基于波形松弛法的大規(guī)模電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定并行仿真研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)可靠性要求的日益提升，如何對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程進(jìn)行快速的精確仿真已經(jīng)成為了一個(gè)十分重要的課題。近十幾年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真的實(shí)時(shí)甚至是超實(shí)時(shí)計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。因此，一種能夠充分發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)潛在性能的并行算法就顯得尤為關(guān)鍵。
　　本文研究了基于波形松弛法的大規(guī)模電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定并行仿真，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)主要介紹了波形松弛法及其在

2、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中的應(yīng)用;首先對(duì)本文采用的動(dòng)態(tài)元件模型進(jìn)行介紹;之后介紹了波形松弛方法的基本過程及其相應(yīng)的迭代格式;在此基礎(chǔ)上，提出了本文針對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特點(diǎn)的改進(jìn)措施，包括窗口方法、預(yù)處理方法和波形預(yù)測方法;最后再對(duì)2383節(jié)點(diǎn)和12685節(jié)點(diǎn)兩個(gè)算例進(jìn)行串行測試;測試結(jié)果表明，本文采用的波形松弛法可以應(yīng)用于上萬節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定求解，并且滿足精度要求;預(yù)處理方法和波形預(yù)測方法可以有效提高算法收斂速度;本文采用的串行波形松

3、弛方法與常規(guī)隱式梯形積分方法相比，求解速度更快;
　　(2)主要研究了基于Adomian分解的迭代算法在暫態(tài)仿真中的應(yīng)用;提出了一種基于Adomian分解的迭代算法，用作波形松弛法子系統(tǒng)的求解方法;首先介紹了Adomian多項(xiàng)式，并提出對(duì)Adomian級(jí)數(shù)的求解方法進(jìn)行推導(dǎo);隨后給出了幾種不同的Adomian級(jí)數(shù)的構(gòu)造形式，并根據(jù)不同的分解形式給出了求解非線性方程的迭代格式，并進(jìn)一步推廣到非線性方程組的求解;最后通過兩個(gè)算例對(duì)算法

4、的有效性進(jìn)行驗(yàn)證;測試結(jié)果表明，基于Adomian分解的迭代算法可以有效提高算法的收斂性，而且增加的計(jì)算量要比節(jié)省的計(jì)算量少，因此可以減少仿真時(shí)間;而且該方法不僅僅適用于波形松弛這樣的并行算法，同樣可以替換常規(guī)的隱式梯形積分方法;
　　(3)主要研究了基于時(shí)間-空間雙重并行策略的暫態(tài)穩(wěn)定仿真研究;主要針對(duì)于算法的并行實(shí)現(xiàn)，首先根據(jù)大規(guī)模電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真的特點(diǎn)，提出了一種基于Epsilon分解的分組策略，用于提高算法收斂性能;隨

5、后根據(jù)本文的算法特點(diǎn)，提出了一種空間-時(shí)間雙重并行策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)算法主體完全并行;之后又對(duì)本文采用的兩種并行編程模型進(jìn)行介紹，同時(shí)加以比較;最后，采用MPI和OpenMP兩種編程模型在共享內(nèi)存平臺(tái)上對(duì)本文的算法進(jìn)行并行實(shí)現(xiàn)，測試其并行加速比;結(jié)果表明，本文的分組策略可以對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)進(jìn)行分組，并且與商業(yè)軟件相比，有較好的收斂性;采用本文的空間-時(shí)間雙重并行策略后，本文的算法實(shí)現(xiàn)了上萬節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的超實(shí)時(shí)仿真;而且OpenMP較MPI相比，