电力系统潮流计算的符号分析方法研究

提出了一种运用符号分析的方法进行电力系统潮流计算的新思路,根据电网络的拓扑求解方法和图论理论,将复杂网络的拓扑分析方法引入电力系统,实现潮流计算的符号化.该算法直接将电力网络元件的参数进行符号表达,通过求解网络的k-树有效地生成电力网络节点电压方程中各节点电压的符号表达式,进而获得潮流解;并通过采用广义树法系统地生成复杂网络的树组,解决生成网络全部k-树时计算量和存储量随网络顶点数目的增加而过快增长的难点,有效地提高了算法的计算速度.与传统的潮流计算方法相比,该方法不存在计算的收敛性问题及其多解现象,算例分析验证了该算法的正确性.     

基于图形处理器加速的电网全网拓扑分析算法

随着电网规模的扩大以及电力系统互联水平的提高,电网分析计算的计算量显著上升。图形处理器(GPU)等并行计算设备能够提高大电网分析的计算效率,但电网分析计算中的串行电网拓扑分析已经成为影响并行算法计算效率的重要因素,亟待得到加速。作为电网拓扑分析加速问题的难点,全网拓扑分析可采用并行算法进行加速。为此,提出了一种基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法：将电力系统网架模型抽象为利于并行解耦调用的压缩数组形式;以前驱数组法为基本思想,设计了优化并行的厂站拓扑分析方法,以从电网特性中挖掘厂站间及节点间的并行性;以此为核心,提出了基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法。算例的测试结果表明,相比传统串行算法、多核中央处理器并行算法,所提基于GPU加速的电网全网拓扑分析算法运用于规模较大的电网时能分别取得7.242倍、2.148倍的加速比,显著加快了大电网全网拓扑分析的速度,进而提高了各类电网分析计算的整体效率,具有潜在的工程应用价值。     

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。     

电力系统拓扑分析的LU矩阵分解算法

电力系统拓扑分析是电力系统仿真与状态估计的基础。传统的电力系统拓扑分析算法需要进行大量的图搜索与逻辑运算,计算效率较低,无法适应现代大规模复杂电力系统的拓扑分析需要。为实现大规模复杂电力系统的实时拓扑分析,基于电力系统网络支路—节点关联矩阵的LU分解,提出了一种新型拓扑分析算法。该算法不仅具有简化节点间邻接信息处理的性能优势,而且具有以算术运算取代逻辑运算、低运算量、适用于矩阵计算加速技术的效率优势。针对波兰3375-节点测试系统进行拓扑分析,该算法与几种传统算法相比耗时更少。算例分析结果验证了该算法的正确性与良好的实时性。     

基于并行加速LU分解改进回路电流法的配电网潮流算法

随着电力系统规模的不断扩大,配电网节点数越来越多,对配电网潮流算法的计算速度和收敛性提出了更高的要求。为此,提出一种基于并行加速LU分解改进回路电流法的配电网潮流算法,该算法采用回路电流法进行建模求解,利用列选主元LU分解法求解病态线性方程组,并根据列消去树、关联列修正关系和多线程计算原理设计了潮流算法,实现了潮流计算的多线程的并行加速。通过对不同规模的配电网算例进行分析,结果表明所提算法计算速度快、适用性强、内存占用低,在大规模配电网潮流计算中有良好的计算效果,能够满足大型配电网在线潮流计算的要求。     

基于图卷积网络的快速暂态安全评估方法

快速、可靠的电力系统动态安全评估能够显著提高电力系统运行方式优化调整的效率。针对电力系统暂态稳定预想事故扫描需要完成大量仿真、过于耗时的问题,提出了基于图卷积网络的快速动态安全分析方法。该方法基于电力系统的潮流特征和拓扑特征构建电力系统潮流特征图。利用图卷积方法对电力系统运行状态进行特征挖掘与特征学习,将动态安全评估问题建模为图上节点分类问题。所得模型在读取电网拓扑与潮流运行状态后,仅须完成一次前向计算即可同时给出预想事故集中多个预想事故的稳定性预测结果,无须依赖仿真波形或量测数据,实现快速暂态稳定预想事故扫描。IEEE39节点系统算例测试表明,算法设计正确、高效、准确率高,能够显著提高暂态稳定预想事故扫描的效率,实现快速动态安全评估。     

含分布式电源配电网的前推回代潮流算法中PV节点处理方法

随着智能电网的不断发展,越来越多的分布式电源(distribution generator,DG)接入配电网中,DG在潮流计算中多数可看作PV节点,因此如何快速有效地在潮流计算中处理DG PV节点显得尤为重要。为此,在补偿前推回代潮流算法的基础上,提出了潮流计算中处理PV节点的方法,该方法对网络中PV节点进行迭代优化,使PV节点的电压幅值和有功输入量在迭代过程中与给定值保持一致,从而提高了算法效率。该方法实现简单,可移植到其他潮流算法中。算例结果验证了该方法的有效性。     

大规模电网并行潮流算法

提出了一种大规模电力系统并行潮流算法。该算法将电力网络划分成若干个子网,以子网为计算节点、联络线为支路构造浓缩网格,进行潮流计算时通过双向迭代方法交替实现对网格和网格中计算节点的牛顿法线性增量方程的求解。该算法有效提高了电力系统潮流方程联立求解的效率,为大规模电力系统并行潮流计算提供了方法。在新英格兰测试系统和我国东北电网上进行了验算,结果验证了算法的有效性和合理性。     

大规模电力系统潮流计算的分布式GESP算法

并行计算已成为大规模电力系统潮流计算的主要解决手段之一。为取得良好的加速比和并行效率,基于GESP算法提出牛顿法潮流迭代计算中修正方程组求解的分布式算法。根据方程组系数矩阵非零元主要集中于对角带及高度稀疏等特点确定系数矩阵的超节点,并基于超节点的边界将潮流修正方程组的系数矩阵划分为若干个2维分块矩阵以实现分块存储;在LU分解过程中,采用基于流水线技术的并行分解以提高计算速度。本文设计了分布式存储的并行算法,并应用于3000、12000节点等不同规模电力系统。算例分析表明:在网络达到2000节点及以上时,本文分布式GESP法相对串行计算和分布式牛顿法具有明显的速度优势。     

静态优化法编号在潮流计算中的应用

在静态优化法编号的基本原理上,提出了静态优化法鳊号的实现方法,并在此基础上编写了基于静态优化法编号的潮流计算程序,经IEE5节点和IEEE14节点算例验证,提出的静态优化法编号的实现方法和湖流计算程序都是有效的,具有很好的实用价值,并对其他节点优化方法在电力系统中的应用提供了一定的借鉴方法。     

基于遗传算法的稀疏节点优化编号方法

稀疏技术在电力系统中的应用显著提高了电力系统矩阵运算的效率。节点优化编号问题是稀疏技术的关键内容之一,求其最优解比较困难。遗传算法具有寻优空间广,易达到或者接近全局最优解的特点。采用遗传算法进行节点优化编号,提出了适合节点优化编号的遗传编码和适应值函数。通过对IEEE4节点和IEEE30节点系统的计算和与Tinney-2算法的比较,表明基于遗传算法的节点优化编号方法能够找到更加优化的编号方式,从而提高了矩阵运算的效率。     

基于改进邻接矩阵的稀疏技术及其在电力系统计算中的应用

针对存储网络拓扑结构的邻接矩阵具有高度稀疏的特点,对其表现形式进行改进,并将改进后的邻接矩阵应用于节点优化编号、检索信息的提前确定以及节点导纳矩阵的形成。在因子分解过程中,为实现列方向的非零检索,增加了列向的存储信息,并制定相应的检索方式。根据优化编号过程中新增支路与因子分解非零注入元的关联性质,在优化编号的同时,记录新增元素的位置并形成存储框架。将所提稀疏技术应用于谐波阻抗扫描与等值程序的开发,对6个电力系统的测试结果表明,随着系统规模的增大,所提方法与传统方法及NIMSCAN程序相比,可显著提高节点方程的求解效率,适用于大规模电力系统的分析与计算。     

基于节点电压相近度的黑启动子系统划分方法研究

互联电网发生大停电事故后,将电网划分成几个子系统实施并行恢复,可显著加快系统恢复进程。基于复杂网络的社团发现原理,采用节点电压相近度作为子系统划分的判据,提出一种黑启动子系统划分方法。该方法根据潮流计算的节点电压、黑启动电源的数目以及黑启动电源所在节点的电压获得电压阈值,将网络划分成几个子系统实施并行恢复,可满足子系统内部连续紧密、子系统之间联络的线路尽可能少且子系统的规模基本相当的分区目标。基于IEEE 118节点系统的算例验证了所提出方法的有效性。     

一种基于广度优先搜索配电网潮流计算的改进编号方法

为简化大规模配电网络编号步骤和提高潮流计算速度,在广度优先搜索编号的基础上,提出了改进的节点编号方法。此方法对于新增分支并不需要考虑同级网络的分支数,只需在父节点的基础上直接添加编号,应用配电网络的代数方程计算出配电网络各台区节点电压值和功率分布。经VBA预处理和Matlab编程对5级中压开式配电网络进行潮流计算测试,整个配电网潮流计算结果在满足配电网潮流计算精度要求的前提下,相比改进前广度优先搜索编号方案计算速度快,验证了该编号方案的有效性和实用性。     

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router, ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。     

基于自适应幂级数初始点的电力系统全纯嵌入潮流并行计算

在利用全纯嵌入潮流计算方法求解电力系统潮流时,若平启动的电压幂级数初始点远离系统潮流解实际值,则易导致计算量增大,且在求解各节点电压的过程中,传统基于中央处理器(CPU)串行计算架构的计算耗时较长。提出一种基于自适应幂级数初始点的全纯嵌入潮流并行计算方法。根据系统节点导纳矩阵和平衡节点电压自适应调整系统全纯嵌入潮流的幂级数初始点,构建基于自适应幂级数初始点的全纯嵌入潮流计算模型,以加快电压幂级数的收敛。借助多核CPU计算平台实现各节点电压Padé近似的并行化,以提高系统潮流方程的求解效率。不同规模测试系统的仿真结果表明,所提方法可实现电力系统全纯嵌入潮流的高效、准确求解。     

基于序分量的辐射网三相潮流求解

提出了不对称运行条件下基于序分量的前推回代法求解三相潮流问题，三相潮流问题被分解成正序、负序和零序3个子问题，在求得各序间相互影响各序点注入电流之后，采取以下求解方法：对正序、负序网络沿辐射支路用前推回代的方法求解，对零序网用常规高斯塞德尔（Gauss-Seidel)迭代法求解，这样可加快求解的速度。实例表明：该方法对未完全换位线路且具有不平衡节点功率时有好的鲁棒性，与直接对三序都用常规Gauss-Seidel迭代法相比，具有收敛快的特点，总的计算时间可缩短，解决了不对称运行条件下的具有多级电压辐射网三相潮流的求解问题。     

基于负荷等效电导迭代的直流配电网潮流算法

分布式电源并网技术需求加快了直流配电网的发展。该文针对低容量多电源的直流配电网潮流计算问题,通过重新定义直流配电网的节点类型,提出了一种负荷等效电导的迭代思想。该方法结合节点电压迭代法,可以快速求解直流配电网的网络潮流。使用该方法对目前常见的"手拉手"直流配电网拓扑进行计算,反推验证了其合理性和有效性。算例结果表明,该方法的收敛速度前期较快,后期逐渐收敛到真值附近;对于潮流计算精度要求较低的系统,可以采用前3步的迭代结果作为其潮流值,不但可以快速求解,还可以得到理想的计算值。     

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。     

考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算

提出了一种考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算方法。通过将泵类负荷的电动机转矩平衡方程和配电网各节点功率平衡方程组合起来,构成了考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算模型。在求解配电网潮流计算的牛拉法的基础上,提出通过将泵类负荷电动机转矩平衡方程与各节点功率平衡方程进行统一迭代和交替迭代两种方法进行求解。通过对实际低压配电网台区的计算分析,验证了该方法能获得更加准确的配网负荷节点电压,而且能够获得泵类负荷正常运行时和启动时的节点电压。