不对称三相电力系统潮流、故障的统一分析法

提出了不对称三相系统故障分析的新算法，该算法直接利用本相潮流计算时所形成的节点导纳阵因子表，实现了潮流、故障计算的有机结合，故障计算时还充分利用了近年来发展的稀疏补偿法和稀疏向量法，从而进一步提高了计算速度。     

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.     

电力系统计算中的二维稀疏结构技术

提出了一种既能方便解决单相电力系统中的稀疏矩阵的存取 ,又能方便解决三相电力系统计算中的稀疏矩阵存取问题的二维稀疏结构技术。该技术还方便地解决了单、三相计算中迭代方程组系数方程的存取及非零元素注入问题。使得处理稀疏矩阵象处理二维数组一样地简单。把二维稀疏结构作为一种基本数据结构来描述 ,这对形成电力系统计算类库具有实际意义。     

并行牛顿CAV方法在求解电力系统潮流方程中的应用

随着电力系统网络规模的日益加大，快速准确地计算电力系统潮流方程对实现电力系统实时控制越来越重要。将一种求解稀疏线性方程组的CAV(Component Averaging)方法引入电力系统潮流方程的求解中。鉴于此算法具有易于并行执行的特点，将其并行化，并利用IEEE662节点标准数据对算法进行了测试。结果表明该算法是一种快速有效、有潜质的潮流算法。     

基于矢量指令集的三相潮流并行计算方法

随着互联电网规模不断扩大，电力网络分析计算对计算速度的要求日益提高。高级矢量扩展指令集(advanced vector extensions,AVX)是应对大规模浮点运算所提出的基于SIMD的快速并行计算解决方案，最高可以将浮点运算能力提升16倍。以电力系统三相潮流计算为研究对象，采用快速YBUS潮流算法计算。对迭代方程组求解过程进行改造，将8×8的矩阵与8×1的向量作为运算单元，利用AVX指令集实现运算单元的基本计算与求逆的矢量化算法，完成了基于运算单元的方程因子表分块求解算法；将三相潮流方程节点导纳矩阵的三相模型部分对应的6×6矩阵和6×1向量扩展到8×8矩阵和8×1向量构成的运算单元中，其他部分则有序填充至运算单元中。采用半动态节点优化编号，建立了以运算单元为单位的分块稀疏系数矩阵，基于运算单元运算符的矢量化重载实现了三相潮流方程并行求解。使用IEEE标准三相算例进行测试，结果表明，三相潮流矢量化并行算法与原有算法结果一致，在时间性能上具有高效性。     

基于待恢复树切割的配电网故障恢复实时算法

以往的文献通常把配电网故障恢复问题的模型建立在联络开关／分段开关的开关对组合优化上，因而带来了计算量大、并行性差的问题。文中提出了待恢复树的概念，充分利用失电区的网络呈辐射状的特点，把问题转化为待恢复树切割问题，大大降低了问题的复杂度。同时采用三相潮流计算配电网的潮流分布，所以恢复算法计及了三相不平衡带来的问题。由于在待恢复树的切割过程中自动保持网络的辐射状，井考虑电流和电压的约束，在缩小了问题的解空间的基础上大大降低了潮流计算次数。由于算法固有的并行性，所以特别适用于发生多重故障时的系统恢复供电。     

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。     

稀疏向量技术在静态安全分析中的应用

提出了一种基于稀疏向量技术的快速算法。该算法采用稀疏向量法、基于因子表路径树的矩阵部分重新因子化法、快速前代／回代法等稀疏向量技术，充分利用了矩阵的稀疏性，避免了求解电力网络方程中的不必要计算，使静态安全分析程序的计算效率得到显著的提高。通过对IEEE—118、IEEE-300算例系统的验算分析，表明了该算法能够显著地减少计算量、缩短计算时间、提高计算速度。     

最优潮流的原对偶内点法矢量化实现

为提高计算速度,采用矢量化技术实现最优潮流计算.通过将同类型的优化变量集中排列,建立最优潮流模型的矢量化表达形式.采用原对偶内点算法求解该模型,建立梯度矩阵及海森矩阵线性组合的矢量化计算公式.求解修正方程时,对系数矩阵进行近似处理,对修正方程系数矩阵采用LDLT算法进行分解.采用近似最小度(AMD)算法对系数矩阵进行排序,减少分解所产生的注入元.基于C/C++开发电力系统矢量运算支持库,设计动态稀疏存储策略进一步提升最优潮流程序的计算速度.对多个测试系统进行仿真计算表明:矢量化可简化最优潮流的程序逻辑并提高程序运行速度.     

重载潮流算法

结合类编程思想和重载原理开发了三相潮流和单相潮流算法的统一结构。在此基础上 ,文章提出了三相潮流和一般潮流的统一算法———重载潮流算法。通过单相、三相与重载潮流在收敛性、计算速度以及存储量等方面的比较 ,得出该算法能够简化计算 ,具有收敛性好、灵活、通用、计算速度快的结论     

重载潮流算法

结合类编程思想和重载原理开发了三相潮流和单相潮流算法的统一结构.在此基础上,文章提出了三相潮流和一般潮流的统一算法--重载潮流算法.通过单相、三相与重载潮流在收敛性、计算速度以及存储量等方面的比较,得出该算法能够简化计算,具有收敛性好、灵活、通用、计算速度快的结论.     

解耦-补偿牛顿型三相潮流

首次将三相潮流计算中三相约束条件转化为单相正序红束条件，不仅简化了分析，而且为直接采用单相潮流算法铺平了道路。将性能良好的牛顿－拉夫逊法、Ｐ－Ｑ分解法与电力网元件的三相解耦或三相解耦－补偿模型结合，形成了性能优良的解耦－补偿牛顿型三相潮流算法－即解耦－补偿牛顿－拉夫逊法和解耦－补偿Ｐ－Ｑ分解法。提出的三相潮流算法不仅适合于不运行方式，如稳态单相继线或开路的分析。算例表明，两种方法具有良好的收敛特性     

以支路为基元的封闭格式潮流算法

针对潮流修正方程计算中新注入元处理繁琐的问题,以支路微增模型为基元,充分利用极坐标下牛顿潮流计算中因子分解过程、节点编号及稀疏存储三者间的关联,形成封闭格式的潮流算法。该算法采用支路微增模型的修正方程表达,并以追加形式与雅可比矩阵直接关联,无需导纳阵。依据节点编号同因子分解的关联性质,在节点编号的同时,跟踪未来与数值计算关联的拓扑结构,使前代自动定位,回代自动释放,形成封闭的计算格式,以期提高潮流计算算法的性能。以简单6节点电网为例详细阐述封闭计算格式的计算过程,通过3个IEEE标准系统算例,验证了所提方法在内存和计算速度上的优势。     

基于内点法的含暂态稳定约束的最优潮流计算

建立了含暂态稳定约束的最优潮流的数学模型，模型中考虑了多个预想事故。提出了一种基于原-对偶内点法的含暂态稳定约束的最优潮流算法。通过充分开发修正矩阵的稀疏性，并在求解时采用稀疏技巧，开发出了高性能的计算程序。在日本60 Hz电力网的10机模型系统的优化计算结果表明，所提算法不仅具有强大的处理等式约束和不等式约束的能力，而且具有良好的收敛性，能够有效地解决考虑多个预想事故时的含暂态稳定约束的最优潮流问题。     

基于道路树分层的大电网潮流并行算法及其GPU优化实现

针对大规模电网分析及能量管理系统对快速潮流计算的需求,提出了一种适于图形处理器(GPU)的基于道路树分层的稀疏矩阵直接分解算法,并结合该算法在GPU上实现了基于牛顿-拉夫逊法的潮流计算.为提高基于GPU的计算效率,首先在GPU上实现了潮流方程式右端项生成、雅可比矩阵生成、LU分解以及前推回代求解,减少了CPU和GPU之间的数据传输时间.其次,针对GPU中寄存器-缓存-显存多级存储架构,改进数据存储方式,减少了读取延迟.进一步,考虑GPU线程组织特点,优化任务分配,增加了计算并行度.最后,对比基于CPU的电力系统分析综合程序(PSASP)潮流计算模块,进行了数值仿真测试.结果表明,随着节点数的增加,所提出的程序计算优势越来越显著,算例规模达到43 602个节点时可获得5.172倍的加速比,验证了算法的有效性和实用性.     

基于改进稀疏表示的海上风电场交流海底电缆短路故障分类方法EI北大核心CSCD

准确、快速的海底电缆故障分类是海上风电场运维的重要一环。该文提出一种基于改进稀疏表示的海上风电场交流海底电缆短路故障分类方法,该方法综合利用故障发生后半周波电流信号的时域特征作为故障分类依据,采用K次奇异值分解(K singular value decomposition,K-SVD)字典学习算法对各类故障信号的特征信息进行学习,构造出准确匹配各类故障本质特征的过完备字典。在学习字典的基础上,提出一种基于混合交替方向乘子法(mixed alternating direction method of multipliers,M-ADMM)的改进稀疏分解算法将故障信号分解为过完备字典与稀疏向量的乘积,结合基于稀疏表示的分类方法实现对故障重构信号的分类。仿真研究结果表明,该改进稀疏分解算法具有精确的信号重构、降噪效果。所提出的故障分类方法无需人工构造故障信号特征,避免了多工况故障信号特征筛选、时频域变换等繁琐流程。与SVM、CNN、LSTM等智能分类算法的对比结果表明,该方法具有较强自适应性的同时不易受故障时刻、故障位置影响且噪声鲁棒性强,可以准确识别海底电缆场景下低阻短路故障类型。     

基于序电流补偿的微电网三相潮流算法

由于微电网的网络参数不对称和负荷不平衡,使其三相不对称运行,从而传统的潮流算法不再适用于微电网。为此,提出一种基于稳态序电流的三相微电网潮流计算方法。针对微电网中的不对称线路和几种常见形式的负荷,引入基于电流补偿的线路和负荷的数学模型;并提出基于节点注入电流型的三相微电网潮流算法。将三相潮流问题转换成3个独立的电流方程,对正序应用Newton-Raphson方法进行潮流计算。为验证该算法的正确性和有效性,将计算结果与PSCAD/EMTDC的仿真结果进行对比分析。另外,为验证该方法可处理微电网潮流计算时遇到的线路高R/X比值及环网问题,对CIGRE MV微电网进行潮流计算,结果表明:基于电流注入模型的微电网潮流算法比传统潮流算法在计算速度和收敛性上更具优越性。     

解耦-补偿牛顿型三相潮流

首次将三相潮流计算中三相约束条件转化为单相正序约束条件，不仅简化了分析，而且 为直接采用单相潮流算法铺平了道路。将性能良好的牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法与电力 网元件的三相解耦或三相解耦-补偿模型结合，形成了性能优良的解耦-补偿牛顿型三相潮 流算法——即解耦-补偿牛顿-拉夫逊法和解耦-补偿P-Q分解法。提出的三相潮流算法 不仅适合于不对称三相电力系统正常运行方式的分析，而且也适合于不对称三相电力系统非 正常运行方式，如稳态单相断线或开路的分析。算例表明，两种方法具有良好的收敛特性和 快速的计算速度，且非常适于并行计算。     

一种病态电网潮流的数值解法

针对病态电网的潮流计算问题,提出对潮流延拓方程的龙格–库塔数值计算方法。其核心在于:在延拓法的基础上,将潮流方程解的问题转变为微分方程的初值问题,通过龙格–库塔法进行求解。在求解过程中,沿用多延拓多启动技术,以扩大解的收敛范围;将计算格式转变为常规牛顿潮流法形式,与成熟(如稀疏)技术有机衔接,使该算法符合工程实际。总之,该算法是一种大范围收敛的潮流算法,对病态潮流及电压静态稳定等问题分析有良好的适应性,修改后的IEEE 5和IEEE 118系统算例,验证了该算法的有效性。     

计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法

基于分布式电源下垂控制、负荷静态特性和三相不平衡网络模型,提出了一种三相不平衡孤岛微电网的直接潮流算法。首先基于配电网直接潮流算法,并计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的影响,推导建立了三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法的计算模型。为了求解所提直接潮流算法的计算模型,提出了一种两层潮流迭代法,其中内层潮流迭代法用于求解除虚拟节点外的三相不平衡孤岛微电网的潮流计算,外层潮流迭代法用于更新虚拟节点电压和系统角频率。最后分别基于澳大利亚真实网络和25节点典型微电网开展多场景仿真分析,并将其与牛顿信赖域方法进行对比分析,仿真及对比结果表明所提算法能够快速准确地反映微电网的特点以及真实运行状态,并能够解决三相不平衡孤岛微电网的潮流计算问题。