一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法。轨迹灵敏度在电力系统动态性能评估、稳定校核与控制等领域有着重要的应用价值，但在大规模电力系统分析中，存在着计算时间过长等技术困难，无法在以实时控制为基础的现有电力系统中获得有效应用。针对上述问题，本发明专利技术提出了应用并行计算技术加速电力系统轨迹灵敏度新型获取方法。通过挖掘和利用前向灵敏度分析中的牛顿迭代的矩阵结构性质，设计了其专有的不诚实牛顿迭代策略，使得牛顿迭代中的线性方程组能够得到解耦并被部署在不同的计算处理单元上完成计算，从而实现了轨迹灵敏度获取的并行化，极大地提高了其计算效率，可用于电力系统稳定分析与控制等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法
本专利技术属于电力系统的运行、分析与调度
，尤其涉及一种基于并行计算技术的电力系统轨迹灵敏度获取方法。
技术介绍
随着我国坚强智能电网建设进程的推进，以三华电网为核心的特高压电网逐渐形成，大量可再生能源并网发电，电力系统动态性能在电网安全、稳定运行中的地位愈加重要。电力系统的动态性能通常通过电力系统时域仿真进行评估和验证，然而由于现代电力系统存在模型参数不准确、运行点经常变化的特性，一般需要大量的时域仿真方能有效的对电网的动态性能进行准确评估。文献《Sensitivity,Approximation,andUncertaintyinPowerSystemDynamicSimulation》系统化的提出了轨迹灵敏度方法，并将其运用于电力系统仿真分析中。通过使用一阶轨迹灵敏度信息，可以有效的对参数空间中基准轨迹的领域内的轨迹簇进行估计，从而替代了计算复杂、费时的多模型参数时域仿真，大大减少了电力系统动态性能评估的计算量。所获得的轨迹灵敏度也为电力系统稳定控制提供了量化的依据，通过分析对失稳现象影响大的轨迹灵敏度，可以以此设计对应的电力系统稳定控制策略，从而提升系统运行的安全性。由此可见，轨迹灵敏度是电力系统动态性能分析中的有力工具，但在实际工程应用中存在着轨迹灵敏度计算量大，求解时间长等技术困难。并行计算技术能够利用大规模并行计算机高效求解科学计算问题，突破现有串行计算的计算性能与规模的瓶颈。但轨迹灵敏度的计算本质上属于一个顺序串行计算的过程，无法直接应用并行计算技术予以加速求解。因此需要一种新型的轨迹灵敏度并行分解策略，有效的使用并行计算技术提高其计算效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于并行计算技术的电力系统轨迹灵敏度获取方法，该方法可提高电力系统动态性能评估的计算性能，可用于电力系统稳定分析与控制等应用领域。电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法包括如下步骤：第一步：通过电力系统遥测系统获得电网运行静态数据，从稳定数据库中获得系统动态数据，构建参数向量p下的微分代数方程组D0(p)用以表征电力系统的动态行为。第二步：对参数向量p中的每个分量构造对应的前向灵敏度微分代数方程组，如针对p中的第i个分量pi，对应的前向灵敏度微分代数方程为Di(p)。第三步：使用隐式梯形积分法求解拓展微分代数方程组{D0(p),D1(p)…DNP(p)},其中NP为参数向量p的维度。差分化后拓展微分代数方程组的解通过一组非线性方程组E(p)描述。第四步：使用不诚实牛顿法将非线性方程组E(p)转化为一系列的线性方程组L(p)的迭代格式。忽略雅可比矩阵中的非对角块，从而形成块对角结构。进而将线性方程组L(p)解耦为NP+1个独立线性方程组，记其中第i个线性方程组为Li(p)，对每个独立线性方程组Li(p)使用独立的计算处理单元求解，实现拓展微分代数方程组求解的并行化。第五步：微分代数方程D0(p)的解即为电力系统的时域仿真结果，前向灵敏度微分代数方程组Di(p)的解即为第i个参数pi对应的轨迹灵敏度。检测时域仿真结果中是否存在电网失稳的现象，如有电网失稳，则首先寻找轨迹灵敏度中对电网失稳影响较大的参数，然后基于其灵敏度设计电网稳定控制策略，使电力系统的运行规避失稳风险。所述的第三步中的拓展微分代数方程组差分得到的第n个仿真时步下的非线性方程组E(p)为：E(p):其中h为仿真步长。拓展微分代数方程组和对应的拓展状态变量定义如下：拓展微分代数方程组为：其中，y和分别为原微分代数方程组D0(p)的状态变量及其导数，f为原微分代数方程组D0(p)的定义函数，和分别为拓展微分代数方程组的拓展状态变量及其导数，si和分别为参数向量p的第i个分量对应的轨迹灵敏度及其导数。相应的，拓展微分代数方程组{D0(p),D1(p)…DNP(p)}中的各分量定义为：D0(p)：y(t0)＝y0(p)Di(p)：其中t0为仿真时段的初始时刻，y0为状态变量的初值。所述的第四步中第n个仿真时步第j次牛顿迭代的L(p)具有下述形式：其中和分别为第n个仿真时步第j次牛顿迭代的拓展状态变量及其导数。J为精确雅可比矩阵，具有下述矩阵结构：J0和Ji(其中i取1…NP)为雅可比矩阵中的对角线和边界分块。将所有矩阵块Ji忽略，从而得到不精确雅可比矩阵于是L(p)即可解耦为NP+1个独立线性方程组L0(p)和Li(p)(其中i取1…NP)，即：L0(p)：Li(p)：所述的第五步中计算处理单元是指CPU核心、计算服务器节点或其他具有完整的浮点计算与逻辑处理能力的计算设备。本专利技术的有益效果是，本专利技术提出了一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法。该方法基于灵敏度分析原理、微分代数方程理论和不诚实牛顿法算法，利用轨迹灵敏度计算中特有的矩阵和方程结构，利用并行计算加速其求解过程。与已有的技术相比，本专利技术提出的方法主要有以下改进：1、所提出的并行计算方式属于松耦合并行，具有加速比高、并行效率高的技术优势；2、由于不诚实牛顿法的特性，本方法的计算结果与串行计算相同，即所有的并行化措施均基于数学等价变换；3、本方法可使用于多种并行计算设备，对处理单元之间的通信条件要求低，具有大规模并行化的技术潜力。附图说明图1是电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法流程图；图2是电力系统发电机功角时域仿真曲线与轨迹灵敏度估计曲线；图3是电力系统节点电压时域仿真曲线与轨迹灵敏度估计曲线；图4是CASE678算例并行加速比曲线。具体实施方式电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法包括如下步骤：第一步：通过电力系统遥测系统获得电网运行静态数据，从稳定数据库中获得系统动态数据，构建参数向量p下的微分代数方程组D0(p)用以表征电力系统的动态行为。第二步：对参数向量p中的每个分量构造对应的前向灵敏度微分代数方程组，如针对p中的第i个分量pi，对应的前向灵敏度微分代数方程为Di(p)。第三步：使用隐式梯形积分法求解拓展微分代数方程组{D0(p),D1(p)…DNP(p)},其中NP为参数向量p的维度。差分化后拓展微分代数方程组的解通过一组非线性方程组E(p)描述。第四步：使用不诚实牛顿法将非线性方程组E(p)转化为一系列的线性方程组L(p)的迭代格式。忽略雅可比矩阵中的非对角块，从而形成块对角结构。进而将线性方程组L(p)解耦为NP+1个独立线性方程组，记其中第i个线性方程组为Li(p)，对每个独立线性方程组Li(p)使用独立的计算处理单元求解，实现拓展微分代数方程组求解的并行化。第五步：微分代数方程D0(p)的解即为电力系统的时域仿真结果，前向灵敏度微分代数方程组Di(p)的解即为第i个参数pi对应的轨迹灵敏度。检测时域仿真结果中是否存在电网失稳的现象，如有电网失稳，则首先寻找轨迹灵敏度中对电网失稳影响较大的参数，然后基于其灵敏度设计电网稳定控制策略，使电力系统的运行规避失稳风险。所述的第三步中的拓展微分代数方程组差分得到的第n个仿真时步下的非线性方程组E(p)为：E(p):其中h为仿真步长。拓展微分代数方程组和对应的拓展状态变量定义如下：拓展微分代数方程组为：其中，y和分别为原微分代数方程组D0(p)的状态变量及其导数，f为原微分代数方程组D0(p)的定义函数，和分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：通过电力系统遥测系统获得电网运行静态数据，从稳定数据库中获得系统动态数据，构建参数向量p下的微分代数方程组D0(p)用以表征电力系统的动态行为。第二步：对参数向量p中的每个分量构造对应的前向灵敏度微分代数方程组，如针对p中的第i个分量pi，对应的前向灵敏度微分代数方程为Di(p)。第三步：使用隐式梯形积分法求解拓展微分代数方程组{D0(p),D1(p)…DNP(p)},其中NP为参数向量p的维度。差分化后拓展微分代数方程组的解通过一组非线性方程组E(p)描述。第四步：使用不诚实牛顿法将非线性方程组E(p)转化为一系列的线性方程组L(p)的迭代格式。忽略雅可比矩阵中的非对角块，从而形成块对角结构。进而将线性方程组L(p)解耦为NP+1个独立线性方程组，记其中第i个线性方程组为Li(p)，对每个独立线性方程组Li(p)使用独立的计算处理单元求解，实现拓展微分代数方程组求解的并行化。第五步：微分代数方程D0(p)的解即为电力系统的时域仿真结果，前向灵敏度微分代数方程组Di(p)的解即为第i个参数pi对应的轨迹灵敏度。检测时域仿真结果中是否存在电网失稳的现象，如有电网失稳，则首先寻找轨迹灵敏度中对电网失稳影响较大的参数，然后基于其灵敏度设计电网稳定控制策略，使电力系统的运行规避失稳风险。...

【技术特征摘要】
1.一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：通过电力系统遥测系统获得电网运行静态数据，从稳定数据库中获得系统动态数据，构建参数向量p下的微分代数方程组D0(p)用以表征电力系统的动态行为；第二步：对参数向量p中的每个分量构造对应的前向灵敏度微分代数方程组，如针对p中的第i个分量pi，对应的前向灵敏度微分代数方程为Di(p)；第三步：使用隐式梯形积分法求解拓展微分代数方程组{D0(p),D1(p)…DNP(p)},其中NP为参数向量p的维度；差分化后拓展微分代数方程组的解通过一组非线性方程组E(p)描述；第四步：使用不诚实牛顿法将非线性方程组E(p)转化为一系列的线性方程组L(p)的迭代格式；忽略雅可比矩阵中的非对角块，从而形成块对角结构；进而将线性方程组L(p)解耦为NP+1个独立线性方程组，记其中第i个线性方程组为Li(p)，对每个独立线性方程组Li(p)使用独立的计算处理单元求解，实现拓展微分代数方程组求解的并行化；所述的第四步中第n个仿真时步第j次牛顿迭代的L(p)具有下述形式：其中为第n个仿真时步第j次牛顿迭代的拓展状态变量；J为精确雅可比矩阵，具有下述矩阵结构：J0和Ji(其中i取1…NP)为雅可比矩阵中的对角线和边界分块；将所有矩阵块Ji忽略，从而得到不精确雅可比矩阵于是L(p)即可解耦为NP+1个独立线性方程组L0(p)和Li(p)(其中i取1…NP)，即：L0(p)：Li(p)：...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿光超，江全元，李志浩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33