电力系统潮流分网并行计算方法技术方案

一种电力系统潮流的分网并行计算方法，包括如下步骤：将目标电力系统分割为多个子网；求出各子网的边界点间的关联矩阵；求出各子网边界点的节点电压的修正量的初步解和逆矩阵；求出全部边界点的节点电压的修正量的准确解和右端项修正量；修正各子网线性方程组的右端项，求出各节点电压的准确解。根据本发明专利技术的大规模电力系统潮流的分网并行计算方法，可以保持原有非并行软件计算过程的完整，这其中原有的电网节点优化编号不变；ＬＵ分解过程不变；前代、回代的求解过程不变。这样就可以减少并行化开发的工作量，提高软件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统的潮流计算方法，更具体地说，涉及一种电力系统潮流的分网并行计算方法。
技术介绍
电力系统潮流计算是电力系统分析最基本的计算，其计算结果能用来表示电网稳态特性。电力系统潮流计算除了自身的重要作用之外，它还是电力系统其他分析计算，如暂态稳定计算的基础计算。电力系统潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有电力系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态变量，主要是电网各母线节点的电压幅值和相角或电压的实部和虚部。电力系统潮流计算的数学模型，是在电力系统网络方程基础上根据已知的运行条件导出的非线性方程组。如节点电压按直角坐标表示的功率平衡方程式ΔPi=Pi-eiΣk=1n(Gikek-Bikfk)-fiΣk=1n(Gikfk+Bikek)=0ΔQi=Qi-fiΣk=1n(Gikek-Bikfk)+eiΣk=1n(Gikfk+Bikek)=0(i=1,2,......n)---(1)]]>其中Gik，Bik为导纳矩阵中节点i与节点k之间的导纳的实部和虚部；Pi，Qi为节点i的有功和无功功率；ei，fi为节点i的节点电压的实部和虚部。电力系统潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型简写如下F(X)＝0(2)其中F＝(f1，f2，……fn)T为节点的功率平衡方程式；X＝(x1，x2，……xn)T为待求的各节点电压。有关潮流计算的方法很多，但最基本、最实用的求解方法是结合稀疏矩阵技术的Newton-Raphson法(简称牛顿法)，该方法是具有代表性的方法。式(2)的非线性方程组的牛顿法迭代公式如下F′(X(t))ΔX(t)＝-F(X(t))(3)X(t+1)＝X(t)+ΔX(t)(4)其中F′(X(t))=∂f1∂x1...∂f1∂xn......∂fn∂x1...∂fn∂xnX=X(t)=J11...J1n......Jn1...Jnn]]>为雅可比矩阵，该矩阵是稀疏的，每一元素为二阶子阵。ΔX(t)＝(Δx1，Δx2…Δxn)T为修正向量。这样把解非线性方程组变为反复求解线性方程组的过程，直至‖ΔX(t)‖→0。综上，电力系统潮流计算方法可归结为大型稀疏线性方程组的求解问题，即AX＝B (5)其中A=a11...a1n......an1...ann]]>为系数矩阵，是一个非奇异的稀疏阵，即雅可比矩阵；X＝(x1，……xn)T为待求的未知数向量，即电压修正向量；B＝(b1，……bn)T为已知的右端项向量。牛顿法潮流计算过程中，每一次迭代系数矩阵A均随电压而变。稀疏线性方程组的通用解法是三角分解法，即将系数矩阵A分解为下三角矩阵L和上三角矩阵U的乘积。A＝LU (6)其求解过程通过以下前代和回代两个步骤进行LY＝B(前代) (7)UX＝Y(回代) (8)为减少注入元和提高计算速度，计算开始时还需要进行节点编号优化。电力系统潮流计算解法的关键是求解式(5)的稀疏线性方程组，其并行算法也是以线性方程组的并行算法为依据。随着电力系统的发展和电力系统规模的扩大，特别是大区电力系统之间的互联，对用于大型电力系统的潮流计算的速度和效率提出了更高的要求，为此分网并行的潮流计算成为解决这一问题的关键。与此同时，基于分网并行算法的大型电力系统的全过程动态实时仿真，也要求相应的潮流计算的分网并行计算方法与之相适应。如上所述，电力系统潮流计算的各种方法，最终都归结为稀疏线性方程组AX＝B的求解，这其中需要涉及电网节点编号优化和对线性方程组的系数矩阵A进行LU三角分解以及求解方程组AX＝B的前代和回代过程。目前电力系统潮流的分网并行计算方法，多采用BBDF(Bordered Block Diagonal Form)法或与之类似的方法。这类方法的缺点是需涉及计算过程的多个环节(1)在各子网节点编号优化时，必须把与其它子网相连的边界节点编排在最后，以保证其为“加边分块对角形式”(BBDF)。(2)在各子网进行LU三角分解时，需进行边界点的汇总及对边界点块的单独分解。(3)在各子网进行前代和回代求解时，也需要有对边界点的汇总过程。上述情况破坏了线性方程组求解的完整过程，影响了软件的模块化结构，降低了软件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电力系统的分网并行计算方法，使其在现有电力系统潮流计算软件等的基础上，进行并行化改编时，保持原有软件计算过程的完整，其中不影响原有的电网的节点优化编号；不影响各子网的LU分解和前代、回代求解的完整过程，因此可减少并行化开发的工作量，提高软件的可靠性。该方法适用于电力系统潮流计算中的各种方法(牛顿法、PQ分解法等)和暂态稳定中的网络方程求解，也可用于一般线性方程组的求解。根据本专利技术，提供一种电力系统潮流的分网并行计算方法，包括如下步骤将目标电力系统分割为多个子网；求出各子网的边界点间的关联矩阵；求出各子网边界点的节点电压的修正量的初步解和逆矩阵；求出全部边界点的节点电压的修正量的准确解和右端项修正量；修正各子网线性方程组的右端项，求出各节点电压的准确解。根据本专利技术的大规模电力系统潮流的分网并行计算方法，可以保持原有非并行软件计算过程的完整，这其中原有的电网节点优化编号不变；LU分解过程不变；前代、回代的求解过程不变。这样就可以减少并行化开发的工作量，提高软件的可靠性。此外，所述方法适用于电力系统潮流计算中的各种方法(牛顿法、PQ分解法等)和暂态稳定中的网络方程求解，也可用于一般线性方程组的求解。附图说明图1是本专利技术的电力系统潮流并行计算方法的流程图；图2示意性示出了目标电力系统的一种分割方式及各子网的边界点。具体实施例方式通常情况下，为了进行电力系统潮流的分网并行计算，会采用包括一个主控机和多个子机的高性能集群机。主控机与子机之间通过网络相联，完成它们之间的通信、控制和同步。由主控机按照网络拓扑优化方法将目标电力系统分割为多个子网，并将各个子网的计算任务分配到各个子机执行，由主控机统一控制并行计算。图1是本专利技术的电力系统潮流的分网并行计算方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术的电力系统潮流的分网并行计算方法包括如下步骤步骤101由主控机将目标电力系统分割为多个子网在该步骤101中，由主控机通过支路分割的方法将目标电力系统分割为多个子网。图2示出了一种电力系统分割方式。如图2所示，目标电力系统被分割为三个子网S1、S2和S3，其中a1(1)为子网1的边界点；a4(2)，a5(2)为子网2的边界点；a7(3)为子网3的边界点。全网方程的系数矩阵结构为 所分成的三个子网的稀疏线性方程组分别为，子网1A1X1＝B1(A1为子网1的系数矩阵，X1为子网1的节点电压的修正量，下同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统潮流的分网并行计算方法，包括如下步骤：ａ）将目标电力系统分割为多个子网；ｂ）求出各子网的边界点间的关联矩阵Ｙｃ；ｃ）求出各子网边界点的节点电压的修正量的初步解和逆矩阵；ｄ）求出全部边界点的节点电压 的修正量的准确解和右端项修正量；ｅ）修正各子网线性方程组的右端项，求出各节点电压的准确解。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统潮流的分网并行计算方法，包括如下步骤a)将目标电力系统分割为多个子网；b)求出各子网的边界点间的关联矩阵Yc；c)求出各子网边界点的节点电压的修正量的初步解和逆矩阵；d)求出全部边界点的节点电压的修正量的准确解和右端项修正量；e)修正各子网线性方程组的右端项，求出各节点电压的准确解。2.如权利要求1所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，所述步骤a)由主控机通过支路分割的方法实现。3.如权利要求1所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，在所述步骤b)之后，还包括由各子机分别对各子网进行节点编号优化处理的步骤。4.如权利要求1所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，由所述主控机形成所述关联矩阵Yc。5.如权利要求1所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，所述关联矩阵的元素为各子网的边界点间的联络线导纳和边界点电压形成的雅可比矩阵元素。6.如权利要求5所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，所述关联矩阵按照子网顺序形成。7.如权利要求1所述的电力系统潮流的分网并行计算方法，其中，在所述步骤c)中求出各子网边界点的节点电压的修正量的初步解的步骤包括由各子机分别求出所述子网的系数矩阵；对所述系数矩阵进行三角分解；求解各子网的线性方程组，得出各边界点的电压修正量的初步解。8.如权利要求7所述的电力系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：周孝信，吴中习，郭剑，李亚楼，田芳，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]