态，并给予标记号1，展开遍历，其中整体性元件簇作为单个开关节点参与遍历；1.2)对于第M个开关节点，判断第M个开关节点相邻连接的开关节点是否被给予标记号，其中，M∈N；若全被标记，则判定第M个开关节点所有的相邻连接开关节点均标记完毕；若存在未被标记的开关节点，则将未被标记的所有开关节点中编号最小的开关节点给予未被使用过的最小连续标记号，并以被给予最小连续标记号的开关节点为起点继续搜索相邻节点；1.3)若标记号为K的开关节点判定为所有相邻连接开关节点均标记完毕，则判断标记号数值是否满足K≠N，若满足，则沿历史路径退回至标记号为K的开关节点的母节点，继续执行步骤1.2)的开关节点标记操作；若标记号K＝N，则遍历结束，得到一个标记号为1～K的深度优先搜索开关分布无向图。进一步地，所述步骤2)的具体步骤为：2.1)将对象系统任意剖分为P个子系统，设定开关分布平衡度指标α，计算子系统1～P的开关分布平衡度hi：其中，hi为第i个子系统的开关分布平衡度；Si为第i个子系统内包含的开关元件数量；为理想状况下，不同子系统内开关平均分布时，单个子系统内包含的开关元件数量，即对F/P的结果四舍五入取整，F为系统内包含开关元件的总数量，P为剖分子系统的数量；若要求包含开关数最多的子系统与包含开关数最少的子系统开关数量之差不超过D，则开关分布平衡度指标α取值可根据公式T1计算得出：2.2)确定初始子系统i，令i＝1，比较子系统i与系统i相邻的子系统j的开关分布平衡度大小，1<j≤P；若|hi-hj|≤α，则判断为子系统i和子系统j两邻近子系统开关分布平衡度满足指标要求；若|hi-hj|>α，则判断为子系统i和子系统j两邻近子系统开关分布平衡度不满足指标要求；2.3)若步骤2.2)中的两邻近子系统开关分布平衡度不满足指标要求，则取两子系统内开关数量多的子系统，在开关数量多的子系统内确定与另一子系统连接支路上的连通开关节点1～c，计算开关节点1～c的切割支路数r1～rc，将r1～rc从小到大排序，取r1～rc中最小数值对应的开关节点执行转移操作，将r1～rc中最小数值对应的开关节点转移至另一子系统中，直至步骤2.2)中子系统i和子系统j两子系统的开关分布平衡度满足指标要求；2.4)若步骤2.2)中的两邻近子系统开关分布平衡度满足指标要求，则判断目前子系统序列号i是否满足i＜P：若满足，令i＝i+1，继续执行步骤2.3)中的开关节点转移操作；若不满足，则判断子系统1～P的开关分不平衡度h1～hP是否全部满足任意相邻两子系统的开关分布平衡度之差的绝对值小于预设指标值α，即是否满足公式T2：若不满足公式T2，则从初始子系统重新执行步骤2.2)～步骤2.3)的节点转移操作；若满足公式T2，则结束子系统的剖分。进一步地，所述步骤3)的具体步骤为：3.1)确定单个子网内的开关数量初始值；根据状态空间方程计算复杂度和节点方程求解复杂度，估计单个子网内最佳开关数量初值；已知系统内总开关数量为F，假设单个子网内开关数量为S，则子网数为[F/S]，节点方程阶数最大为[F/S]-1，则总体时间复杂度计算公式T3为：T3＝2S+([N/S]-1)3令公式T3取最小值，确定单个子网内开关数量初始值S0，确定根节点，另外，令仿真步长初始值steps＝sr，其中，sr根据应用需求选取为一不可接受的实时仿真步长值，用于开启剖分流程；3.2)定义叶节点到根节点路径包含的节点数量为叶节点的长度，取子树集中长度最长的所有子树，长度为L，判断子树的叶节点包含的开关数量SL是否满足SL≥S0：若满足，则将最长子树的叶节点作拆分处理，拆分为多个开关数不超过S0的叶节点，放入子网集R中；若不满足，则判断最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并后包含开关数是否满足SL+SL-1≥S0，若满足，则不执行SL与SL-1的合并操作，将最长子树的叶节点直接放入子网集R；若不满足，则将最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并；3.3)判断子树长度L是否满足L>1，若满足，则令L＝L-1，继续对其他子树执行步骤3.2)中的邻近开关节点合并操作；若不满足，则判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)采用深度优先搜索法对系统开关元件进行遍历；/n2)基于开关节点转移的子系统的剖分；/n3)基于邻近开关节点合并的子系统内部子网的剖分。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，其特征在于包括以下步骤：
1)采用深度优先搜索法对系统开关元件进行遍历；
2)基于开关节点转移的子系统的剖分；
3)基于邻近开关节点合并的子系统内部子网的剖分。


2.根据权利要求1所述复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤为：
1.1)基于系统连通性，对于拥有N个开关节点的电力系统拓扑，选定编号为1的开关节点作为系统遍历的初始状态，并给予标记号1，展开遍历，其中整体性元件簇作为单个开关节点参与遍历；
1.2)对于第M个开关节点，判断第M个开关节点相邻连接的开关节点是否被给予标记号，其中，M∈N；若全被标记，则判定第M个开关节点所有的相邻连接开关节点均标记完毕；若存在未被标记的开关节点，则将未被标记的所有开关节点中编号最小的开关节点给予未被使用过的最小连续标记号，并以被给予最小连续标记号的开关节点为起点继续搜索相邻节点；
1.3)若标记号为K的开关节点判定为所有相邻连接开关节点均标记完毕，则判断标记号数值是否满足K≠N，若满足，则沿历史路径退回至标记号为K的开关节点的母节点，继续执行步骤1.2)的开关节点标记操作；若标记号K＝N，则遍历结束，得到一个标记号为1～K的深度优先搜索开关分布无向图。


3.根据权利要求1所述复杂电力系统的实时仿真网络剖分方法，其特征在于：所述步骤2)的具体步骤为：
2.1)将对象系统任意剖分为P个子系统，设定开关分布平衡度指标α，计算子系统1～P的开关分布平衡度hi：



其中，hi为第i个子系统的开关分布平衡度；Si为第i个子系统内包含的开关元件数量；为理想状况下，不同子系统内开关平均分布时，单个子系统内包含的开关元件数量，即对F/P的结果四舍五入取整，F为系统内包含开关元件的总数量，P为剖分子系统的数量；
若要求包含开关数最多的子系统与包含开关数最少的子系统开关数量之差不超过D，则开关分布平衡度指标α取值可根据公式T1计算得出：



2.2)确定初始子系统i，令i＝1，比较子系统i与系统i相邻的子系统j的开关分布平衡度大小，1<j≤P；
若|hi-hj|≤α，则判断为子系统i和子系统j两邻近子系统开关分布平衡度满足指标要求；若|hi-hj|>α，则判断为子系统i和子系统j两邻近子系统开关分布平衡度不满足指标要求；
2.3)若步骤2.2)中的两邻近子系统开关分布平衡度不满足指标要求，则取两子系统内开关数量多的子系统，在开关数量多的子系统内确定与另一子系统连接支路上的连通开关节点1～c，计算开关节点1～c的切割支路数r1～rc，将r1～rc从小到大排序，取r1～rc中最小数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：付立军，郝晓亮，马凡，纪锋，胡祺，张彦，刘鲁锋，孙文，梅丹，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42