基于集群机的大规模电力系统暂态过程并行仿真

由于传统的串行计算方法无法满足互联电力系统在线动态安全分析和实时仿真的要求，研究高效的电力系统暂态并行仿真算法及其软件已成为电力系统动态实时仿真的关键。该文基于集群系统，提出一种利用电力系统区域特性的多重化网络划分方案，弥补了传统网络划分算法在计算规模和划分质量上的不足；并提出了一种基于分块思想、消息传递与动态多线程相结合的网络方程分层算法及其实现策略，缩短了网络方程的计算时间，解决了暂态仿真中计算量突增的问题，提高了算法的并行效率和整体性能。同时，文中还简化了暂态稳定算法迭代流程，改进了全局收敛判定方法，有效地减少了算法计算量和通信损耗。实际电网的数值计算结果表明，文中提出的算法计算加速比高，实时性好，因此研制的电力系统动态并行仿真程序能够满足大规模电力系统暂态过程实时仿真、甚至超实时仿真的要求。     

基于计算前沿面的实时仿真数值积分并行构造及其数值模型解耦加速方法

数值仿真是先进智能计算的基础与底层核心技术，而计算速度是数值仿真的核心性能指标。然而，随着高开关频率功率器件在电机驱动等系统中的应用，短时间约束给实时及在线数值仿真的计算速度带来了严峻挑战。当前数字平台的计算结构朝着并行化的趋势发展，并行计算被视为短时间约束下优化计算速度的有效途径，但现有的数值模型和数值算法大多基于顺序计算的串行模式，缺乏可并行执行的冗余并行度。因此，该文研究了数值算法的求解核心数值积分的并行优化方法，提出了计算前沿面的优化思路，为数值积分算法构造冗余并行度以实现并行计算，分析了其在数值精度与数值稳定性方面的影响，并讨论了在多步与高阶数值积分法上的可拓展性。同时，利用计算前沿面构造的冗余并行度，设计了数值模型的并行解耦分割，并应用于电驱系统实现了元件级的数值加速。最后，在硬件在环的实时数值环境中验证了优化方法的可行性、数值性能以及加速效果。     

电力系统暂态稳定计算的一种时间并行算法

介绍了一种电力系统暂态稳定计算的时间并行算法。该算法应用隐式梯形积分法将描述电力系统有关元件动态特性的微分方程转化成差分方程，采用牛顿法对相应的差分方程和网络代数方程进行联立求解。借助于流水线处理技术的思想方法，实现了对暂态稳定计算中多个积分时间步的并行求解。描述了所提出的算法在IBM-SP2并行计算机上的实现方法。通过大型电力系统的仿真计算，对所提出的时间并行算法进行了评估。     

应用有向图分层的控制系统暂态仿真并行算法及其GPU实现

随着基于变流器的电气接口和交直流混联技术的广泛使用,电网电磁暂态仿真中需对大规模复杂控制系统进行建模。采用细粒度并行方法可加速控制系统计算,提升电网电磁暂态仿真整体效率。文中提出了一种控制系统细粒度并行仿真算法,加速了图形处理器(GPU)计算平台上大规模控制系统仿真。首先,为构造面向GPU的多线程细粒度并行计算,将控制系统建模为由大量基本控制元件构成的有向图。进一步,对控制系统有向图进行分层,生成控制元件求解顺序,以利用GPU的分组细粒度并行实现控制元件的分层计算。最后,结合GPU的三层并行结构,通过优化线程结构和配置共享内存,将计算线程映射到GPU中的计算资源,最大化控制系统仿真的并行度。对分布式电源接入IEEE 13节点系统的仿真结果对比表明,所提出算法在保证电网电磁暂态仿真正确性的同时,可显著提高GPU计算平台上大规模、复杂控制系统的仿真速度,在硬件资源充足时,不存在仿真规模限制。     

基于优化分网策略的有源配电网多速率并行暂态仿真分析

随着配电网元件种类日益丰富和分布式电源渗透率不断提高,网络动态过程更加多样化,配电网暂态仿真的难度进一步加大。针对目前有源配电网并行暂态仿真方法未考虑元件动态响应速度对仿真计算量的影响和仿真步长需求的问题,提出了一种基于优化分网策略的自适应变步长多速率并行仿真方法。考虑不同元件暂态响应速度和计算量的差异,提出了以CPU多核心计算均衡和核心间交互数据量最小为目标的有源配电网优化分网策略;在此基础上建立了元件接口等效模型和子任务协调模型,提出了CPU子任务间多速率并行、子任务内部仿真步长自适应调整的并行仿真方法,达到加速暂态仿真的目的。通过对变电站同一母线的12条出线进行仿真测试,验证了所提并行仿真方法能够满足配电网暂态的仿真需求,在保证仿真精度的同时大幅提高计算速度。     

基于优化分网策略的有源配电网多速率并行暂态仿真分析EI北大核心CSCD

随着配电网元件种类日益丰富和分布式电源渗透率不断提高,网络动态过程更加多样化,配电网暂态仿真的难度进一步加大。针对目前有源配电网并行暂态仿真方法未考虑元件动态响应速度对仿真计算量的影响和仿真步长需求的问题,提出了一种基于优化分网策略的自适应变步长多速率并行仿真方法。考虑不同元件暂态响应速度和计算量的差异,提出了以CPU多核心计算均衡和核心间交互数据量最小为目标的有源配电网优化分网策略;在此基础上建立了元件接口等效模型和子任务协调模型,提出了CPU子任务间多速率并行、子任务内部仿真步长自适应调整的并行仿真方法,达到加速暂态仿真的目的。通过对变电站同一母线的12条出线进行仿真测试,验证了所提并行仿真方法能够满足配电网暂态的仿真需求,在保证仿真精度的同时大幅提高计算速度。     

有源配电网典型暂态模型及区域分割并行仿真方法研究

随着分布式电源(distributed generation,DG)逐渐接入配电网,配电网动态过程更为复杂,为准确了解其动态特性及对配电网的影响,需借助相关暂态仿真工具,但串行仿真的计算性能受限,限制了其应用。以有源配电网实时仿真系统(active distribution network simulator,ADN-SIM)为基础,提出一种基于节点分裂适用于含DG配电网的并行暂态仿真计算方法,对含DG配电网进行暂态详细建模,提出改进区域分割配电网并行仿真方法,并在IEEE 33节点系统中验证了并行仿真方法的正确性。基于此方法,在某62节点实际网络中详细分析配电网中故障和暂态过程。所提方法适用于多种有源配电网暂态过程,且能实现仿真速度提升。     

电力系统电压崩溃临界状态的近似算法

利用潮流方程的多解特性，用一个新的近似变量组成了一个新的Jacobian矩阵，间接地避免 了潮流方程的Jacobian矩阵在临界点奇异而带来的不收敛问题；提出了快速计算电压崩溃临 界状态的近似算法，为计算电压崩溃的临界运行状态及其裕度提供了一种快速计算方法。     

基于Transputer网络的暂态稳定性并行处理

该文将线性代数方程组求解中的蝴蝶分解算法用于收缩导纳矩阵的并行计算，完善了文［ 1］所提出的暂态稳定性并行计算方法；利用5片Transputer处理器，构造了一环形并行处 理系统，对文［1］所提出的并行牛顿计算方法进行了实际装配。     

三相异处电动机电源反接制动的数值仿真方法

利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK，构造了三相异步电动机电源反接制动的仿真模型，通过实例仿真证明了该方法的有效性。     

基于Web的电力通信网监控系统的设计与实现

介绍了基于Web管理的概念,以及在电力通信网监控管理系统中使用基于Web的管理模式的优越性。详细介绍了基于Web的电力通信网监控系统的系统功能及其体系结构。给出了系统实现方案,并对其中所涉及的一些技术细节进行了讨论,包括动态访问数据库的动态网页技术和基于Web的管理系统中实时告警问题的处理,提出了针对系统实时问题的WWW解决方案。实际运行表明,基于Web的电力通信网监控系统可靠、有效地实现了对现行电力载波系统的实时监控。     

电力系统实时决策系统中的实时通信

为满足电力系统实时决策和紧急控制对实时性的要求，提出了电力系统实时决策系统中强实时通信的设计与实现方法。其中网络设计采用复合网络拓扑，通信协议采用无连接的UDP通信协议，软件设计采用多媒体定时中断和非阻塞通信模式。实时性测试证明了强实时通信的可行性。大量的实验数据显示该通信设计方案可满足电力系统实时性和可靠性的要求。     

输电阻塞管理的灵敏度分析模型及算法

在电力市场环境下，系统的运行方式将更加多变，发生输电阻塞的概率大为增加。文中提出了一种利用灵敏度分析进行实时阻塞管理的数学模型及算法，即在出现阻塞时，根据注入功率与支路潮流的灵敏度来削减对阻塞影响最大的发电出力或负荷，从而有效地消除阻塞。针对阻塞管理的实时性要求及阻塞只与局部电网有关的特点，采用部分求逆及稀疏矢量法等措施，使算法快速、实用。最后通过算例系统的计算，验证了所提算法的正确性和有效性。     

ATSC型快速动态无功补偿装置

ATSC型快速动态无功补偿装置采用新颖的快速无功功率检测方法和独特的晶闸管控制技术,通过微机实现了对多组电容器快速自动分级投切,达到了对冲击负荷动态无功补偿的要求,其在工频50 Hz情况下的全部响应时间小于16 ms。文中介绍了该装置主回路控制方式和控制电路构成,通过其型式试验检测报告中的有关数据和波形及用户现场实测波形,表明该装置已达到技术性能指标;并简要介绍了现场运行效果。     

EMS中公共信息模型导入/导出技术

介绍了EMS接口标准化进程，提出了采用实时数据库作为适配器, 通过XML（可扩展置标语言）文件实现EMS的公共信息模型（CIM）数据交换的方案，数据导入、导出EMS时，由该适配器完成语法和语义的两步转换。文中解决了运用实时数据库承载CIM的关键技术问题，如对多重关联的表达和对继承的处理。实现了由CIM的UML描述自动构造实时数据库，并能将XML格式的CIM数据自动导入和导出EMS。通过自操作试验验证了该方案的可行性和适应性。     

SVC和TCSC提高电压稳定性作用的动态分析

利用小扰动分析法和非线性动态方法中的分岔等概念对SVC和TCSC提高电压稳定性的作用进行了全面的分析。研究了由SVC和动态负荷相互作用引起的Hopf分岔现象,并对SVC和TCSC时间常数的选择进行了讨论。分析表明,在简单系统中,TCSC比SVC更能有效地提高系统的电压稳定性;TCSC时间常数的变化比SVC时间常数的变化对电压稳定功率极限影响小;装设SVC和TCSC后可以显示地增大系统的电压稳定功率极限。在考虑SVC或TCSC动态的情况下PV曲线鼻尖点并不一定是系统失稳点。     

电网动态实时监控及管理系统的构想

针对当前电力系统动态研究中缺乏可信的数据从而使仿真无法验证，模型、参数有效性不能估计，基于仿真制定的规划、选择的运行方式、设计的控制器难以被确认和评估的现状，文中提出了电网动态实时监控及管理系统的构想。以采用实际测量数据评价模型及参数的有效性为核心，以提高电力系统动态仿真可信度为目的，集广域测量、数字仿真、参数辨识、仿真评估为一体。并提出应定量地定义参数有效性和仿真可信度的级别，以及它们之间的映射关系，用合理的评估来构成反馈系统，以提高动态参数的有效性和动态仿真的可信度，用可信的仿真结果得出的措施才能用于紧急控制和预防控制。     

基于市场报价的阻塞管理模型及内点法实现

提出了一种电力市场下解决阻塞问题的新方法,它可以根据市场报价同时调整实时平衡市场下的发电机出力和削减部分短期双边合同量。建立了阻塞管理的非线性数学模型,应用改造的非线性原对偶内点法最优潮流求解以上模型,计算出的节点实时电价体现了如何在各用户中分摊阻塞管理费用。算例表明,该方法可以根据市场参与者的报价得到最优的调度方案,利用节点电价指导用户调整用电计划,从而有效地解决了阻塞问题。     

电力系统特征值与状态变量对应关系分析

电力系统中特征值与状态变量之间的对应关系的分析对研究系统的详细动态特性具有十分重要的意义。文中首先对研究系统稳定问题的小扰动方法进行了分析,认为非线性动力系统的代数方程约束和各状态量之间的耦合关系是造成系统动态特性十分复杂的重要原因,进而利用同伦函数的概念给出了一种确定线性化系统中特征值与状态变量对应关系的方法。用此方法对简单电力系统做了分析,得出了令人满意的结果。     

电压预测技术提高HVDC混合实时仿真器接口稳定性

介绍使用电压预测技术提高HVDC混合实时仿真系统接口的稳定性。接口稳定性是建立混合实时仿真系统的关键问题。利用电压预测技术,结合“虚”阻尼并联支路,可以有效地减小接口电流噪声,提高RTDS数值计算稳定性,保证数模接口在稳态和暂态仿真中的稳定。各AC/DC接口的电压预测步长需独立精心选择,典型值在1个～3个步长,取决于直流平波电抗值的大小和直流输电线的长度。文中给出了接口的技术实现和性能校验结果。