大規(guī)模復雜電力系統(tǒng)并行潮流計算和并行可靠性跟蹤研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大、網(wǎng)絡結構日益復雜，其模型化的計算分析都可能面臨計算復雜性的嚴峻挑戰(zhàn)。即使對于最基本的潮流計算，傳統(tǒng)的串行計算方法已難以滿足大規(guī)模電力系統(tǒng)實時分析和控制的要求，而并行計算為該類大規(guī)模運算提供了可行的途徑。隨著廉價的并行Beowulf集群的出現(xiàn)，為解決大規(guī)模電力系統(tǒng)在線仿真分析問題提供了極具吸引力的機會。本文受973計劃項目“提高大型互聯(lián)電網(wǎng)運行可靠性的基礎研究”(2004CB217908)和國家自然科學基金項目“

2、電力系統(tǒng)可靠性跟蹤的理論及應用研究”(50577072)等的資助，對大規(guī)模復雜電力系統(tǒng)并行潮流計算、并行可靠性評估以及并行可靠性跟蹤等進行了深入研究。
　　 結合大規(guī)模電力系統(tǒng)牛頓法潮流計算中修正方程組高維、稀疏性及短向量的特點，提出牛頓法潮流計算的預條件處理GMRES(Generalized minimal residual)串行計算方法。為尋找適合大規(guī)模電力系統(tǒng)潮流計算的預條件子，詳細比較分析了不完全LU分解(ILU)、不完

3、全Cholesky分解(ICC)、Jacobi、SuccessiveOver-Relaxation(SOR)和對角線等多種預條件子的預處理效果，并形成相應的預條件處理GMRES方法。算例分析表明：ILU預條件子比其它預條件子需更少的迭代次數(shù)和浮點運算次數(shù)，當系統(tǒng)規(guī)模達3000節(jié)點以上時，其浮點運算次數(shù)約為叫直接法的50％左右。
　　 預條件處理GMRES方法不存在前推回代依賴關系，且其矩陣向量運算本身具有潛在的并行性。為此，結合

4、塊Jacobi矩陣的結構特點設計了準對角并行預條件子矩陣，基于該預條件子和Jacobi矩陣更新的并行化技術，提出大規(guī)模電力系統(tǒng)潮流計算的并行GMRES算法。其中，根據(jù)并行處理器數(shù)確定塊Jacobi預條件子矩陣的分塊數(shù)，設計了高效的準對角并行預條件子矩陣；通過對Jacobi矩陣更新過程的矢量化處理，結合并行稀疏矩陣向量運算技術，提出Jacobi矩陣更新的并行化計算方法。算例分析表明：隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大(達到3000節(jié)點及以上時)，本文并行

5、潮流計算方法比傳統(tǒng)并行LU分解法在并行加速比、并行效率等方面有明顯優(yōu)勢。
　　 針對大電力系統(tǒng)并行可靠性評估中靜態(tài)任務分配方法存在進程間通信次數(shù)多、過度計算等不足，在詳細分析Monte-Carlo仿真過程中可靠性指標方差系數(shù)和抽樣次數(shù)變化規(guī)律的基礎上，提出基于De Moivre-Laplace中心極限定理和曲線擬合相結合的啟發(fā)式動態(tài)任務分配方法，并提出基于動態(tài)任務分配的大規(guī)模電力系統(tǒng)并行可靠性評估模型。在并行任務分配過程中，根據(jù)

6、已有的仿真信息對總的抽樣次數(shù)進行合理的估計，使得單次任務分配量盡可能多，以達到減少進程間通信次數(shù)的目的。算例分析表明基于本文提出的動態(tài)任務分配方法可較好地提高并行效率。
　　 大電力系統(tǒng)結構復雜、元件眾多，各元件對系統(tǒng)不可靠性的“貢獻”各不相同；同時，基于可靠性評估技術的大電力系統(tǒng)可靠性跟蹤仍需超大規(guī)模計算量，傳統(tǒng)的串行處理技術仍難以實現(xiàn)。為解決上述兩方面問題，本文提出大電力系統(tǒng)不可靠性跟蹤的比例分攤準則，并結合前面提出的動態(tài)任

7、務分配方法，提出大規(guī)模復雜電力系統(tǒng)并行可靠性跟蹤模型。可靠性跟蹤過程中，系統(tǒng)的不可靠性由故障元件承擔，即正常運行元件不參與不可靠性指標的分攤，元件對不可靠指標的分攤按比例進行，即用比例分攤準則。算例分析表明：本文提出的并行可靠性跟蹤方法能夠快速準確地將大電力系統(tǒng)各可靠性指標公平合理地分攤到各元件，并有效地辨識了系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。
　　 隨著高壓直流輸電技術的不斷發(fā)展和實際工程的日益增多，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已逐漸發(fā)展成超大規(guī)?？缡?、跨區(qū)域

8、交直流混合系統(tǒng)。為快速準確地辨識交直流電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，結合可靠性跟蹤理論和并行計算技術，建立了大規(guī)模交直流混合系統(tǒng)并行可靠性跟蹤模型和算法。結合交直流混合系統(tǒng)可靠性評估過程的特點，提出了交直流混合系統(tǒng)可靠性評估的三層(HVDC子系統(tǒng)、HVDC輸電系統(tǒng)、含HVDC的電力系統(tǒng))鏈式分攤模型，即在交直流混合系統(tǒng)可靠性計算過程中對可靠性指標進行多次分攤和合并，進而實現(xiàn)交直流混合系統(tǒng)各元件對系統(tǒng)不可靠性的分攤。算例分析表明：本文提出的基于鏈式