一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法技术方案

一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法，将传统方法中Y(n,2n)、B′(n‑1,n‑1)、B″(m,m)数组上下三角的非零元素存贮于由Y(n,d1)、B′(n‑1,d2)、B″(m,d3)3个虚拟数组构成的A(n,d)数组中，大大减少存贮单元数并提高数据文件的读写速度和PQ分解法潮流计算中Ipi、Iqi或Pi、Qi的计算速度，存贮单元的数量也大大下降、效率大大提高。本发明专利技术与传统方法相比，如对IEEE‑118节点系统，最大存贮单元数仅为后者的14.69％，实际存贮单元数仅为后者的6.66％，写读数据文件的时间分别为后者的14.32％和7.29％。节点数越多，本发明专利技术的优势越明显。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法
本专利技术属于电力系统分析计算领域。
技术介绍
电力系统中PQ分解法潮流计算中涉及到多个对称的、极度稀疏的系数矩阵应用。若不考虑这些系数矩阵的稀疏性，大量零元素的数据在存贮、读取及计算过程中会导致存贮空间的极大浪费、读写数据文件及计算过程时间过长、计算效率低下。因此，考虑稀疏矩阵元素的存贮方式不但可大量节省存贮单元，还可大大减少数据文件的存贮、读取及计算过程的时间。PQ分解法潮流计算中需用到3个系数矩阵，其中导纳矩阵Y用于计算节点电流(Ipi、Iqi)和节点功率(Pi、Qi)，系数矩阵B′用于计算电压相角增量Δδi，系数矩阵B″用于计算电压幅值增量ΔVi。传统PQ分解法中对这3个系数矩阵数据的存贮、读取、应用等存在以下不足：(1)B′、B″阵元素的获取方式不合理。B′、B″阵元素最简单的获取方式是直接取自Y阵元素的虚部，这样只要存贮1个Y阵元素即可，B′、B″阵元素可从Y阵元素的数据文件中直接获得。但实际计算中如果B′、B″阵元素完全取用Y阵元素的虚部，如对IEEE-118节点等系统，则PQ分解法潮流计算并不收敛，而对其它系统则可能导致迭代时间较长。如果仅B′、B″阵元素相同、但不同于Y阵元素的虚部，仍然可能影响PQ分解法潮流计算的迭代次数或收敛性。由于Y、B′、B″阵元素的构成对收敛性或收敛速度影响较大，因此一般Y、B′、B″阵元素各不相同，从而涉及到多个数据文件的应用。(2)Y、B′、B″阵元素的存贮方式不合理。由于Y、B′、B″阵均为有大量零元素的极度稀疏矩阵，传统PQ分解法中对应的数组分别为Y(n,2n)、B′(n-1,n-1)、B″(m,m)，其中n为系统的节点数，m为系统的PQ节点数。Y(n,2n)数组存放Y阵元素，B′(n-1,n-1)、B″(m,m)数组存放B′、B″阵元素。按Y(n,2n)、B′(n-1,n-1)、B″(m,m)数组方式存贮相应元素，会造成存贮空间的极大浪费、读写数据文件及计算时间过长、而用Y(n,2n)数组计算Ipi、Iqi或Pi、Qi的计算效率极为低下。如果考虑元素稀疏性，用坐标存贮、顺序存贮、链表存贮等方法存贮Y、B′、B″阵元素，尽管可节省不少存贮单元，但由于其存贮方式和结构复杂，对角元与非对角元分开存贮使得数据的读取过程繁琐，不利于数据的计算及处理，计算Ipi、Iqi或Pi、Qi时，导入相应元素的过程也较为复杂，效率也不高。如果考虑Y、B′、B″阵元素的对称性仅存贮上三角的非零元素，根据对称性获得下三角的非零元素，则角标的变换、元素之间的赋值也占用很多时间，并无太大优势。(3)Y、B′、B″阵数据文件的存贮个数较多、读写时间较长。如按传统方法对Y、B′、B″阵的三个数据文件分别存贮，则在潮流计算程序中要分别打开三个数据文件并读取数据；如果考虑元素稀疏性按链表存贮方法分别对Y、B′、B″阵进行存贮，则存贮文件的个数将达到9个。存贮的数据文件个数越多，则写数据文件的时间越长，同样导致PQ分解法潮流计算程序中需打开的数据文件个数较多、读数据文件的时间较长，特别不利于PQ分解法的实时计算效果。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法。本专利技术将传统PQ分解法潮流计算中三个分开存放的数组Y(n,2n)、B′(n-1,n-1)、B″(m,m)分别用三个虚拟数组Y(n,d1)、B′(n-1,d2)、B″(m,d3)对应替代，合并存放于数组A(n,d)中。数组A(n,d)中存放主节点的行号(i)、三个数组中各主节点与非零元素子节点之和(Si1、Si2、Si3)、三个数组中各主节点与非零元素子节点的列号j及参数gij、bij。数组Y(n,d1)存贮Y阵的信息，用于计算Ipi、Iqi或Pi、Qi；数组B′(n-1,d2)、B″(m,d3)存贮B′、B″阵的信息，用于完成PQ分解法潮流计算。这种存贮方式省去了对Y、B′、B″阵所有零元素的存贮，大大减少了存贮空间、存贮数据文件的个数以及对数据文件的读写时间，可快速计算Ipi、Iqi或Pi、Qi，快速形成B′、B″阵，且存贮方式简单明了。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法，包括以下步骤：步骤1：定义数据文件数组A(n,d)；(1)定义与行号i对应的节点为父节点，与其相连的非零元素节点为子节点，而零元素的子节点及参数不出现在存贮单元中。(2)定义存放Y、B′、B″阵元素的三个虚拟数组为Y(n,d1)、B′(n-1,d2)、B″(m,d3)。三个数组中均存放所有父节点和非零元素子节点的列号j及相应的参数，其各自各行中父节点和非零元素子节点之和为最大非零元素数S1max、S2max、S3max。(3)数组Y(n,d1)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的实部及虚部值，其最大列数为d1＝3×S1max；而数组B′(n-1,d2)和B″(m,d3)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的虚部值，两个数组的最大列数分别为d2＝2×S2max，d3＝2×S3max。(4)将Y(n,d1)、B′(n-1,d2)、B″(m,d3)三个数组的数据共存于A(n,d)数组中，其中d＝d1+d2+d3+4。“+4”分别为行号列和S1max、S2max、S3max所在的计数列，即表1中的第1～4列。(5)新方法的最大存贮单元数Umax.new按各行中最大的非零元素数计算，Umax.new＝U1max+U2max+U3max＝Y(n,d1)+B′(n-1,d2)+B″(m,d3)＝n×(d1+2)+(n-1)×(d2+1)+m×(d3+1)。注：“+2”：为行号列和Y阵计数列；“+1”：分别B′阵和B″阵计数列。本专利技术的近似最大存贮单元数为Ua.max.new＝A(n,d)＝n×d，有Umax.new/Ua.max.new≈90％，且不随着节点数的变化而变化。(6)本专利技术的实际存贮单元数Uact.new按各行Si实际统计的非零元素数之和计算，Uact.new＝Y(n,d′1)+B′(n-1,d′2)+B″(m,d′3)。计算分析表明，新方法的实际存贮单元数约占新方法最大存贮单元数的50％左右，且所占百分比随着节点数的增加而减少。(7)将A(n,d)数组分为五组，其中包括“行号组”、“节点数组”、“Y阵组”、“B′阵组”、“B″阵组”，存放格式如下。行号组i：为检验数据之用，存放与父节点对应的行号，位于第1列；节点数组Si1、Si2、Si3：为高效读写数据之用，位于第2～4列，存放Y、B′、B″阵中各行父节点及非零元素子节点数之和，其Si1、Si2、Si3值由程序自动累加以保证快速高效地读取相应的父节点和非零元素子节点的参数，从而使本专利技术的实际存贮单元数远小于其最大存贮单元数；Y阵组：为存放与Y(n,d1)数组对应的Y阵数据之用，位于第5～(d1+4)列，按列号递增顺序存贮父节点和非零元素子节点的列号j及相应的自导纳、互导纳的实部、虚部值；B′阵组：为存放与B′(n-1,d2)数组对应的B′阵数据之用，位于第(d1+5)～(d1+d2+4)列，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法，其特征包括以下步骤：步骤1：定义数据文件数组A(n,d)；(1)定义与行号i对应的节点为父节点，与其相连的非零元素节点为子节点，而零元素的子节点及参数不出现在存贮单元中；(2)定义存放Y、B′、B″阵元素的3个虚拟数组为Y(n,d1)、B′(n‑1,d2)、B″(m,d3)；三个数组中均存放所有父节点和非零元素子节点的列号j及相应的参数，其各自各行中父节点和非零元素子节点之和为最大非零元素数S1max、S2max、S3max；(3)数组Y(n,d1)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的实部及虚部值，其最大列数为d1＝3×S1max；而数组B′(n‑1,d2)和B″(m,d3)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的虚部值，两个数组的最大列数分别为d2＝2×S2max，d3＝2×S3max；(4)将Y(n,d1)、B′(n‑1,d2)、B″(m,d3)三个数组的数据共存于A(n,d)数组中；(5)定义最大存贮单元数Umax.new和实际存贮单元数Uact.new；(6)将A(n,d)数组分为五组，其中包括“行号组”、“节点数组”、“Y阵组”、“B′阵组”、“B″阵组”，存放格式如下；行号组i：为检验数据之用，存放与父节点对应的行号；节点数组Si1、Si2、Si3：为高效读写数据之用，存放Y、B′、B″阵中各行父节点及非零元素子节点数之和，其Si1、Si2、Si3值由程序自动累加以保证快速高效地读取相应的父节点和非零元素子节点的参数；Y阵组：为存放与Y(n,d1)数组对应的Y阵数据之用，按列号递增顺序存贮父节点和非零元素子节点的列号j及相应的自导纳、互导纳的实部、虚部值；B′阵组：为存放与B′(n‑1,d2)数组对应的B′阵数据之用，按列号递增顺序存贮父节点和非零元素子节点的列号j及相应的自导纳、互导纳的虚部值；B″阵组：为存放与B″(m,d3)数组对应的B″阵数据之用，按列号递增顺序存贮父节点和非零元素子节点的列号j及相应的自导纳、互导纳的虚部值；步骤2：从数据文件读入全部支路数据；步骤3：计算Y、B′、B″阵的所有元素并将数据共存于A(n,d)数组中；Y阵元素存放于A(n,d)数组中Y(n,d1)数组所在的位置，Y阵元素通常包括所有支路参数所形成的Y阵的实部和虚部元素，仅用于后续PQ分解法潮流程序中Ipi、Iqi或Pi、Qi的计算；B′、B″阵元素存放于A(n,d)数组中B′(n‑1,d2)、B″(m,d3)数组所在的位置，用于后续程序中求解Δδi、ΔVi；步骤4：将A(n,d)数组的数据写入数据文件以备后续程序使用。...

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏技术可快速读写的电力系统PQ分解法潮流数据存贮方法，其特征包括以下步骤：步骤1：定义数据文件数组A(n,d)；(1)定义与行号i对应的节点为父节点，与其相连的非零元素节点为子节点，而零元素的子节点及参数不出现在存贮单元中；(2)定义存放Y、B′、B″阵元素的3个虚拟数组为Y(n,d1)、B′(n-1,d2)、B″(m,d3)；三个数组中均存放所有父节点和非零元素子节点的列号j及相应的参数，其各自各行中父节点和非零元素子节点之和为最大非零元素数S1max、S2max、S3max；(3)数组Y(n,d1)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的实部及虚部值，其最大列数为d1＝3×S1max；而数组B′(n-1,d2)和B″(m,d3)存放相关节点的列号j、相应自导纳和互导纳的虚部值，两个数组的最大列数分别为d2＝2×S2max，d3＝2×S3max；(4)将Y(n,d1)、B′(n-1,d2)、B″(m,d3)三个数组的数据共存于A(n,d)数组中；(5)定义最大存贮单元数Umax.new和实际存贮单元数Uact.new；(6)将A(n,d)数组分为五组，其中包括“行号组”、“节点数组”、“Y阵组”、“B′阵组”、“B″阵组”，存放格式如下；行号组i：为检验数据之用，存放与父节点对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恳，万新儒，席小青，宫嘉炜，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36