基于OpenMP的电力系统并行故障计算实现

故障计算是电力系统最基本的计算。随着电网规模与电力节点数日益增大,计算需要花费的时间越来越长。传统的串行计算方法已不太可能在计算速度上获得实质性进展,多核并行计算正引领着软件的研发方向。介绍了Open MP编程技术和故障计算原理,并基于Open MP编写故障计算程序,提出并行故障计算方法。通过用串行和并行两种方式对系统进行故障计算测试,仿真结果发现并行计算的时间明显低于串行计算,的确是一种低成本、高效率的解决方案。     

牛顿下山法的电力系统暂态稳定并行算法

随着电力系统规模的不断扩大和对在线分析要求的不断提高,传统的分析计算方法受到前所未有的挑战.在牛顿法的基础上,提出一种可用于电力系统暂态稳定计算的时间并行计算新方法-牛顿下山法,以代数方程组和微分方程组的求解为线索,通过对并行算法在电力系统分析计算中的应用进行总结,从理论上对牛顿下山法进行分析,最后通过对5节点系统测试系统的仿真计算,证明了牛顿下山法具有很好的收敛性和很少的迭代次数,表明了该方法的有效性和实用性.     

大规模复杂配电网三相不平衡潮流并行计算方法

以牛顿拉夫逊法为基础,建立了复杂配电网中的三相配电线路、负荷、变压器和调压器等的数学模型,提出了复杂配电网三相不平衡潮流的并行计算方法,以提高大规模复杂配电网潮流计算的性能。考虑配电网的馈线数和节点数,设计了同构模式下多核(2、4)处理器的任务分配,对比负载均衡、并行加速比。通过IEEE 123节点标准馈线、某电网1000节点馈线及IEEE 123、37、34和13标准馈线拆装重组而成的数十条馈线等的仿真,对所提并行潮流计算方法的计算速度、收敛性和加速比进行测试和比较分析。仿真结果表明,所提并行计算算法能充分利用计算机的多核资源、显著提高了计算效率。     

三序节点导纳矩阵在工程中的程序实现

节点导纳矩阵作为电力系统分析计算中广泛采用的一种数学模型,是电力系统分析计算的基础,其计算的正确与否有着重要的意义。文中详细分析了在实际工程应用中遇到的三序网络节点和支路编号、YN/d接线方式的变压器在零序导纳矩阵计算中的处理及多回线路的处理三个问题,并对节点导纳矩阵的程序实现方法进行了改进。经过验证,该程序能正确计算...     

基于大系统分解协调和多核集群并行计算的流域梯级水电中长期调度

为提高流域梯级水电的库容和电力补偿效益,建立了水电精细化调度模型,将各决策变量转换为状态变量的表达式,模型更加直观清晰,并应用水位约束空间收缩方法缩减寻优尺度。以分析各水电站特征及空间分布格局为切入点,基于大系统分解协调思想将流域梯级水电系统分解为多个子系统,并进行逐区调度和协调优化,从寻优空间降维的角度改善"维数灾"问题。分析优化调度动态规划方法的并行特征,搭建Matlab多核集群并行计算平台进行并行计算,提高算法执行效率。最后以乌江干流"4库7梯级"水电系统为例进行仿真,结果表明:应用大系统分解协调方法计算精度较高,降维效果明显,多核集群并行计算显著提高计算效率,具有较高的实用价值。     

并行计算在船舶电力推进系统动态仿真中的应用

针对船舶电力推进系统动态模型单机仿真运行时间长的问题,使用MATLAB并行计算工具箱和分布计算引擎对其进行并行动态仿真。首先在多核计算机或计算机集群上搭建并行计算平台,再通过命令行仿真将SIMULINK与MATLAB并行计算结合起来。通过灵活的设定模型相关参数,选取合适的并行程序结构并同时运行多组仿真模型,可全方位模拟船舶电力推进系统在不同工况下的系统响应并对比分析结果,以达到高效利用硬件资源,缩短仿真运行时间的目的。     

并行稀疏系统直接求解库SuperLU_MT在状态估计中的应用

利用基于超节点LU分块分解算法、列消去树和多核多线程并行计算原理的并行稀疏系统直接求解库Super LU_MT实现电力系统状态估计,主要在求解迭代方程、不良数据检测辨识环节调用Super LU_MT实现加速。通过对电气与电子工程师协会(IEEE)测试系统以及实际电网算例验证,表明通用的并行稀疏系统直接求解库适用于电力系统状态估计,能够获得较显著的并行计算效果,在多核计算机上缩短了状态估计的计算时间。     

基于多核PXI计算机的电力系统并行实时仿真

传统电力系统实时仿真一般都是基于专有硬件设备进行并行计算,以通用的PXI工业计算机为平台,通过多核CPU并行的方法实现了电力系统的实时仿真。通过状态方程对电力系统建模,利用分布参数线路分割大拓扑,并通过图形化编程的方式实现在多个CPU核的实时并行计算。以一个6机39三相节点系统的离线与实时仿真结果验证所介绍的基于多核PXI工业计算机的电力系统并行实时仿真方法。     

应用网格平台的潮流计算并行算法

随着计算机和网络技术的发展,传统的某些计算方法已经不能满足电力系统实时在线评估的要求.在网格平台下,可以对已有的电力系统分析算法进行改进或研究新的能够满足分布式并行计算的算法.针对最基本的潮流计算问题,基于矩阵求逆的分块递推法和分解叠加法,研究其并行算法并应用到电力网格中以快速求解潮流问题.仿真结果说明这2种并行算法在网格平台下有很好的加速比,能有效地提高潮流计算速度.     

节点边际电价分析与可视化

美国PJM等电力市场均采用节点电价的计算方法.着重分析节点边际电价的实质,从电力市场节点边际电价的定义出发,对不同情况下系统各节点边际电价进行分析,得出节点电价与机组MW出力及报价的线性关系.其次,引入可视化技术,将机组报价、节点实时电价直观、快速地显示于读者面前.对电价实质的分析以及可视化技术可以帮助系统调度员或对电力市场感兴趣的人们可以很快地判断出不同情况下电价的变化情况,并加深他们对电力市场中电价理解.随后利用Power World电力系统分析软件,以一个7节点的示例验算,证明对LMP解析的方法的有效性和准确性.     

Multi-Core CPU Parallel Power Flow Computation in AC/DC System Considering DC Control

In order to integrated the control mode of the High-Voltage Direct Current (HVDC) into the power flow solution method and make it applicable to large-scale AC/DC hybrid system, a multi-core CPU parallel power flow computation method was proposed. First, the mathematical model of HVDC system and the frequently-used control methods of converter are introduced, and then models that have not been considered by conventional power flow programs, such as the adjustment of converter transformer tap and reactive power control management of the converting station, are built. Next, the loop-iteration algorithm is proposed to simulate the conversion of the HVDC control modes, and the AC/DC sequential solution is adopted to solve the AC/DC hybrid power flow. To solve the low speed problem of power flow solution for large-scale systems containing multi-circuit two-terminal DC, this paper handles each circuit separately so that the parallel computation capability of multi-core CPU can be used to improve the computation speed. Finally, the accuracy of the algorithms is validated in a small-scale hybrid system with 5-node and 2-circuit DC, and the excellent convergence and computation efficiency of the algorithms are proved by a large-scale hybrid system with 9241-node and 60-circuit DC as well.     

一种快速求解大规模安全约束最优潮流的多核并行方法

针对传统安全约束最优潮流计算方法占用内存大、计算时间长的问题,提出了一种多核并行安全约束最优潮流算法。由正常运行状态检验预想故障状态,选取少量严重故障逐步修正正常运行状态,直到所有状态都得到满足。多核并行技术用于实现算法从高到低层次的高效率整体并行,以提高计算速度。其中,采用有向无环图并行数值分解算法实现正常运行状态修正过程的细粒度并行,并根据算法特性,直接实现预想故障状态检验过程的粗粒度并行。某省-3301节点系统(预设693个故障)等3个系统的计算结果表明:随着系统规模的扩大,所提方法占用内存不足传统方法的1%,且计算速度可快于传统方法三个数量级以上。     

水电系统中长期发电调度多核并行逐步优化方法

随着智能电网运行与管理的科学性和时效性要求不断提升,迫切需要高效方法保证水电优化调度计算的求解精度与运算效率。在逐步优化算法并行性分析的基础上,结合Fork/Join框架提出多核并行逐步优化算法。该方法将多阶段问题分解为若干两阶段子问题,在求解各子问题时采用分治策略结合多核并行计算技术进行寻优,以提高运算效率。某水电站群调度实践结果表明,所提方法可在保证求解质量的同时,充分利用并行计算资源大幅缩短运算耗时,且计算规模越大,性能优势越显著。     

跨平台的海量波形数据并行绘制算法

针对当前第三方电力暂态数据分析软件在绘制海量波形数据时出现的效率低下、反应缓慢情况,结合多核并行计算技术,提出了一种可跨平台的海量COMTRADE波形数据并行绘制算法及其技术。该算法在分析传统串行绘制系统内部关系的基础上,提出了基于并行绘制的新型关系:将原有单一图层分为波形图层和用户控制图层,其中以并行方式绘制波形图层,而后通过融合图层方式完成最终绘制。通过试验分析Windows和UNIX下的各种图形绘制技术,找到了最适合海量波形数据并行绘制的跨平台技术组合:“QImage+QPainter”技术模式。结合跨平台的线程库Pthreads,详细论述了并行绘制算法的每个步骤,给出了让通道绘制线程能负载平衡运行的绘制工作量均分公式,同时给出了通道绘制线程和图层融合详细算法的伪码。试验证明所提出的并行绘制算法可获得较大加速比,并可随着绘制工作量的加大和CPU核的增多,获得线性加速比。     

基于多进程的电力系统频域特征值并行搜索算法

对大规模电力系统进行小干扰稳定分析时,特别是在线动态安全预警系统中,由于系统线性化矩阵的规模庞大,求解特征值的串行算法难以满足计算速度的要求.近年来,多核CPU技术发展迅速,充分利用多核CPU的计算机硬件资源,采用并行计算技术是大幅提高小干扰稳定计算速度的有效途径.提出了基于多进程的电力系统频域特征值并行搜索算法,并应用于国内广泛使用的电力系统小干扰稳定性分析程序(PSD-SSAP)中.该算法具有计算准确、实现简单、并行计算效率高等优点.实际大规模电力系统的算例测试和分析验证了该算法的正确性和有效性.     

电力系统静态安全最优潮流并行计算方法

针对大规模预防性安全约束最优潮流计算耗时长的问题,提出2种基于单机多处理器平台的粗粒度并行计算方法以提高求解效率。依据多预想故障计算过程相互独立的特点合理分解计算任务,平衡各核心负载,降低通信损耗,并利用MATLAB并行工具箱编写具有高并行度的程序代码,充分利用多核资源。得到的优化调度方案可使电网运行同时满足正常状态和N-1故障状态约束,使电力系统具备承受一定程度故障干扰的能力。3个系统的多预想故障设置方案的测试结果表明,所提算法在保证精确性和收敛性的基础上,加速效果明显,易扩展至多机集群架构。     

大电网潮流修正方程并行求解实现方法

针对智能电网调度控制系统对大规模潮流快速计算的需求,充分利用现有系统计算资源,提出了一种适用于共享内存编程模型的潮流修正方程多路多核并行实现方法。利用C++标准容器,简化了稀疏矩阵的存储和遍历,并基于图论和共享内存编程模型,对因子分解过程进行并行化改造,实现了潮流修正线性方程的并行求解。最后,对比智能电网调度控制系统调度员潮流软件,进行了分析测试。测试结果表明,随着计算规模的增大,所提出的实现方法计算效率越高,验证了方法的实用性。     

电力系统暂态稳定紧急控制并行序贯优化算法

电力系统暂态稳定紧急控制可建模成一个大规模的动态优化问题,为此,提出一种基于并行灵敏度分析的双层优化算法。在仿真层,采用有限元正交配置离散微分代数方程,并结合并行计算技术求解状态量及灵敏度;在优化层,采用预测校正内点法求解较小规模的非线性规划问题。算例结果表明,所提方法具有较高的计算效率。     

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.