电力系统暂态稳定及潮流计算的并行算法研究

摘要

电力系统是一个复杂的非线性时变系统，随着电网规模的不断扩大和在线分析要求的不断提高，传统的分析计算方法受到了前所未有的挑战。电力系统计算往往是解一组代数方程或联解代数方程与微分方程，为了提高计算速度，将并行处理技术引入电力系统分析计算领域，为从根本上解决电力系统实时分析的难题提供一种有效途径。
　　 本论文致力于电力系统暂态稳定及潮流计算的并行算法研究，运用并行处理技术以大大缩短计算时间。结合电力系统计算的特点，在牛顿法的基础上，提出了一种可用于电力系统潮流计算的并行算法.牛顿下山法。
　　 （1）介绍了并行计算的基本理论与并行算法的设计方法。对物理问题的并行求解过程进行分析，研究了如何将一个实际待求解问题着手并行化。对并行算法的设计方法进行研究，通过掌握并行算法的理论与设计方法，对电力系统暂态稳定与潮流计算进行并行算法设计提供理论基础。介绍了几种并行算法的性能评价标准。
　　 （2）对电力系统暂态稳定问题中的发电机数学模型、负荷的数学模型及电力网络数学模型进行了详细分析研究。研究了电力系统暂态稳定的并行算法：空间并行法、波形松弛法和时空并行法，分析比较了各种算法的优劣及适合其实现的环境，为并行求解潮流计算问题奠定了基础。
　　 （3）对电力系统潮流计算进行研究，分析总结已有的各种并行算法的优缺点，挖掘了潮流计算中的可并行性部分，在此基础上，结合电力系统潮流计算的特点，提出了一种可用于电力系统潮流计算的并行算法.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了分析。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，为大规模的电力系统的分析计算提供基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1本文研究的背景及意义

1.2当前并行处理技术在电力系统中的应用

1.3本论文的主要工作

2并行算法概述

2.1并行处理

2.2物理问题的并行求解过程

2.3并行语言

2.4并行计算概况

2.4.1并行计算机

2.4.2并行计算机的系统结构模型

2.5并行算法的定义和分类

2.6并行算法中的同步和通信

2.7并行计算性能评测

2.7.1加速比性能定律

2.7.2 Amdahl加速定律

2.7.3 Gustafson加速定律

2.7.4 Sun和Ni加速定律

2.8可扩展性能评测标准

2.9并行算法一般设计方法

2.10并行算法设计应注意的问题

2.10.1挖掘并行性

2.10.2并行算法依赖并行的环境

2.10.3考虑通信开销

2.11本章小结

3电力系统暂态稳定计算及并行算法研究

3.1暂态稳定分析概述

3.2网络及动态元件的数学模型及处理方法

3.2.1发电机数学模型及发电机节点处理

3.2.2负荷的数学模型及节点处理

3.2.3电力系统暂态稳定计算中电力网络的数学模型

3.3暂态稳定并行算法及其程序实现

3.3.1暂态稳定的空间并行算法

3.3.2波形松弛法

3.3.3暂态稳定的时空并行算法

3.4各种算法的比较

3.5并行算法的实现技术

3.6本章小结

4电力系统潮流计算并行算法研究

4.1任务分解法

4.2基于稀疏矢量技术的潮流并行算法

4.3基于多重因子化的潮流并行算法

4.4基于逆矩阵计算的潮流并行算法(W矩阵法)

4.5基于分块法的潮流并行算法

4.6动态异步并行算法

4.7并行牛顿下山法

4.7.1牛顿法

4.7.2带衰减的牛顿法(牛顿下山法)

4.8算例及分析

4.9本章小结

5结论

致谢

参考文献

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