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.     

P2P技术在电力网格中的应用

把P2P技术和网格技术结合起来,通过将P2P技术引入电力网格,提出了电力系统的P2P-Grid模型,实现这两种技术的优势互补,以解决电力网格应用于电力系统的大规模整合所带面临的瓶颈问题,并提高电力网格对部分电力系统计算服务的性能。通过利用JXTA技术搭建P2P电力计算网格,在IEEE118电力模型上实现了基于P2P计算的电力系统分布式潮流分析,验证了P2P技术和电力网格技术融合的可行性和有效性。     

基于图分割的潮流计算中的节点优化编号

随着社会的发展,电网的拓扑结构变得越来越复杂,电力系统潮流计算的维数也越来越大,适当的节点优化编号能够有效地加速电力系统的潮流计算。电力网络作为一种无标度的网络,可以抽象成图来表示各个节点之间的拓扑关系,为了解决电力系统潮流计算中的节点优化编号问题,提出了基于图分割算法中的多层次嵌套排序算法进行节点优化编号的方法,大幅提高了节电优化编号的速度,能够有效地加速大规模系统的潮流计算,并以IEEE14节点算例为例,介绍了所提方法的流程。算例结果验证了该算法无论是在速度上还是在内存占用均优于传统方法,能够更有效地满足大规模电网潮流计算的需求。     

P2P技术在电力网格中的应用

把P2P技术和网格技术结合起来,通过将P2P技术引入电力网格,提出了电力系统的P2P-Grid模型,实现这两种技术的优势互补,以解决电力网格应用于电力系统的大规模整合所带面临的瓶颈问题,并提高电力网格对部分电力系统计算服务的性能.通过利用JXTA技术搭建P2P电力计算网格,在IEEE118电力模型上实现了基于P2P计算的电力系统分布式潮流分析,验证了P2P技术和电力网格技术融合的可行性和有效性.     

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.     

风力发电机组特性及接入系统的潮流计算方法研究

介绍了风力发电机组的工作原理和风电场的功率特性,针对P—Q简化模型法、P—Q迭代模型法、R—X迭代模型法在含风电场的电力系统潮流计算中存在的不足,提出一种考虑异步风力发电机组的无功一电压特性来进行含风电场的电力系统潮流优化计算方法。在MATLAB软件环境下,采用IEEE14节点系统作为测试系统进行潮流算例仿真,仿真结果表明,该方法的潮流计算精度和速度均较高,具有良好的合理性,可满足含风电场的电力系统潮流优化计算要求。     

潮流计算的对等式计算模式研究

为克服当前串行和并行计算的不足,在阐述P2P的网络计算模式的优点,分析网络计算环境下潮流计算的数学模型和计算方法的基础上,研究了此计算模式的对等式管理调度、动态交互特点及调度算法,以实现应用基于P2P的网络计算模式于潮流计算。此计算模式采取静态和动态调度相结合,可灵活根据计算任务的具体情况调整计算资源拓扑结构,使负载平衡实现更容易。算例计算结果表明了此计算模式的有效性。     

大规模电网并行潮流算法

提出了一种大规模电力系统并行潮流算法。该算法将电力网络划分成若干个子网,以子网为计算节点、联络线为支路构造浓缩网格,进行潮流计算时通过双向迭代方法交替实现对网格和网格中计算节点的牛顿法线性增量方程的求解。该算法有效提高了电力系统潮流方程联立求解的效率,为大规模电力系统并行潮流计算提供了方法。在新英格兰测试系统和我国东北电网上进行了验算,结果验证了算法的有效性和合理性。     

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.     

基于分解协调的分布式动态潮流计算方法研究

考虑负荷和发电机调节特性的动态潮流是EMS和DTS系统的基础功能之一.采用分解协调方式的多调度中心间分布式动态潮流计算是全网在线一体化潮流分析的一种新的途径.本文以隐函数形式的边界协调方程对全网动态潮流方程协调求解问题建模.该模型可统一考虑边界节点功率平衡和不平衡功率在分区电网间的合理分配问题.进一步,本文采用Jacobian Free NewtonGMRES方法实现协调求解过程.广域网络通信环境中的测试结果表明所提算法通信接口简单、通信次数较少,能够满足在线应用的需求.     

基于配网功率预估的输配网全局潮流计算

在输配网全局潮流计算中,当前的需求是有效减少配网潮流计算量并保证收敛精度。对此,提出一种基于配网功率预估的输配网全局潮流计算方法。首先,建立边界点交互功率预估函数,在此基础上构建主从迭代和预估迭代交替使用的输配网潮流计算模型,通过主从迭代得到配网功率和边界点电压,求解功率预估函数参数进行预估迭代,减少了主从迭代次数。在潮流迭代的过程中不断修正预估函数,使功率预估值不断逼近真实值,保证了潮流的收敛精度。采用修正函数对配网潮流计算初值进行修正,使初值更接近真实值,减少了每次主从迭代中配网子迭代次数。仿真及其分析表明,所提方法在提高计算速度方面效果非常显著,同时计算结果具有很小的误差。     

基于松弛牛顿法的互联电网并行分布式潮流计算方法

分布式潮流计算是解决多区域互联电网一体化潮流问题的有效方法。以松弛牛顿法潮流求解公式为出发点,首先利用矩阵分裂法,将互联电网分解为相互独立的子系统,然后利用矩阵求逆运算的Sherman-Morrison-Woodbery公式对各子系统进行协调求解,从而导出了一种新的互联电网并行分布式潮流计算方法。与基于网络分解及协调计算的分布式潮流计算方法相比,该方法具有更好的收敛性。利用基于PVM的分布式计算环境,以IEEE118节点系统为例,对所提算法进行了装配、测试以及分析,初步验证了所提算法的有效性。     

考虑限幅约束的多区域互联电网全分布式潮流算法

多区域互联电网中有大量限幅非光滑约束,增加了潮流模型的非凸性。针对传统基于启发式规则处理限幅的分布式潮流算法在计算过程中容易出现收敛性问题,提出了一种能鲁棒性处理非光滑约束的互联电网全分布式潮流计算方法。首先根据分层分区调度模式对电网进行分区,并将模型中非光滑约束进行光滑处理,然后基于具有二阶收敛速度的双层交替方向非精确牛顿法,将潮流问题转化为求解最优步长增量的问题。基于零空间法(Null-Space) 对状态变量的系数矩阵进行降维处理,采用共轭梯度(Conjugate Gradient, CG)算法更新每个分区的对偶乘子,乘子更新过程中利用二阶信息提高了算法的收敛性。多区域间进行分布式计算时无需协调层参与,仅需通信少量边界信息,因此通信负担轻。最后,以30节点和182节点系统为测试算例,验证了所提方法在设置恶劣初值和处理非光滑约束时具有较高的精确性和较好的收敛性。     

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IEEE9节点试验系统验证，可获得全网动态潮流解。     

固定边界矩阵的并行潮流牛顿算法

为了克服基于BBDF分块的牛顿潮流的协调量计算过大的瓶颈,通过固定处理边界矩阵,提出了一种固定边界矩阵牛顿潮流并行算法,该法可显著减少每次迭代的协调计算量,提高并行效率。在IEEE118和IEEE300标准网络上,使用P42.4G的PC机对各个网络在分块数为2、4、8、12和16块时计算的结果表明,该算法在减少计算量的同时还具有较好收敛性,在大型互连网络上能提高计算速度。     

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。     

考虑暂态稳定约束的极限传输容量分布式并行体系结构设计

针对预想故障集下,考虑暂态稳定约束的极限传输容量(total transfer capability,TTC)评估问题,以快速、高效地得到大规模互联电网的稳定极限,实现在线应用为目的,设计了一种分布式并行计算框架。研究了暂稳约束TTC评估的基本计算流程以及系统的整体体系结构。提出了一种优化的工作站群分布式并行计算模式。研究了系统设计中的一些关键子模块。所设计的分布式并行计算平台不仅能够方便地集成到现有的动态安全评估(dynamic security assessment,DSA)系统,同时还可作为离线仿真培训工具,对电力系统的特定情况进行更为详尽地分析。     

计及频率变化的异步迭代分布式动态潮流

为便于分布式调度员培训仿真系统（DTS）中分布式潮流算法的应用,提出了一种计及频率变化的基于异步迭代的分布式动态潮流算法。该算法将互联系统采用协调层一子系统、发电机单元一网络单元2个不同层次的模型来表示。在上级调度中心建立协调层,由发电机单元实现频率变化时电网不平衡功率在各子系统发电机节点和负荷节点之间的分配,并进行频率仿真;在网络单元采用基于异步迭代模式的分布式算法进行全网的分布式潮流计算,通过网络单元与发电机单元之间的交替求解,求得全网频率变化仿真与潮流分布。以IEEE118节点扩展系统为例,对所提出算法进行验证,结果表明该算法能够准确地仿真分布式系统的频率变化并求解全网潮流分布。