电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法及装置制造方法及图纸

一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法，其包括以下步骤：步骤1、并行仿真接口，引入贝瑞隆模型作为接口，将拆分的子模型解耦，从而实现并行仿真；步骤2、模型拆分过程和并行仿真过程；步骤3、模型拆分的计算量和原则；步骤4、原始数据与图结构之间的映射；步骤5、复杂图结构的简化预处理；步骤6、谱聚类自适应模型拆分。以及提供一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分装置。本发明专利技术处理规模大，拆分速度快；拆分灵活；拆分的模型高度均匀；可扩展性良好；适应性强。适应性强。适应性强。

【技术实现步骤摘要】
电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法及装置


[0001]本专利技术属于电力系统检测领域，涉及一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法及装置。

技术介绍

[0002]大型电力系统电磁暂态仿真通常将整个电力系统模型拆分为多个子模型进行并行仿真来加快仿真速度。现在的电力系统中通常使用基于地理信息的拆分方法来进行模型拆分，这种方法易于执行，但是不具有自适应能力，导致子模型数量严重受限，规模不均匀，关联线路多，拆分得到的模型在仿真时的计算量参差不齐，而且电力系统的变化也会加大拆分的难度和工作量。
[0003]随着电力系统的结构越来越复杂，涉及的电力电子器件越来越多，大规模电力系统电磁暂态仿真的时间急剧增加。由于电力系统的高度稀疏性，并行仿真方法可以有效的减少仿真时间，用于并行仿真的电力系统模型拆分算法和基于电力系统多层、多区域特性的并行分割策略备受关注。但是目前最常用的方法仍然是基于地理信息来进行模型拆分，执行起来比较容易，但其结果参差不齐，对电力系统拓扑结构的变化不能自适应。
[0004]例如曹斌,王立强,赵永飞,张秀琦.基于PSCAD/EMTDC的大规模新能源并网电磁暂态并行仿真[J].中国电力,2020,53(11):154
‑
161。采用基于Metis进行电网划分，但基于母线节点权重的评估方法不适合电力电子设备元件，存在单一以节点数进行划分对接口通信效率考虑不足、对多样化模型的仿真计算量表征不准确等问题。在应用到电力系统电磁暂态仿真并行计算中可能存在对大型电力系统效率提升有限、对不同系统适应性差异大等问题。
[0005]再例如中国专利申请号2009101358605，公开了一种电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法，通过将电力系统的网络分割成多个子网,各子网分别构成电磁暂态仿真系统,各电磁暂态仿真系统之间具有一个与各个暂态仿真系统进行数据交换,实现各个电磁暂态仿真系统离线非实时并行仿真的接口控制系统。本专利技术的仿真方法是电磁暂态仿真系统对每个子网分别进行电磁暂态计算,并通过接口控制系统将该子网的计算变量传递给与该接口系统相连的其他子网,实现整个电磁暂态仿真系统的离线非实时并行仿真。这种方法的仿真速度通常慢于数字实时仿真，而且无法自适应的拆分任意拓扑结构的大规模电力系统模型。

技术实现思路

[0006]为了克服已有电力系统电磁暂态并行仿真模型拆分方法的不足,本专利技术提供了一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法及装置，提高电力系统电磁暂态并行仿真的速度。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、并行仿真接口，引入贝瑞隆模型作为接口，将拆分的子模型解耦，从而实现并行仿真，过程如下：
[0010]对于一条均匀无损传输线，设其波阻抗为Z，长度为l，波速为v，则传输延时为线路单位长度的电感和电容分别为不受频率影响的常数L0和C0，u
k
、u
m
分别表示节点k和节点m的电压，i
k
，i
m
分别表示节点k和节点m的电流，t为当前仿真时间；
[0011]然后得到节点k和节点m等效电流源I
k
、I
m
的递归公式：
[0012][0013]步骤2、模型拆分过程和并行仿真过程，如下：
[0014]2.1)模型拆分过程
[0015]对电力系统原始数据进行预处理，并进行图形拆分，得到拆分后的模型进行仿真；
[0016]2.2)并行仿真过程
[0017]根据子模型的数目，启动相同数目的线程进行并行仿真，在仿真过程中，每一步之后都需要对数据进行同步和串行操作；
[0018]步骤3、模型拆分的计算量和原则
[0019]通过对电力系统中普通元件仿真时间的测试，得到这些元件对仿真时间的影响，定义它们仿真的总计算量为L：
[0020][0021]L
node
为节点的计算量，L
gen
为电源的计算量，L
trans
变压器的计算量，L
line
为传输线的计算量；
[0022]仿真最慢模型的仿真时间为t
slow
，仿真最快模型的仿真时间t
fast
，t
wait
表示仿真最慢模型和最快模型的时间差；
[0023]t
wait
＝t
slow
‑
t
fast
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0024]t
com
是通信过程的时间消耗，它表示每一步中所有模型在仿真完成后进行通信的时间消耗，在模型拆分时需要遵循以下两个原则：
[0025]a)模型间的传输线应尽量少，可以有效减小t
wait
；
[0026]b)每个模型的计算量应尽量相等，可以减小t
com
；
[0027]步骤4、原始数据与图结构之间的映射
[0028]由于电力系统的复杂性，选择将电力系统的原始数据映射到图结构中，以简化拆分过程；
[0029]映射关系如下：
[0030]母线
→
顶点；
[0031]传输线，变压器
→
边；
[0032]其他元素附加到母线上，用顶点的权重表示，并且利用顶点的权重，在传递这些元素时不会改变图的拓扑结构；
[0033][0034]W
i
是顶点v
i
的权重，它等于顶点元素的计算量之和，由于传输线和变压器的计算量由两端分摊，故其系数为1/2；
[0035]步骤5、复杂图结构的简化预处理，过程如下：
[0036]5.1)变压器聚类
[0037]将所有由变压器连接的顶点集中为一个顶点，即T顶点；
[0038]5.2)传输线聚类
[0039]对于贝瑞隆模型，传输线的延迟应该τ大于一个仿真步长t
step
，
[0040]τ≥t
step
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0041]将由短线连接的顶点集中为一个顶点C，称为复顶点；
[0042]5.3)多层次聚类
[0043]在正式的图拆分之前，对图G＝G(V,E)进行多层次聚类来进一步简化结构，V表示顶点，E表示边；
[0044]步骤6、谱聚类自适应模型拆分，过程如下：
[0045]6.1)选择初始聚类中心
[0046]采用DPC算法选择初始聚类中心，DPC算法通过以下准则选择聚类中心：a.局部密度较高的顶点；b.不同的聚类中心之间的距离相对较远；
[0047]6.2)初始聚类
[0048]将中心的所有直接连接的顶点放置到相应的子图中来将初始的聚类中心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统电磁暂态并行仿真自适应模型拆分方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、并行仿真接口，引入贝瑞隆模型作为接口，将拆分的子模型解耦，从而实现并行仿真，过程如下：对于一条均匀无损传输线，设其波阻抗为Z，长度为l，波速为v，则传输延时为线路单位长度的电感和电容分别为不受频率影响的常数L0和C0，u
k
、u
m
分别表示节点k和节点m的电压，i
k
，i
m
分别表示节点k和节点m的电流，t为当前仿真时间；然后得到节点k和节点m等效电流源I
k
、I
m
的递归公式：步骤2、模型拆分过程和并行仿真过程，如下：2.1)模型拆分过程对电力系统原始数据进行预处理，并进行图形拆分，得到拆分后的模型进行仿真；2.2)并行仿真过程根据子模型的数目，启动相同数目的线程进行并行仿真，在仿真过程中，每一步之后都需要对数据进行同步和串行操作；步骤3、模型拆分的计算量和原则通过对电力系统中普通元件仿真时间的测试，得到这些元件对仿真时间的影响，定义它们仿真的总计算量为L：L
node
为节点的计算量，L
gen
为电源的计算量，L
trans
变压器的计算量，L
lime
为传输线的计算量；仿真最慢模型的仿真时间为t
slow
，仿真最快模型的仿真时间t
fast
，t
wait
表示仿真最慢模型和最快模型的时间差；t
wait
＝t
slow
‑
t
fast
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)t
com
是通信过程的时间消耗，它表示每一步中所有模型在仿真完成后进行通信的时间消耗，在模型拆分时需要遵循以下两个原则：a)模型间的传输线应尽量少，可以有效减小t
wait
；b)每个模型的计算量应尽量相等，可以减小t
com
；步骤4、原始数据与图结构之间的映射由于电力系统的复杂性，选择将电力系统的原始数据映射到图结构中，以简化拆分过程；映射关系如下：母线
→
顶点；传输线，变压器
→
边；其他元素附加到母线上，用顶点的权重表示，并且利用顶点的权重，在传递这些元素时
不会改变图的拓扑结构；W
i
是顶点v
i
的权重，它等于顶点元素的计算量之和，由于传输线和变压器的计算量由两端分摊，故其系数为1/2；步骤5、复杂图结构的简化预处理，过程如下：5.1)变压器聚类将所有由变压器连接的顶点集中为一个顶点，即T顶点；5.2)传输线聚类对于贝瑞隆模型，传输线的延迟应该τ大于一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，戚笑愚，肖国文，朱元龙，张琦，
申请(专利权)人：杭州盛星能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：