复杂电网相位同步并行化评估系统技术方案

一种电力系统数值仿真领域的复杂电网相位同步并行化评估系统，本发明专利技术中，预处理模块从数据源读取电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数据，将输入数据作格式转换处理，产生并行化计算任务调度结果，并将转换后的数据以及并行化计算任务调度结果通过计算机网络输出给并行化计算仿真模块；并行化计算仿真模块根据预处理模块的任务调度结果进行电网拓扑特性统计和相位同步稳定性分析，结果传输至并行化输出分析模块；并行化输出分析模块根据并行化计算仿真模块的结果进行相位同步特性预测，并生成相位同步控制策略，供用户通过计算机网络进行远程监控和维护。本发明专利技术利用整个电网的拓扑统计特性，提高了对现有各种软硬件计算资源的使用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统数值仿真领域的系统，具体是一种复杂电网相位同 步并行化评估系统。技术背景从2003年下半年开始，全球范围内连续发生了数起大规模停电事故，引起了 人们对电力系统稳定性分析的广泛关注。要对大停电事故形成详细深入的认识， 首先需要考察电力网络各种统计特性，并在此基础上对停电事故作进一步的动力学分析。当前对于电网相位同步稳定问题的研究主要分为两类 一类是考察电网局部的构建和局部电网的相位同步稳定问题，另一类是对整个电网整体表达的特 征在统计意义上进行相位同步稳定性分析。可以说，当前电网相位同步稳定的研 究主流是还原论的而非系统论的。现代电力系统正朝着高电压、大机组、大电网 互联和运行市场化等方面发展，并向在线实时甚至超实时数值仿真分析提出了挑 战。而微处理技术和计算机网络的快速发展，使得高性能计算在电力系统数值仿 真领域的经济应用成为可能。在新的计算模式下，如何充分发挥网络上现有各种 软硬件计算资源的计算能力进行电网相位同步并行化评估，是一个颇具挑战性的 应用研究课题。经对现有技术文献的检索发现，张沛等人在《南方电网技术研究》2006，第2 巻第5期上发表了《基于网格计算体系的在线动态安全评估》，该文报道了美国电 力科学研究院开发的基于网格计算体系的实时系统动态安全评估工具，该工具可 以让电力系统运行人员在稳定性问题导致级联停电事故之前预见并防止问题的发 生，该文章中结合了计算技术，开发了动态安全评估工具和能量管理系统之间的 接口模块，以商业化暂态稳定性仿真程序ETMSP作为仿真引擎，按照主控机一伺 服机的模式进行故障分配，并结合商业化数据库软件Oracle进行数据存储和动态 交换。该体系的缺点在于一方面仿真引擎模块仅对事故进行时域仿真，而没有对复杂电网拓扑特性进行统计分析；另一方面临界事故集从数据库直接读取，按照 事故数目进行事件级故障分配，事故产生和并行化处理模式过分单一，不利于在 计算资源异构且动态多变的计算环境下应用推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种复杂电网相位同步并行 化评估系统，使其结合复杂电网拓扑统计特性进行电网相位同步并行化评估，一 方面考察整个电力网络的各种统计特性，避免仅依赖局部电网特性进行相位同步 稳定性评估的不足；另一方面从较深层次将电网相位同步稳定分析模块和网络通 信模块无缝结合，提高了对现有各种软硬件计算资源的利用效率。本专利技术是通过以下技术方案来实现的，本专利技术包括预处理模块、并行化计 算仿真模块和并行化输出分析模块，其中预处理模块从数据源读取电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数 据，将输入数据作格式转换处理，产生并行化计算任务调度结果，并将转换后的 数据以及并行化计算任务调度结果通过计算机网络输出给并行化计算仿真模块；并行化计算仿真模块根据预处理模块的任务调度结果进行电网拓扑特性统计和相位同步稳定性分析，结果传输至并行化输出分析模块；并行化输出分析模块根据并行化计算仿真模块的结果进行相位同步特性预 测，并生成相位同步控制策略，通过计算机网络发布，供用户通过计算机网络进 行远程监控和维护。所述的预处理模块，包括数据输入模块、事件发生模块、电网聚类模块和 计算调度模块，其中数据输入模块接受电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数据，进行 数据检査、数据关联、数据修改、数据格式转换等处理，其结果作为事件发生模 块的输入；事件发生模块根据数据输入模块提供的数据按照随机扰动、蓄意攻击和人工 指定等运行模式产生事件；电网聚类模块根据事件发生模块的输出结果进行电网特性聚类分析，将相似 严重程度的事件放在一起，同时区别事件严重程度，电网聚类模块的结果直接输 出到计算调度模块；计算调度模块根据电网聚类结果并结合网络计算资源状况进行计算任务优化 调度，其调度结果通过计算机网络传输给并行化计算仿真模块。所述并行化计算仿真模块，包括若干子计算仿真模块，子计算仿真模块之间 通过计算机网络进行连接，每个子计算仿真模块通过计算机网络获得预处理模块 的任务调度结果，当计算任务采用细粒度数据级分解时，各子计算仿真模块根据 分区数据进行并行化求解，子计算仿真模块之间通过计算机网络实现交接分区间 数据通信；当计算任务采用粗粒度功能级分解时，各子计算仿真模块直接按照功 能进行并行化求解，子计算仿真模块之间不需要进行信息交互。所述的子计算仿真模块，均包括电网拓扑特性统计模块、相位同步稳定分析 模块，其中-电网拓扑统计特性模块通过计算机网络获得并行化任务调度结果，并行化计 算电网拓扑对应的基本统计几何量，如度及分布特性、度的相关性、集聚程度 及其分布特征、最短路径及其分布特征、介数及其分布特征、连通集的规模分布等，并将基本统计几何量传输给并行化输出分析模块；相位同步稳定分析模块根据计算机网络所提供的静态潮流和动态元件数据和 计算任务，通过对电网发电机组受扰运行轨迹的时域仿真分析，获得电机相位随 时间的变化曲线，并传输给并行化输出分析模块。所述的并行化输出分析模块，包括若干子输出分析模块，子输出分析模块之 间通过计算机网络进行连接，每个子输出分析模块通过计算机网络获得并行化计 算仿真模块的计算结果，当计算任务采用细粒度数据级分解时，各子输出分析模 块根据分区数据进行并行化输出分析，各子输出分析模块之间通过计算机网络实 现交接分区间数据通信；当计算任务采用粗粒度功能级分解时，各子输出分析模 块直接按照功能进行并行化输出分析，各子输出分析模块之间基本不需要进行信 息交互。所述子输出分析模块，均包括相位同步特性预测模块、电网相位同步控制 模块，其中-相位同步特性预测模块根据并行化计算仿真模块的时域数值仿真曲线，并结 合暂态能量函数和人工智能技术预测发电机的相位稳定性指标，并根据临界切除 时刻能量计算暂态能量裕度和电网传输容量极限等指标；电网相位同步控制模块根据相位同步特性预测模块产生的相位稳定性指标， 结合电网拓扑统计结果，制定预防或紧急控制策略，确定切机、切负荷或发电机 汽门快关的具体时刻和控制量。所述的并行化计算仿真模块、并行化输出分析模块均处于分布式的环境中， 并行化计算仿真模块中的子模块之间、并行化输出分析模块中的子模块之间，以 及并行化计算仿真模块和并行化输出分析模块之间，均通过局域网或广域网互联， 并遵循统一的通信协议，能够相互通信和交换信息。本专利技术工作时，首先启动预处理模块中的数据输入模块，从各数据源读取计 算数据并进行处理，事件发生模块按照随机扰动、蓄意攻击和人工指定等模式产 生事件，经电网聚类模块按事件严重程度聚类分析后，输入计算调度模块结合计 算资源状况进行并行化任务调度，其任务调度结果通过计算机网络进行传输，然 后由并行化计算仿真模块中各子计算仿真模块执行任务调度结果，分别进行电网 拓扑统计和相位同步稳定性分析，其计算仿真结果直接输入到并行化输出分析模 块，并行化输出分析模块中各子输出分析模块中根据计算仿真结果由相位同步特 性预测模块计算相位稳定性指标，最后启动电网相位同步控制模块，根据相位同 步特性预测模块产生的相位稳定性指标，并结合电网拓扑统计结果，制定预防或 紧急控制策略，其结果通过计算机网络及时发布。与现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂电网相位同步并行化评估系统，其特征在于，包括：预处理模块、并行化计算仿真模块和并行化输出分析模块，其中：预处理模块从数据源读取电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数据，将输入数据作格式转换处理，产生并行化计算任务调度结果，并将转换后的数据以及并行化计算任务调度结果通过计算机网络输出给并行化计算仿真模块；并行化计算仿真模块根据预处理模块的任务调度结果进行电网拓扑特性统计和相位同步稳定性分析，结果传输至并行化输出分析模块；并行化输出分析模块根据并行化计算仿真模块的结果进行相位同步特性预测，并生成相位同步控制策略，通过计算机网络发布，供用户通过计算机网络进行远程监控和维护。

【技术特征摘要】
1、一种复杂电网相位同步并行化评估系统，其特征在于，包括预处理模块、并行化计算仿真模块和并行化输出分析模块，其中预处理模块从数据源读取电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数据，将输入数据作格式转换处理，产生并行化计算任务调度结果，并将转换后的数据以及并行化计算任务调度结果通过计算机网络输出给并行化计算仿真模块；并行化计算仿真模块根据预处理模块的任务调度结果进行电网拓扑特性统计和相位同步稳定性分析，结果传输至并行化输出分析模块；并行化输出分析模块根据并行化计算仿真模块的结果进行相位同步特性预测，并生成相位同步控制策略，通过计算机网络发布，供用户通过计算机网络进行远程监控和维护。2、 根据权利要求l所述的复杂电网相位同步并行化评估系统，其特征是，所述的预处理模块，包括数据输入模块、事件发生模块、电网聚类模块和计算调 度模块，其中数据输入模块接受电力系统稳定分析所需的静态潮流和动态元件数据，进行 数据检査、数据关联、数据修改、数据格式转换等处理，其结果作为事件发生模 块的输入；事件发生模块根据数据输入模块提供的数据按照随机扰动、蓄意攻击和人工 指定等运行模式产生事件；电网聚类模块根据事件发生模块的输出结果进行电网特性聚类分析，将相似 严重程度的事件放在一起，同时区别事件严重程度，电网聚类模块的结果直接输 出到计算调度模块；计算调度模块根据电网聚类结果并结合网络计算资源状况进行计算任务优化 调度，其调度结果通过计算机网络传输给并行化计算仿真模块。3、 根据权利要求l所述的复杂电网相位同步并行化评估系统，其特征是，所 述并行化计算仿真模块，包括若干子计算仿真模块，子计算仿真模块之间通过计 算机网络进行连接，每个子计算仿真模块通过计算机网络获得预处理模块的任务调度结果，当计算任务采用细粒度数据级分解时，各子计算仿真模块根据分区数 据进行并行化求解，子计算仿真模块之间通过计算机网络实现交接分区间数据通 信；当计算任务采用粗粒度功能级分解时，各子计算仿真模块直接按照功能进行 并行化求解，子计算仿真模块之间无信息交互。4、 根据权利要求3所述的复杂电网相位同步并行化评估系统，其特征是，所 述的子计...

【专利技术属性】
技术研发人员：严正，王兴志，潘爱强，李丽，谢栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]