基于Jacobian-Free Newton-GMRES(m)方法的电力系统分布式暂态仿真算法

分布式暂态仿真是实现市场环境下互联电力系统在线一体化仿真分析的有效途径。文中研究了电力系统分布式暂态仿真计算模型，提出了基于Jacobian-Free Newton-GMRES(m)方法的协调求解算法。该算法只需要交换边界母线状态信息，接口简单，实用性强。为了提高算法收敛速度，减少协调求解所需通信次数，提出了自适应预处理和连续修正预处理矩阵、预估边界条件初值及多时步同时协调等改进方法并将其应用于新算法中。测试结果表明，新的暂态仿真分解协调算法收敛快，通信次数少，非常适合在基于广域网络的分布式环境中实现。     

基于异步迭代的多区域互联系统动态潮流分解协调计算

在全局电网分解协调计算中，为增加各子系统计算的独立性，并减小协调计算对通信系统的要求，提出了一种新的基于异步迭代的互联系统分解协调动态潮流计算方法，这种方法允许每个参与分布式计算的子系统自由选择本系统内的Vθ节点，采用内、外两层迭代的方式求解整个互联系统的动态潮流。以各子系统单独潮流计算作为内层迭代，再利用边界条件构造关于边界节点状态量的不动点迭代格式，通过不断修改各子系统相应外边界节点的等值注入作为外层迭代来统一全网潮流解。所提出的算法经IEEE 9节点试验系统验证，可获得全网动态潮流解。     

基于自激法的小干扰稳定特征值的分布式算法

由于中国电力系统的运行和管理具有分层分区的特点，传统的集中式的小干扰稳定分析方法很难满足在线计算的要求。文中基于带边界分区的互联电网切分方法，从传统的电力系统小干扰稳定分析的自激法出发，提出了小干扰稳定特征值的分布式算法。算法在计算过程中只需要各区域传递边界节点状态量等少量数据，适用于电力系统的分布式环境，具有较好的实用性。对IEEE 39节点系统的验算结果证明了算法的合理性和有效性。     

基于潮流方程组拼接模式的互联系统分布式潮流计算

目前互联电力系统使用集中式和分布式建模2种思路来获得全局广域潮流解，2种思路各有优缺点。文中力图将两者的优点结合起来，提出了一种带有集中式特点的分布式潮流拼接算法。该算法将各子网的导纳矩阵、节点注入功率向量、节点类型信息向量拼接起来构成全局潮流方程组，据其在某个子网侧计算出全局潮流后，将其余子网的潮流数据传送回去从而获得全网的分布式潮流。拼接算法无需进行全网一体化建模或模型拼接，各子网间亦无需进行协调迭代计算，但所求得的潮流计算结果却与一体化建模时完全一致。在IEEE 9节点系统上进行的数值仿真实验表明了所述拼接算法具有较突出的优势。     

含分布式电源配电网潮流问题的解决策略

研究了分布式发电系统接入电网的数学模型,对常见的几种分布式电源的节点进行了划分,归结为PQ节点,PV节点和P-Q（V）节点。在此基础上,基于MATLAB的计算功能,利用前推回代潮流算法原理,对有分布式电源接入的配电网系统进行潮流计算,计算过程采用改进的算法,最后对所提出算法的计算速度、收敛性等进行了分析。结果表明,该模型和方法能够快速、方便求解含多分布式电源的配电网潮流。     

基于异步迭代的交直流互联系统分布式动态潮流计算

交直流互联电网与调度中心独立计算模式之间存在矛盾,给电网分析和监控带来种种弊端。为克服这一矛盾,在基于异步迭代模式的分布式动态潮流（ADDPF）算法的基础上,提出了以高压直流线路为联络线的交直流互联系统ADDPF算法。该方法针对两端直流系统,直流线路在其两端子系统重复建模,内层交直流潮流计算采用交替求解法,外层将直流线路等值为交流线路构造不动点迭代格式,不断修正外边界节点注入功率实现全网潮流计算。将IEEE标准系统扩展为交直流系统进行测试,可获得与全网一致的动态潮流解。     

电力系统潮流可行域边界拓扑性质及边界算法

电力系统潮流可行域是一种评估系统静态安全的有效手段。文中探讨了不同子空间的潮流可行域边界的拓扑性质，提出了新的边界算法。首先，在把潮流可行域划分为负荷注入子空间与发电注入子空间的基础上，通过大量算例发现2个子空间的可行域边界具有截然不同的拓扑特性，特别是发电注入空间的潮流可行域边界在系统实际可能的运行范围内呈现较好的线性特性。然后在混合法的基础上，提出一种新的高维发电注入空间中潮流可行域L1范数最远边界点算法，该算法避免了频繁启动连续潮流计算，其结果的多解性也被用来进一步检验潮流可行域边界拓扑性质。     

基于GIS的潮流数值模拟可视化研究及应用

介绍了基于GIS的潮流数值模拟可视化系统的设计方案。系统采用OLE技术集成开发,实现了潮流模拟过程中的地理信息的管理,并将相应信息在GIS系统的支持下完成了数据的自动采集和信息的可视化,自动生成了贴合计算域边界的正交曲线网格,采用动边界的平面二维潮流数学模型对台州湾潮流进行了模拟计算,实现了GIS平台下的可视化研究。     

基于可信性理论的模糊潮流方法

目前的模糊潮流算法基于模糊集理论，但需要严格的数学理论基础和测试标准。可信性理论是研究模糊现象的数学分支，它建立了与概率论相对应的模糊论公理化体系。基于可信性理论提出一种通用模糊潮流算法，该算法不仅能够给出潮流结果的可能性分布及其期望值和方差等数字指标，而且能够统计设备越限期望值和系统风险值。一方面，该方法使得模糊潮流的计算结果能进行直观的分析比较，提高了实用性;另一方面，该方法具有严格的数学基础，所以可以成为模糊潮流的测试标准。以6节点系统和某实际地区电网的算例表明了所提出的方法的合理性和有效性。     

联合电力网潮流计算的分解协调法

针对联合电力网潮流计算对计算机内存要求过于庞大的问题，提出了一种潮流计算的分解协调算法。该算法将联合电力网的潮流计算分解为各个区域性电网的潮流计算，然后再在各区域性电网的接口处进行协调，直至整个电网协调一致。此算法只要求计算机内存满足构成联合电力网的最大一个区域潮流计算对内存的要求，从而极大的降低了联合电力网潮流计算对内存的要求。     

Automated Framework for Water Looped Network Equilibrium

In this paper, a novel algorithm is proposed for balancing water looped network in steady state through a fully automated general framework of hydraulic networks regardless of their topological complexity. The model is developed by combining the following two steps, firstly a set of independent loops are identified based on a graph theoretical analysis in a looped network. Further the second step is devoted to the equilibrium process by determining the flow rate distribution within the network ducts and the pressure in the delivery nodes. The above such equilibrium process gives rise to a system of non linear algebraic equations which are solved numerically using both Hardy Cross (HC) and Newton Raphson (NR) methods. In HC method, the flow correction term is modified and a generalized expression is given to consider various possibilities of independent loops selection. Some real networks topologies that were commonly used as benchmarks, for testing various independent loops selection algorithms, are taken as case studies to apply the general automatic framework for hydraulic network analysis. Such network analysis enhances proving the applicability as well as the effectiveness of the proposed approach. Also, during the equilibrium procedure, it is proved that NR method is capable of producing accurate results and it converges more rapidly comparing to the widely used HC method. Moreover, it is demonstrated that NR’s iterative process, contrary to HC’s one, converges to reliable results even with a choice of random initial flow rates which makes a NR algorithm quite simple to implement without affecting the accuracy of the results.     

无网格法河流数值模拟平面区域自动布点技术

 无网格法数值模拟基于变分原理,采用权函数来拟 合真实解,因此,权函数的构造形式至关重要。无网格法不需要网格单元,只需具体的节点 信息,是一种很有前途的数值模拟方法。在已有研究工作的基础上提出一种复杂河道平面区 域布点算法,利用该方法生成的离散节点可直接用于无网格法数值模拟计算,也可以进一步 利用各种网格化方法,由散点生成无结构网格。为了控制散点分布密度,引入了密度控制函 数。区域布点算法的一个关键技术是点包含算法,给出了一种既简便又易于实现的算法。应 用实例检验了所提出的方法的可行性,并编制了FORTRAN语言环境下的自动生成程序。     

Pressure-balanced Saint–Venant equations for improved asymptotic modelling of pipe flow

In urban drainage networks, steady free surface flows in circular-shaped pipes are commonly observed given low inflow discharges. Therefore, accurate computation of such steady states is of great practical significance, especially considering bent pipes. This requires numerical schemes to be capable of achieving a delicate balance between slope source terms and fluxes in the discrete framework. To this end, in the current study, a new method using pressure balanced Saint–Venant equations and positivity preserving Godunov-type finite volume scheme, is developed for 1D flow simulation in bent circular pipes. Using pressure balancing, a set of pre-balanced Saint–Venant equations is derived. The numerical discretization method uses an approximate Riemann solver and is capable of dealing with wetting–drying process stably in frictional pipes. As verified by several test cases, the proposed method shows better performances than existing methods in modelling the asymptotic flow behavior and preserving steady states in bent circular pipes.     

潮流方程的割线法求解

电力系统潮流分析是研究电力系统稳定的重要手段,通过数值仿真的方法把电力系统的详细运行状态呈现给运行人员,以便了解给定条件下电力系统的稳定运行状态。潮流计算是求解一组潮流方程描述的非线性方程组,而在电力系统的发展中,涌现出了多种优秀的潮流算法,如牛顿-拉夫逊法、快速分解法等。本文利用割线法的思想克服了牛顿-拉夫逊法对初值敏感的缺点,简化了潮流方程的求解,达到了较准确求解潮流方程的目的,同时计算速度与快速分解法相近。     

在二维流动计算中应用“河床切削”技术处理动边界问题

本文提出应用“河床切削”技术处理二维流动中的动边界问题,该技术简单易行,物理概念明确,节省计算时间。为克服差分法的弱点,运用文献[1]的研究成果,生成正交数值网格。导出了本文正交曲线坐标系下的ADI法差分公式。本文方法边界适应能力强,计算时间短,内存少.程序简单。本方法已用于计算长江重庆某河段模型流场,其结果令人满意。     

用最小二乘无网格有限差分方法求解二维浅水方程

近年来兴起的无网格方法摆脱了网格约束,在计算区域内能自由布点,快速灵活,并且离散节点能更好地拟合复杂的边界,求解精度较高。运用最小二乘无网格有限差分（MLSFD）方法,求解二维非守恒形式浅水方程。支撑域内点采用两种方法结合的方式进行选取。为避开繁琐的矩阵奇异、病态的检验过程,选用了最小二乘技术对矢量做最优化近似,并使用MLSFD对圆形溃坝模型进行计算。为了更好地处理边界条件,在无网格的四周,向内分别布置三层直角网格。对数值模拟结果进行分析比较,验证了该方法在计算二维浅水流动的数值模拟方面有着较高的精确度,进而说明无网格方法运用于求解浅水方程是可行的。     

陷落腔剪切层自持振荡的数值计算分析

该文主要研究陷落腔剪切层自持振荡的水动力特性,以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,利用计算流体力学软件CFX中的高级湍流模型Larger eddy simulation(LES),使用simple算法进行数值仿真计算.数值计算结果表明:随着腔中的大涡沿着随边向上爬升并趋于稳定,在腔口导边处不断有附着涡脱出,而后又很快的破碎;得出不同雷诺数下腔口剪切层处的压力系数沿周向的分布规律及剪切层自持振荡的频率特性,总结出剪切层处的各阶振荡频率随着雷诺数的不同趋于常数;将数值计算得出的结果与物理实验的数据进行对比分析,从而验证了数值计算的可靠性.     

洪泛区河网非恒定水沙数学模型的研究

鉴于江河流域中下游地区交错复杂的河网体系 ,本文建立了适应性强的复杂河网区非恒定水沙数学模型。模型中采用汊点分组方法求解水流方程组 ;选用了与实际情况较为吻合的汊点分沙求解方法 ,建立了分洪口门修正模式 ,采用适合于复杂流动状态下泥沙方程组的求解方法。同时为了提高模拟精度和扩展模拟功能 ,对河网中蓄水汊点和分蓄洪区的水流运动模拟等环节提出了合理可行的数值处理方法 ,并提出了河网水沙运动模拟中进一步需要研究的问题。最后把本文所建模型应用于汉江杜家台分蓄洪区的水沙运动模拟     

船舶螺旋桨周围粘流场数值预报与流场分析

本文叙述了通过直接求解雷诺平均应力方程（ＲＡＮＳ）来获得船舶螺旋桨粘流场数值解的方法与数值求解步骤，该方法采用非交错网格系统，利用幂函数格式离散动量方程，预报－校正方法求解速度－压力耦合问题，应用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模式求解雷诺应力项使方程组封闭，以此来获得螺旋桨粘流场，为了验证数值方法的稳定性和可靠性，文中以ＤＴＲＣ４１１９桨为算例，对螺旋桨粘流场进行了数值求解，通过对计算结果的分     

A SPLIT-CHARACTERISTIC FINITE ELEMENT MODEL FOR 1-D UNSTEADY FLOWS

An efficient and accurate solution algorithm was proposed for 1-D unsteady flow problems widely existing in hydraulic engineering. Based on the split-characteristic finite element method, the numerical model with the Saint-Venant equations of 1-D unsteady flows was established. The assembled finite element equations were solved with the tri-diagonal matrix algorithm. In the semi-implicit and explicit scheme, the critical time step of the method was dependent on the space step and flow velocity, not on the wave celerity. The method was used to eliminate the restriction due to the wave celerity for the computational analysis of unsteady open-channel flows. The model was verified by the experimental data and theoretical solution and also applied to the simulation of the flow in practical river networks. It shows that the numerical method has high efficiency and accuracy and can be used to simulate 1-D steady flows, and unsteady flows with shock waves or flood waves. Compared with other numerical methods, the algorithm of this method is simpler with higher accuracy, less dissipation, higher computation efficiency and less computer storage.