电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法，包括：进行小干扰稳定并行化处理；建立小干扰稳定分析并行分解协调算法；建立小干扰稳定分析并行工作流；进行小干扰稳定分析的虚拟机放置问题建模；采用改进大洪水算法对小干扰稳定分析的虚拟机放置问题模型进行求解。本发明专利技术通过优化的资源配置降低通过数据中心交换机的流量，以减少通信时延，提高数据传输网络性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统中小干扰稳定分析的并行计算方法，特别涉及一种小干扰稳定分析的数据中心求解方法。
技术介绍
传统的电力系统小干扰稳定分析技术，一般是采用特征分析等方法进行离线分析，该方法的实时性差，在恶劣天气、用电高峰时某些节点或线路突然短路、断路等特殊情况下不能准确及时的判断故障。如今大规模的互联电力系统网络中，小干扰稳定分析过程中所关注的线性化状态矩阵A的维数可以达到上万维，当用传统的QR算法进行特征值求解时会存在非常严重的“维数灾”问题。因此，近年来电力系统分布式研究逐渐引起人们的重视并取得了一定的进展，在分布式潮流、分布式暂态稳定和并行无功优化等算法研究方面，都取得了一定的成果，但是在小干扰稳定分析的分布式计算研究方面的成果还不多。通过研究小干扰稳定的分布式并行算法并在数据中心中运行实现，在数据中心，一个主机可以承载多个虚拟机，虚拟机到主机是多对一映射。但从通信流量角度研究，多个虚拟机配置在一个物理机中时，出口流量即是该物理机上各个虚拟机在某时刻[t,t+Δt]的通信量之和，因此对于物理机网络端口而言，多对一的映射可以等效为一个整合的虚拟机对应一个物理机的映射。则虚拟机-物理机映射就是将图G'映射到图G。基于数值计算理论的向量迭代类算法和子空间迭代类算法，选择模式法以及自激法等改进的矩阵特征值分析算法，都是基于数据串行处理方式设计的，在数据中心分布式计算环境中，并不能直接应用上述算法。充分考虑我国互联电网分层分区的组织结构和资源分布、异构、独立的特点，通过各区域调度中心分解协调的分布式并行计算获得全网一体化的分析计算结果，减少小干扰稳定分析的计算时间，提高计算的实时性，将对提高我国大规模互联电力系统小干扰稳定分析能力具有极其重要的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法，针对电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解，从电力系统小干扰稳定计算的特性出发，结合数据中心虚拟机封装和迁移技术，实现复杂系统的高效快速计算。提供一种降低数据中心交换机流量的改进大洪水算法。本专利技术将电力系统小干扰稳定分析在数据中心的最优分布式计算问题建模为最小化交换机流量的QAP模型，同时采用改进大洪水算法进行求解，使得小干扰稳定分析过程中通过数据中心核心层交换机的流量最少，以提高通信数据传输速率，减少通信延时。良好的通信路径配置可以提升网络传输性能，降低数据因长距离传输而造成的高丢包率，在计算层面表现出数据传输效率和准确度的提升。本专利技术提出了一种电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法，该方法包括以下步骤：步骤1、进行小干扰稳定并行化处理：求解Δv过程中，利用带边界分区的大型互联电力系统分区方法将大电网进行分区，每块子分区相关参数的公式表示为： Δ i i I n ΔI i B = Y i I n I n Y i I n B Y i B I n Y i B B Δv i I n Δv i B ]]>其中，和分别为子分区i中的边界节点矩阵、内部节点矩阵以及边界节点与内部节点之间、内部节点与边界节点之间的节点导纳矩阵；分别为分区i内部节点和边界节点母线电压向量变化量；为子分区i中边界节点注入电流列向量，为子分区i中边界节点注入电流列向量；边界分区协调方程为：ΔIB＝YBΔvB其中，ΔIB为分区边界节点的汇总的电流变化量，YB为边界分区导纳矩阵，ΔvB为分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量；根据分区边界电压的计算过程，得到小干扰稳定的并行分析结果；步骤2、建立小干扰稳定分析并行分解协调算法，该算法具体包括以下流程：步骤2.1、根据分区结果，设定分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量ΔvB，并将各子分区i相对应的传递给相应子分区i；步骤2.2、各子分区分别根据计算本子分区的内部节点母线电压向量变化量然后根据计算各个分区的边界节点注入电流，并将传递给相应子分区i；步骤2.3、根据计算边界节点母线电压的残差δB，若收敛，结果输出；否则，修正边界节点母线电压，返回步骤2.1；步骤3、建立小干扰稳定分析并行工作流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)、进行小干扰稳定并行化处理：求解Δv过程中，利用带边界分区的大型互联电力系统分区方法将大电网进行分区，每块子分区相关参数的公式表示为：ΔiiInΔIiB=YiInInYiInBYiBInYiBBΔviInΔviB]]>其中，和分别为子分区i中的边界节点矩阵、内部节点矩阵以及边界节点与内部节点之间、内部节点与边界节点之间的节点导纳矩阵；分别为分区i内部节点和边界节点母线电压向量变化量；为子分区i中边界节点注入电流列向量，为子分区i中边界节点注入电流列向量；边界分区协调方程为：ΔIB＝YBΔvB其中，ΔIB为分区边界节点的汇总的电流变化量，YB为边界分区导纳矩阵，ΔvB为分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量；根据分区边界电压的计算过程，得到小干扰稳定的并行分析结果；步骤(2)、建立小干扰稳定分析并行分解协调算法，该算法具体包括以下流程：步骤(2.1)、根据分区结果，设定分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量ΔvB，并将各子分区i相对应的传递给相应子分区i；步骤(2.2)、各子分区分别根据计算本子分区的内部节点母线电压向量变化量然后根据计算各个分区的边界节点注入电流，并将传递给相应子分区i；步骤(2.3)、根据计算边界节点母线电压的残差δB，若收敛，结果输出；否则，修正边界节点母线电压，返回步骤(2.1)；步骤(3)、建立小干扰稳定分析并行工作流，在所述工作流中包括各子分区提供节点导纳矩阵和电压电流向量初始值的计算任务、各个子分区的母线电压向量变化量的计算任务、协调区边界节点电流向量变化量的计算任务；步骤(4)、在小干扰稳定分析并行工作流中，将计算任务与虚拟机一一对应，即每一个虚拟机仅承载一个计算任务，进行小干扰稳定分析的虚拟机放置问题建模，该模型表示为：minF=Σi,j=1nΣk,l=1nfijdklxikxjl]]>约束条件为：s.t.Σi=1nxik=11≤k≤n]]>Σk=1nxik=11≤i≤n]]>xik∈{0,1} 1≤i,k≤n其中，fij表示虚拟机i与虚拟机j之间的通信量，dkl表示物理机k与l之间连通所需要的交换机个数，xik与xjl分别表示虚拟机i、j与物理机k、l的映射关系；xik为通信矩阵中X元素，i行表示虚拟机序号，k列表示物理机序号，当xik＝1表示虚拟机i放置在物理机k中，xik＝0表示虚拟机i未放置在物理机k中，因此表示每个虚拟机i只能用一个物理机k来承载，同样，表示每个物理机k只能为一个虚拟机i服务，构建典型的QAP模型；步骤(5)、根据步骤(4)中建立的QAP模型，采用改进大洪水算法对小干扰稳定分析的虚拟机放置问题模型进行求解；所述的改进大洪水算法具体包括以下处理：步骤(5.1)、对上述步骤(1)至步骤(3)的电力系统小干扰稳定分析复杂科学计算工作流程和数据中心结构化物理机编码；步骤(5.2)、根据复杂科学计算工作流程图，设置基准虚拟机：依照所述工作流中计算任务间连接关系，选择与其它虚拟机数据交换数据量最多的虚拟机作为基准虚拟机，并将其配置于第一个pod域的第一个服务器中，其它虚拟机随机分配到物理机；当与基准虚拟机通信的虚拟机迁移完成后，重新选择基准虚拟机，规则是与上一个基准虚拟机临近的虚拟机作为基准虚拟机，然后按照相同的方式处理剩余的虚拟机直至配置完成；步骤(5.3)、根据虚拟机的初始放置顺序，计算在初始放置顺序下通过交换机的流量Fmin；步骤(5.4)、选择与基准虚拟机通信量最大且未迁移的虚拟机，根据选择的虚拟机进行迁移，迁移策略为：当迁移虚拟机与基准虚拟机未在同一个pod域，也未在同一个switch域，判断是否有未曾与基准虚拟机比较过的虚拟机，如果有，则虚拟机交换，不再搜寻；如果没有，则不交换；当被迁移虚拟机与基准虚拟机在同一个pod域时，但未在同一个switch域，判断是否有未曾与基准虚拟机比较过的虚拟机，如果有，则虚拟机交换，不再搜寻；如果没有，则虚拟机不交换；步骤(5.5)、当一次虚拟机迁移完成后，判断是否为与基准虚拟机通信的最后一个虚拟机，如果是，转入步骤(5.6)；如果不是，则转入步骤(5.4)；步骤(5.6)、根据新的虚拟机放置顺序，计算此时通过交换机的流量F，如果F>Fmin，跳出循环，转入步骤(5.7)；如果F<Fmin，则令F＝Fmin，选择新的基准虚拟机，同时转入步骤(5.4)；步骤(5.7)、输出虚拟机的放置顺序及通过交换机的流量。...

【技术特征摘要】
1.一种电力系统小干扰稳定分析的数据中心求解方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)、进行小干扰稳定并行化处理：求解Δv过程中，利用带边界分区的大型互联电力系统分区方法将大电网进行分区，每块子分区相关参数的公式表示为： Δi i I n ΔI i B = Y i I n I n Y i I n B Y i B I n Y i B B Δv i I n Δv i B ]]>其中，和分别为子分区i中的边界节点矩阵、内部节点矩阵以及边界节点与内部节点之间、内部节点与边界节点之间的节点导纳矩阵；分别为分区i内部节点和边界节点母线电压向量变化量；为子分区i中边界节点注入电流列向量，为子分区i中边界节点注入电流列向量；边界分区协调方程为：ΔIB＝YBΔvB其中，ΔIB为分区边界节点的汇总的电流变化量，YB为边界分区导纳矩阵，ΔvB为分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量；根据分区边界电压的计算过程，得到小干扰稳定的并行分析结果；步骤(2)、建立小干扰稳定分析并行分解协调算法，该算法具体包括以下流程：步骤(2.1)、根据分区结果，设定分区边界节点的汇总的母线电压向量变化量ΔvB，并将各子分区i相对应的传递给相应子分区i；步骤(2.2)、各子分区分别根据计算本子分区的内部节点母线电压向量变化量然后根据计算各个分区的边界节点注入电流，并将传递给相应子分区i；步骤(2.3)、根据计算边界节点母线电压的残差δB，若收敛，结果输出；否则，修正边界节点母线电压，返回步骤(2.1)；步骤(3)、建立小干扰稳定分析并行工作流，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨挺，王洪涛，冯瑛敏，尚昆，武金成，赵睿，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12