基于矩阵对角化的电磁暂态时间并行计算方法

为提高电力系统电磁暂态数值计算的效率,在采用经典的临界阻尼调整算法的基础上,利用系数矩阵的实特征值分解即矩阵对角化方法,提出了一类新的电磁暂态时间并行计算方法。对线性微分系统或非线性微分系统,所提算法均可以实现精确的时间解耦并行计算。算例测试结果表明:所提出的算法具有很好的并行性,可以获得有效的加速比,因而可以显著提高电力系统电磁暂态数值仿真计算的效率及实时性。     

基于仿射变换内点算法的大电网无功优化

本文采用基于仿射变换的内点算法进行大型电力系统无功代化。这种方法，将标准化后的约束系数矩阵进行分块处理，通过利用矩阵求逆的反演公式，保留了系数矩阵高度稀疏的特点，极大地加快了计算速度，降低了对内存的需求量，从而使用于大型电网无功优化的内点算法向实用化前进了一步。对实际电网的优化计算表明，本文算法具有良好的特性。     

全过程动态仿真中大型线性方程组的分块求解算法

电力系统全过程动态仿真能够将机电暂态、中期和长期动态过程有机地统一起来进行数字仿真,仿真过程中需要多次求解大型稀疏线性方程组。该方程组由电力系统设备模型的微分—代数方程式差分后的代数方程和输电网络模型的代数方程形成,其快速求解算法是电力系统全过程动态仿真的难点之一。文中提出一种利用仿真中矩阵结构特点的分块快速直接求解算法,并开发实现了大型电力系统线性方程组稀疏求解器(ESS)。该算法首先将稀疏矩阵分为4个分块矩阵,然后将其中规模最大的对角块进一步细分为多个更小的对角分块矩阵,并利用部分小分块具有相同结构的特点进行矩阵LU符号分解和数值分解,最后根据分块矩阵进行前代和回代求解计算。与现有其他求解器进行的算例对比表明,ESS具有较为明显的整体求解速度优势,特别是在矩阵LU分解方面。     

基于仿射变换闪点算法的大电网无功优化

本文采用基于仿射变换的内点算法进行大型电力系统无功优化。这种方法，将标准化后的约束系数矩阵进行分块处理，通过利用矩阵求逆的反演公式，保留了系数矩阵高度稀疏的特点，极大地加快了计算速度，降低了对内存的需求量，从而使用于大型电网无功优化的内点算法向实用化前进了一步。对实际电网的优化计算表明，本文算法具有良好的特性。     

基于高斯方法及Sherman-Morrison公式的暂态稳定性并行计算方法

并行计算是实现大规模电力系统暂态稳定性实时分析计算的有效途径。将s级2s阶的高斯方法和扩展的Sherman-Morrison矩阵求逆公式相结合,提出了一类新的暂态稳定性并行计算方法。该方法首先利用s级2s阶的高斯方法对微分-代数方程组进行多级离散,并利用严格的牛顿法对离散后的非线性方程组进行整体求解。在此基础上,按s个时间点将整体雅可比矩阵分裂成为一个分块对角矩阵和一个分块常系数矩阵。然后,以分裂后的分块对角矩阵为基础,利用扩展的Sherman-Morrison矩阵求逆公式将s个时间点上的计算任务进行“解耦”。所提方法在保持严格牛顿法的收敛性的同时具有很好的并行性。利用OpenMP并行计算技术在多核计算机上对2个不同的系统算例进行了测试,结果表明,所提出的并行方法可以获得较好的加速比以及并行效率。     

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。     

发电机用功率表示的稳态控制潮流的分块降维算法

介绍一种将发电机用功率表示的控制潮流算法.给出了稳态控制潮流修正方程及其雅可比矩阵,并对修正方程进行分块降维,使降维后的修正方程系数矩阵具有比常规潮流雅可比矩阵更小的维数,再利用矩阵求逆修正引理进行分决求解.对试验系统的计算表明,该算法是正确有效的.     

基于预处理共轭梯度法的电力系统机电暂态仿真

把基于不完全LU分解的预处理共轭梯度法(ILUCG)用于电力系统暂态稳定仿真计算,提出了一种与矩阵方程直接求解法相结合的混合算法.该方法采用不完全LU分解对暂态稳定计算中的雅可比矩阵进行预处理,以改善其条件数;对预处理之后的方程组,采用改进的共轭梯度法进行迭代求解,在系统收敛困难的情况下,改用直接求解法求解矩阵方程;在迭代过程中,充分利用当前已有的预处理后的等价雅可比矩阵进行迭代计算,而当雅可比矩阵及相关变量变化较大时,重新计算雅可比矩阵并进行相应的预处理操作,以提高算法的效率和计算速度;多个算例表明,对于电力系统暂态仿真的计算,本文算法的计算速度明显优于直接分解求解法和单纯的ILUCG,并易于在并行计算平台上实现,具有一定的实际应用前景.     

基于延拓法的电力系统稳定模型中二维参数局部分岔边界的计算

该文提出表示微分．代数模型中的奇异性、鞍结点和霍普夫分岔的代数方程以便应用延拓法来求解获得二维参数的分岔边界。该方程保留了电力系统稳定微分．代数模型的形式不变，也未涉及到矩阵求逆或行列式值的计算，同时该方程也具有直接法计算分岔时速度快的优点。其缺点是方程的维数增加了。应用所提方法计算了一简单电压稳定和一多机电力系统稳定模型中的二维参数局部分岔边界，并和实域仿真进行比较，结果表明该方法是准确可行的。     

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.     

基于PSCAD/EMTDC的大规模新能源并网电磁暂态并行仿真

随着大规模新能源并网,大量电力电子元器件的接入使传统电网电磁暂态特性发生了很大改变,无论从算法还是计算规模上都对电网仿真提出了新要求。在PSCAD（电力系统计算机辅助设计）上搭建了含新能源接入的内蒙古电网电磁暂态模型,实现全网的电磁暂态精确仿真;基于集群并行仿真技术,解决了因计算规模过大导致无法计算或仿真效率低的问题;进一步提出了基于节点矩阵规模的网络均衡整合方法,减少了计算资源的占用率。仿真结果表明,集群并行技术可有效提升新能源并网电磁暂态模型的仿真效率;同时,在保证仿真速度的前提下创新研究的网络均衡整合方法,可实现计算资源的利用效率优化。     

基于PSCAD/EMTDC的大规模新能源并网电磁暂态并行仿真

随着大规模新能源并网,大量电力电子元器件的接入使传统电网电磁暂态特性发生了很大改变,无论从算法还是计算规模上都对电网仿真提出了新要求。在PSCAD（电力系统计算机辅助设计）上搭建了含新能源接入的内蒙古电网电磁暂态模型,实现全网的电磁暂态精确仿真;基于集群并行仿真技术,解决了因计算规模过大导致无法计算或仿真效率低的问题;进一步提出了基于节点矩阵规模的网络均衡整合方法,减少了计算资源的占用率。仿真结果表明,集群并行技术可有效提升新能源并网电磁暂态模型的仿真效率;同时,在保证仿真速度的前提下创新研究的网络均衡整合方法,可实现计算资源的利用效率优化。     

电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真接口算法

传统的机电暂态或电磁暂态程序在分析日益复杂的大规模电力系统时,已开始显露出各自的局限性.将两者联合起来进行混合仿真,可以较好地解决仿真的规模、速度和精度的协调问题,这为研究电力系统的稳定性和动态特性提供了新的解决思路.文中系统研究了混合仿真中的接口算法,对机电侧和电磁侧的等值参数求取、等值电路形式及变换、电磁侧的基波等值复阻抗求解方法、机电侧正负序阻抗不等引起的不对称、电磁侧离散序列的基波提取等问题进行了深入分析,并且给出了具体的实现方案,为混合仿真平台的程序设计提供了坚实的理论依据.     

用于简化微电网结构的微分几何广义同调方法

基于发电机功角同调的动态等值方法是目前大电网系统分析中常用的等值方法。针对具有线路短、电磁耦合程度高、非线性极强等特点的微电网系统,开展其局部网络的动态等值模型研究,对系统实时仿真与控制设计、安全稳定分析、系统重构和动态潮流分析计算等具有重要理论意义和实际应用价值。本文提出了基于微分几何的微电网系统的广义同调等值理论并...     

基于ADPSS的高压直流输电系统机电暂态-电磁暂态混合仿真研究

为了准确分析高压直流输电系统的动态特性,针对±500 kV江城（湖北江陵-广东鹅城）高压直流输电实例工程,给出一种基于全数字实时仿真装置（ADPSS）的机电暂态-电磁暂态混合建模方法。利用电路等值转换理论分析了机电-电磁混合仿真的计算机理,进而阐述了机电模型及电磁模型的建模方法。利用所构建的直流工程混合模型,开展了整流侧与逆变侧的交流系统分别发生接地故障的模拟仿真,并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模仿真进行了比较分析。仿真结果表明,基于ADPSS的高压直流输电系统机电-电磁混合仿真建模方法是有效的,其相比纯电磁模型能更精确地反映直流系统的动态运行特性,从而增强仿真模型的准确度。     

面向指数积分方法的电磁暂态仿真GPU并行算法

为满足对大规模可再生能源接入的电力系统进行快速电磁暂态仿真的需求,提出了一种面向指数积分方法的电力系统电磁暂态仿真图形处理器(GPU)并行算法。首先,分析了矩阵指数积分算法求解过程所具有的高度数据并行性,进而将该特性与GPU计算资源相结合;利用GPU处理指数积分方法求解时所需的大规模矩阵运算,而将较为复杂的系统状态判别与更新保留在CPU中完成,有效提升了仿真计算速度。最后,分别针对17台和100台风机的风电场算例进行了测试,验证了所提并行算法的正确性和有效性,同时也说明了算法的加速效果会随着系统规模的增加而愈发明显。     

含风电的电力系统不对称故障后机电恢复特性修正方法研究

在发生不对称故障情况下,风电系统机电暂态仿真结果与电磁暂态仿真结果间存在较大的差异,严重影响了仿真系统稳定性评估的准确性。为减少在不对称故障情况下风电系统机电暂态仿真与电磁暂态仿真间的误差,文中提出了一种基于数据挖掘的风电系统机电暂态仿真恢复特性曲线修正方法,并给出了其机电仿真的主要误差评价指标。最后,以PSCAD/EMTDC上风电系统的电磁暂态仿真曲线为标准响应曲线,以PSASP上风电系统机电暂态仿真曲线为目标,通过构造相应的样本库和修正算例进行验证,仿真结果说明了所提出方法的有效性和评价指标的合理性。     

MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算

基于模块化多电平换流器的高压直流电网作为支撑高比例可再生能源接纳的有效手段,已经成为电网发展的重要方向。双极短路故障是输电线路发生的最严重故障,目前一般通过在s域内列写直流系统状态方程,然后再基于拉氏反变换求解故障电流,亟待提出短路电流的工程实用计算方法。为此,以张北柔性直流电网为研究对象,首先分析了输电线路双极短路的故障特性及耦合机理。在此基础上,将故障线路靠近阀侧的两端分别看作二端口,分析了故障电流与二端口两侧电压的关系。其次,基于正、负极线路二端口电压变化不大的思想,将环形直流电网简化为两端网络或开式网络,得到故障线路电流的实用计算方法,不再需要求解高阶的拉氏反变换而直接得到故障电流。最后,通过与电磁暂态仿真结果的对比,验证了实用计算方法的可行性与高效性。     

考虑网络划分优化的交直流系统并行电磁暂态仿真研究

对于大规模交直流混联电网而言,并行电磁暂态仿真在保证计算精度的同时,具有比串行电磁暂态仿真更高的计算效率,因而得到了日益广泛的应用.为进一步提高并行电磁暂态仿真的计算效率,从PSCAD并行仿真机理出发,分析了网络划分均匀程度及联络线路数对并行仿真效率的影响.在此基础上提出一种网络划分优化模型,可在保证分区均匀的同时,减...     

基于多级高阶辛Runge-Kutta方法的暂态稳定性并行计算方法

将 级 阶的辛Runnge-Kutta方法用于电力系统暂态稳定性计算,利用矩阵分裂技巧以及矩阵求逆运算的松弛方法,导出了一种新的暂态稳定性并行计算方法,具有较好的时间并行特性和超线性收敛性。利用IEEE 145节点系统,对导出的并行算法进行了仿真测试和评估。仿真测试结果表明,所提出的并行算法具有很好的收敛性,有效地解决了时间并行度与收敛性之间的矛盾,可以获得较高的加速比和很好的并行计算效率。