电力系统静态电压稳定极限的分区求解算法

提出一种适用于大规模电力系统电压稳定分析的分区并行连续潮流算法,求取静态电压的稳定极限。首先将电力网络划分成由联络线联系起来的若干个子网,子网内部母线的关联性强而与外部网络仅通过少数联络线相连;以子网为收缩节点、联络线为支路构造浓缩网络。进行计算时,通过前向简化形成预估环节的接口方程,同时以浓缩网络的电压为控制电压向量求出控制步长;校正环节通过双向迭代方法交替实现对浓缩网络和收缩节点的牛顿法线性增量方程的求解。对新英格兰系统和我国东北电网的仿真测试结果验证了该方法的可行性。     

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Beowulf集群的大规模电力系统方程并行PCG求解

研究基于Beowulf集群的大规模电力系统方程并行PCG求解问题,采用常见的硬件设备和廉价且广为传播的软件构建出Beowulf分布式集群环境,基于这一环境,彻底摒弃矩阵的传统直接分解算法,采用多项式预处理的PCG法并行求解大型稀疏线性方程组.文中方法无需进行任何形式的电网络划分,也无需进行任何的矩阵三角分解和前推回代过程,适合各种类型的大规模电力系统方程的并行求解.本文分别在潮流计算、状态估计和静态安全分析中对大规模电力系统方程实现了并行求解,并获得一定的加速比和并行效率,为大规模电力系统快速、准确的仿真计算和在线分析提供一种可行的新途径.     

适用于CPU+GPU协同架构的大规模病态潮流求解方法

随着电网规模不断扩大,负荷增长明显,快速、准确地进行大规模病态潮流求解具有重要的实用价值。将连续牛顿法(CNM)应用于大规模电力系统病态潮流求解中,将潮流方程的求解过程等效为常微分方程组积分计算过程。为了加速该计算过程,针对中央处理器(CPU)+图形处理器(GPU)协同计算架构,设计了基于GPU的不平衡功率快速计算方法,进而优化CNM算法并行实现所需软硬件配置,形成高效的大规模病态潮流求解方法。通过多个大规模病态潮流算例验证了所提CPU+GPU协同潮流计算方法的正确性和实用性。     

中期电压稳定的并行仿真算法

文章结合电压稳定分析的特点,将并行计算方法应用到描述中期电压稳定的准稳态(quasi steady state,QSS)仿真分析中。首先将电力网络划分成以树形分层结构相联的子网,处于同一层上的子网相互独立,可并行计算。进行QSS仿真分析时,通过前向简化(底层子网到顶层主网)和后向回代(顶层主网到底层子网)实现对牛顿法线性增量方程的求解。该算法有效提高了微分方程联立求解的效率,为大规模电力系统并行仿真计算的实现提供了新方法。在新英格兰10机39节点测试系统和我国山西电网系统上对算法的可行性进行了验证。     

预条件处理CG法大规模电力系统潮流计算

研究了预条件处理的CG(ConjugateGradient)法求解大规模电力系统潮流方程的问题。采用预处理CG法代替传统的LU直接法对高维稀疏潮流方程进行求解,详细比较各种预条件处理技术对CG法潮流方程求解的效果,提出一种新的节点优化排序的IncompleteCholesky预处理方法,实验分析证明它是CG法快速求解潮流的一种十分有效的预处理方法。对IEEE-30、IEEE-118和多个合成的大规模电力系统进行潮流计算,结果表明:这种预处理方法比其它预处理方法需要更少的迭代次数和浮点运算次数,对超大规模电力系统潮流问题也比传统LU直接法更具速度和存储优势。在电力系统互联程度不断增加使其潮流计算面临大规模甚至超大规模计算压力时,该方法能够成为传统方法的一个替代。     

电力系统潮流分解协调并行计算

现代大规模电力系统计算问题规模非常巨大,现有计算模式的计算速度已经无法满足实时计算的要求.为此,研究了PC机群计算环境下的电力系统潮流计算模型,结合基于节点分割的网络分块方法和PC机群环境的特性,提出了一种基于网络数学分割的电力系统潮流分解协调算法,将大规模互联电力系统分解成若干子网络,通过分配于各个PC机的各个子网络之间的分解协调计算获取加速比.利用该法对IEEE标准系统进行了潮流计算,结果表明该算法具有较高的加速度和计算精度,适合在网络计算环境中实现.     

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。     

大型船舶电力系统分布式并行潮流计算方法

提出一种大型船舶电力系统分布式并行潮流算法,将电网划分为供电网络和辐射状配电网络两个潮流计算层次,定义了层次之间的接口方程及基于牛顿—拉夫逊法和前推回推法的两层网络交替迭代求解模型。为提高潮流求解的效率,将电网划分多个供电区域,并将全网的潮流计算任务分配给相应的计算单元,采用分布式并行计算方式求解全网潮流。对典型船舶电力系统的测试结果表明,该算法较传统潮流计算方法具有更好的收敛性和计算速度,适用于求解大型船舶电力系统潮流问题。     

大型船舶电力系统分布式并行潮流计算方法

提出一种大型船舶电力系统分布式并行潮流算法,将电网划分为供电网络和辐射状配电网络两个潮流计算层次,定义了层次之间的接口方程及基于牛顿-拉夫逊法和前推回推法的两层网络交替迭代求解模型.为提高潮流求解的效率,将电网划分多个供电区域,并将全网的潮流计算任务分配给相应的计算单元,采用分布式并行计算方式求解全网潮流.对典型船舶电力系统的测试结果表明,该算法较传统潮流计算方法具有更好的收敛性和计算速度,适用于求解大型船舶电力系统潮流问题.     

A study based on the factorization-tree approach for parallel solution of power network equations

Advance in the development of distribution computer architecture, parallel processing systems have the potential to become useful for power system applications by simultaneously solving the independent functions of a given task. A power system is separated into as many subnetworks, referred to as a bordered block diagonal form (BBDF) matrix, as the processors of a parallel computer. Balance loading on all processors is essential to ensure the success of any parallel approach. In this study, a novel method involving the factorization tree approach on the basis of calculating the maximum number of fill-in and the degree of every node as the cutest block nodes is proposed. Using the proposed approach, the number of nodes in each subnetwork is more uniform and the computation time is saved. Simulation results of the IEEE test systems and the Taiwan Power Company 288-bus system are presented to verify the feasibility of the proposed approach and its capability to implement parallel computing for load flow analysis.     

东北电网频率与联络线潮流的关系

介绍了东北电网的频率与联络线潮流控制方式,结合东北电网2002年几起大机组跳闸后频率及区域联络线潮流实时记录数据,分析了各区域联络线潮流的变化情况,计算了辽宁、黑龙江电网的自然频率特性系数,结果表明电网运行中自然频率特性系数随运行方式变化而不断变化.还分析了频率波动及区域电网频率特性系数对东北电网内各区域间联络线潮流的影响,证明了区域频率特性系数的设定应稍大于自然频率特性系数以利于调整频率及联络线功率偏差.     

基于改进Jacobian-Free Newton-GMRES(m)的电力系统分布式潮流计算

为了提高互联电网分布式潮流算法的实用性,应尽可能减少协调计算中的交换信息.文中采用隐函数方式表示分布式潮流的边界协调方程,并采用具有自适应预处理能力的Newton-GMRES(m)方法构建分解协调算法.该方法具有Jacobian-Free特性,协调计算中只需要交换边界节点状态信息.以IEEE标准系统和大规模实际系统为算例的测试结果表明,新的分布式潮流算法具有较高的收敛性,数据交换接口简单,实用性强,适合于求解连续变化的分布式潮流问题.     

一种求解交直流互联电网分布式最优潮流的同步ADMM方法

对于具有多个调度中心的大规模多区域交直流互联电网,对最优潮流计算进行分布式求解更符合信息的保密性和安全性需求。通过将联络线复制同时放到相邻分区中和引入边界变量一致性约束的方法建立交直流互联电网分布式最优潮流模型,并提出了一种完全分布式的不需要任何协调中心的同步交替方向乘子法(Synchronous Alternating Direction Method of Multipliers,SADMM)求解最优潮流模型。对于交直流系统直流部分的网络分区,提出将换流站保留在各自区域中只将中间直流线路复制的直流联络线处理方法。SADMM通过对高斯赛德尔型ADMM(GS-ADMM)进行改进,将当前迭代得到的相邻区域边界节点电压值的加权平均作为下一次迭代的固定参考值,实现不同区域间的并行同步计算。并根据优化问题的特点,确定算法中惩罚因子的合理取值,以加快算法的收敛性。以某一实际大规模交直流互联电网和两个修改的IEEE交直流系统为例,通过与集中式最优潮流计算比较,验证了所提算法的正确有效性。     

基于网络分割的分块牛顿法潮流计算

为了提高潮流计算的速度,解决传统潮流计算方法扩展性和灵活性不足、计算量大的问题,提出了一种基于网络分割的分块牛顿潮流计算新方法,其特点是通过选择联络线将电网划分为若干个规模较小的子网络,然后对各子网络分别建立潮流计算方程,通过线性变换、联立求解和回代计算等手段,将传统牛顿法中的高维线性方程组转化为多个低维线性方程组进行求解;该方法不改变传统牛顿法的计算精度和收敛性,易于并行实现。对测试系统的分析表明,该方法具有潜在的可并行优势,网络规模越大,优势越明显,并可有效地提高潮流计算的效率。     

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。     

Distributed power flow loss minimization control for future grid

In this paper, a novel decentralized algorithm is proposed to minimize power flow loss in a large‐scale future grid connecting with many real‐time‐distributed generation systems by which power flows bi‐directionally. The DC‐power loss at each link is defined as the product of resistance and the square of current that can be considered as a quadratic flow cost. We employ the notion of tie‐sets that reduces the complexity of the power flow loss problem by dividing a power network into a set of loops that forms a linear vector space on which the power loss problem can be formulated as a convex optimization problem. As finding a solution in each tie‐set enables global optimization, we realize parallel computing within a system of independent tie‐sets by integrating autonomous agents. Simulation results demonstrate the minimization of the power loss on every link by iteratively optimized power flows and show the superiority against the traditional centralized optimization scheme. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

计及电流潮流控制器的直流电网潮流计算

电流潮流控制器(Current Flow Controller,CFC)可以增加直流电网潮流控制自由度,实现直流电网潮流优化分布,但也使得原始潮流算法对于加装控制器后的直流电网不再完全适用.基于等效功率注入模型和联立求解法,文中提出了一种特定潮流控制目标下,计及CFC的直流电网潮流算法.将CFC对被控支路潮流的调配作用...     

电力系统并行恢复分区新模型及算法

制定合理的电网并行恢复分区方案可以有效缩短系统恢复时间,而如何构建更为有效的分区模型及算法是该问题的关键。提出了电网并行恢复的分区新模型及快速求解算法。首先根据系统恢复的实际过程,构建了完善的系统并行恢复最优分区新模型;进而,为了克服大型混合整数非线性规划问题求解的困难,提出了分步求解策略:先基于电气距离对待启动机组进行划分和调整;再基于电气距离和潮流追踪算法的负荷分区和调整。所构建的模型相对比较完整,所提算法计算性能好且易于实现,而有望用于工程实际。不同规模算例验证了所提模型及算法的有效性和正确性。