基于二维链表的稀疏矩阵在潮流计算中的应用

介绍了一种基于二维链表的稀疏矩阵存储方法,并将该方法应用到潮流计算中.通过改进二维链表的存储结构、用LU扩展的方法计算LU分解过程中的注入元位置、在稀疏矩阵中预先增加冗余元素存储注入元、针对LU分解的特点优化潮流方程的结构等技术,实现了对稀疏矩阵技术和潮流方程的优化,从而进一步提高了潮流计算的效率.对大系统的潮流计算证明,与传统的潮流算法相比,采用改进二维稀疏矩阵技术的潮流算法的计算速度显著提高,特别适合大规模电力系统的潮流计算.     

电力系统中稀疏技术的应用研究综述

电力系统计算中,许多系数矩阵都是庞大的稀疏矩阵,如何处理这些稀疏矩阵,成为电力系统计算中的一个较为突出的问题。采用稀疏矩阵存储可以节省存储空间同时节省不必要的零元素的乘除运算,提高计算效率。但计算速度仍然是很多电力系统离线分析和在线应用问题的瓶颈。本文对各种稀疏技术的比较分析,以期对解决电力系统计算中出现的瓶颈问题有一定的指导意义。     

面向对象编程中稀疏线性方程类构造研究

电力系统分析软件广泛使用面向对象的程序设计方法（OOP）,采用C＋＋语言按面向对象思想提出了一种稀疏线方程类的构造方法,该类提供了统一接口,可以方便地应用于电力系统分析计算的各个方面,而不必考虑其实现细节,并且易于修改、升级。为了有效地使用稀疏向量法,利用数级型链表来存储稀疏矩阵,用数组型序列链表来存储路径并集,这种存储结构具有节省内存、存取速度快的特点。实践证明,这样构造的类能取得良好的效果。     

稀疏技术在电力系统状态估计中的应用

研究了电力系统状态估计中稀疏技术的应用方法。首先根据因子矩阵和消去树，讨论了稀疏向量法。然后基于给定的稀疏矩阵存储方法和符号因子化技术，提出了一种采用稀疏向量法进行LDLT分解的算法，最后结合量测残差方差计算给出了两种应用稀疏技术计算的方法。算法的有效性在IEEE 118和IEEE 300系统上得到了验证。     

基于组件技术的潮流计算软件的研究与实现

首先分析了目前传统电力软件系统中存在的缺陷与问题,如基础计算功能重复开发,不利于升级与维护,软件开发较复杂。其次分析了组件技术在解决这些问题上的独到之处,并提出采用组件技术来实现电力系统基础计算软件。接着介绍了基于J2EE的软件开发方法和软件开发的具体过程,说明了J2EE体系结构是适合于电力系统软件开发的方案。并利用J2EE的EJB技术实现了一个通用的潮流计算软件。该软件采用了许多稀疏技术,如稀疏导纳矩阵的存储和稀疏矩阵的因子表分解等。最后以IEEE系统14节点网络为例对软件进行了测试,收敛性和计算速度均达到要求,与BPA相比,误差在允许范围内,通过实例验证了软件的独立性、正确性和对电力系统应用软件体系结构改进的可行性。     

基于降维技术的CRPDUAS稀疏结构优化设计

局部放电超声阵列检测方法是将阵列传感器与阵列信号处理技术应用于局部放电超声检测中的一种新方法,具有信噪比高、检测可靠性高等优点。相比较满阵,稀疏阵列传感器检测系统结构简单,成本低廉,能够满足工程需要。现有的稀疏结构优化设计算法相对复杂,会影响检测的成功率和准确度。因此,文中提出一种基于降维技术的圆环形局放超声阵列传感器(circular ring partial discharge ultrasonic array sensors,CRPDUAS)的稀疏结构优化设计方法。首先将平面二维圆环形阵的搜索降维处理成对应的一维线阵的搜索,并采用遗传算法执行直线阵搜索,然后再还原为圆环形阵列结构计算其阵列性能,最终获得多个约束条件下圆环形局放超声阵列传感器的优化稀疏结构。最后对优化稀疏结构进行Music测向仿真研究,结果表明文中方法正确有效。     

ICCG算法在SF_6罐式高压断路器三维电场有限元计算中的应用

分析了适用于大型稀疏矩阵求解的不完全乔列斯基分解的共轭梯度法ICCG ,对有限元代数方程ICCG指针的通用快速存取和寻址方法进行了研究 ,引入了新的数据结构 ,给出了基于剖分网格数据的通用快速存取和寻址方法 ,该方法可以快速有效地解决系数矩阵的寻址问题。采用等参元有限元法对罐式断路器断口间的三维电场进行了计算 ,在有限元方程大型稀疏矩阵的求解中采用了ICCG算法。     

多态相分量法及其在电力系统三相不对称分析中的应用

电力系统中的三相不对称问题给对称分量法的应用带来了困难。使用相分量方法在分析电力系统三相不对称网络时更加方便。由于传统相分量法不能充分利用电力系统对称元件可解耦的特性，计算量较大，影响了广泛应用。基于相分量模型提出的多态相分量法，可以处理电力系统各种不对称的问题；使矩阵和向量作为计算元素，实现了三相计算和单相计算的统一；通过多态化矩阵变换，减少了计算量，实现了与对称分量法相同的计算效率。     

小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现

该文提出了一种大规模电力系统小干扰稳定性分析中基于稀疏技术的关键特征值求解方法。该方法借助于Cayley变换，将关键特征值计算变为主特征值的计算，导出了基于稀疏增广状态矩阵的幂法迭代公式，并利用稀疏2×2分块矩阵及稀疏三角分解技术实现了该方法。2个示例系统的计算结果验证了算法的正确性和有效性。该方法不但可用于低频振荡抑制中控制器参数的协调优化，而且其中使用的多种基本技术也可以推广到基于子空间法求取部分关键特征值的各种迭代计算中。     

改进十字链表的稀疏矩阵技术及其在电力系统仿真中的应用

十字链表具有检索方式灵活和操作方便的特点,分析了十字链表在三角分解和前代–回代计算中的应用方法及其内存分配方式对稀疏矩阵计算效率的影响,十字链表的存储结点通常散列于内存空间中,该内存分配方式下稀疏矩阵的运算效率低于存储结点连续分布在内存中的稀疏矩阵运算效率,该现象由计算机的高速缓冲存储器的工作原理造成。为此提出改进十字链表实现方法,在稀疏矩阵的运算过程中充分利用高速缓冲存储器的高速存取速度来提高计算效率。通过算例证明改进十字链表方法是一种高效的稀疏矩阵技术,在传统大规模系统和分布式发电供能系统仿真中均取得了良好的应用效果。     

基于坐标变换的风电变流器电压信号CS压缩方法

为了解决直接利用压缩感知(CS)理论对风电变流器输出端三相电压监测数据存储空间的资源浪费以及重构性能差等问题,提出了一种基于坐标变换的风电变流器电压信号CS压缩方法。该方法的关键是利用dq0变换、空间矢量变换将三相电压信号转换为一维信号;然后将传统的多频带融合思想用于CS稀疏表示中,构造稀疏字典矩阵,并分析了稀疏字典与测量矩阵的不相关性;最后利用高斯随机矩阵进行压缩测量,使用追踪算法实现一维信号的恢复,将其转化为两相信号并作坐标反变换,即得到重构的三相电压信号。仿真结果表明,与直接对监测的三相电压数据进行CS处理相比,该方法可有效的压缩原始三相电压数据,使得运行时间降低,重构误差减小,并且节约了测量数据的存储空间,因而更加具有实际应用价值。     

MPCG算法在GIS三相共罐式SF6高压断路器电场计算中的应用

针对实际的GIS三相共罐式SF6高压断路器模型结构复杂的特点，分析了适用于计算多节点、多单元的大型稀疏正定实对称矩阵求解的修正预优共轭梯度算法MPCG，给出MPCG算法的迭代流程。根据系数矩阵稀疏、对称的特点，对系数矩阵的寻址方法进行了研究，引入了新的数据结构，该方法可以快速、有效地解决系数矩阵的寻址问题，占用内存少，寻址速度快。建立计算三维电场有限元模型及数理方程，根据该模型方程对高压断路器在工频测试电压下的电位和电场进行了计算，采用MPCG算法来求解所得到的大型有限元方程组。根据计算的电位和电场分布剖面图以及俯视图，可以为GIS断路器内部各部件的优化配置提供很好的参考。     

消去树理论及其在潮流计算中的应用

采用了基于消去树理论的符号因子分解技术以及改进的LU数值分解算法来提高牛顿法潮流计算的效率。介绍了消去树理论，并采用符号因子分解技术确定雅可比矩阵的结构，然后采用稀疏向量法求取L阵的每行和U阵的每列。这种算法和求取L阵每列和U阵每行的传统LU分解方法相比，具有编程简单、计算效率高的优点。另外，雅可比矩阵结构对称以及编译器优化的经验也应用到文中，使得算法不仅占用内存较少，且效率较高。算法的优越性在实际系统 中得到了验证。     

ICCG算法在SF6罐式高压断路器三维电场有限元计算中的应用

分析了适用于大型稀疏矩阵求解的不完全乔列斯基分解的共轭梯度法ICCG,对有限元代数方程ICCG指针的通用快速存取和寻址方法进行了研究,引入了新的数据结构,给出了基于剖分网格数据的通用快速存取和寻址方法,该方法可以快速有效地解决系数矩阵的寻址问题。采用等参元有限元法对罐式断路器断口间的三维电场进行了计算,在有限元方程大型稀疏矩阵的求解中采用了ICCG算法。     

基于特征提取矩阵的稀疏系数求解算法

在压缩感知算法的基础上,提出了在字典学习算法过程中同时训练得到一个投影矩阵,通过该矩阵可以直接运算求取稀疏系数的方法.字典训练过程采用的是KSVD字典学习算法,并与传统的L1范数求解算法进行比较,通过实验可知,该方法比传统利用贪婪法等L1算法具有更加快速、识别率更高的特点,提出的算法通过矩阵运算可以直接求解出系数项,而后者则是一个NP问题,需要利用迭代算法来求解,这样对于大样本的测试来说提出的算法具有更好的应用空间,节约的时间将非常显著.     

A Novel Power Flow Algorithm for Hybrid AC/DC Power Grids

This study introduces a novel unified power flow algorithm for hybrid AC/DC power grids. For hybrid AC/DC power grids that incorporate voltage source converters (VSCs), the proposed algorithm uses the voltage amplitude and the phase angle of the AC bus and the voltage of the DC bus as the minimum set of state variables. The power equation of the converter is deduced by these state variables. Then, the bus-power-equilibrium (BPE) equations can be deduced based on the DC node classification and VSC converter station control modes. The Newton–Raphson method can be used to solve these BPE equations with good convergence behavior. In addition, the DC grid and converter station modeling impose no restriction on the hybrid grid topology. As a result, the Jacobian matrix in the modified equations can accurately reflect the coupling relationship between AC and DC grids and simultaneously maintain the sparse feature. The proposed unified algorithm uses the sparse technology and can solve the power flow problem for a large hybrid power grid. A simulation is implemented to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

一种新的过套管电阻率测井数据预处理方法

为解决传统的过套管电阻率测井数据预处理方法存在的主观性强,适用性较差以及不能反映地层中的薄层信息,连续曲线分辨率低等问题,设计了一种新的数据预处理方法。首先采用数据清洗原理剔除同一深度上的异常测量值,再根据信号稀疏表示原理,构建观测矩阵和稀疏变换矩阵,通过最优化算法及约束条件求解信号的稀疏表示系数,得到等深度间隔的连续过套管电阻率测井曲线。在SL油田5口井数据上的实验结果为数据中的异常测量值得到了有效剔除,且形成的连续测井曲线与裸眼井微电位曲线具有良好的薄层对应性。结果表明,所提方法形较传统的预处理方法,适用性好,具备较强的薄层分辨能力和更大的推广应用价值,且形成的软件通过在SL油田动态监测中的应用,为油田开发和持续稳产提供了有力的技术支撑。     

KLU稀疏直接求解器在状态估计中的应用

稀疏矩阵及稀疏线性方程组求解已成为大规模电网状态估计计算效率的瓶颈,阐释了基于BTF和Gilbert-Peierls算法的稀疏矩阵直接求解器KLU（Clark Kent LU）,并将其嵌入到智能调度技术支持系统中生产运行的状态估计程序功能。首先在计算得到雅可比矩阵的基础上基于OpenMP并行化技术快速求解信息矩阵;然后使用KLU求解器进行信息矩阵的因子表符号分析和数值分解;最后在状态估计计算过程中使用KLU求解器求解线性方程组,从而提高大规模电网状态估计的计算效率。通过省中心、分中心、模型数据中心D5000的状态估计实际应用,证明了该方法的有效性和实用性。