【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统潮流计算，特别是涉及一种矩阵压缩存储格式的fpga潮流计算系统。
技术介绍
1、潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量，包括有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。潮流计算也是进行系统安全性、稳定性、可靠性分析的基础，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
2、当前，广泛应用的潮流计算方法是基于节点电压法，以节点导纳矩阵作为电力网络的数学模型，节点电压和节点注入电流由节点电压方程联系。但是，在实际的电力系统中，已知的运行条件不是节点的注入电流，而是负荷和发电机的功率，这些功率一般不随节点电压的变化而变化。
3、根据给定节点变量的不同，有三种类型的节点。pu节点：有功功率和电压幅值为给定，这种类型节点相当于发电机母线节点。pq节点：注入有功功率和无功功率是给定的，相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。平衡节点：用来平衡全电网的功率，平衡节点的电压幅值和相角是给定的，通常以它的相角为参考点，取其电压相角为零，一个独立的电力网中只设一个平衡节点。
4、从数学上说
5、此外，除了nr法，还有各种快速潮流计算方法（如直流潮流和快速分解潮流算法）、扩展潮流计算方法（如最优潮流、动态潮流、随机潮流、开断潮流等）、交直流联合系统潮流计算、不对称电力系统潮流计算和谐波潮流计算方法等，以满足各种特殊要求的潮流计算。
6、随着电网数字化转型升级，网络中的量测值不断增长，电力网络规模不断扩大，对电网中潮流分布的计算提出了更高的要求。目前一些研究机构和商业公司已经开发出一批专业电力潮流计算软件，如easypower、etap、southern cass、matpower、psasp、pscad等，但是现有以cpu为架构的软件算法都是在通用cpu上基于通用任务型的计算来设计的，没有专门针对算法的计算特点进行性能优化。指令是按照时钟周期顺序执行，一个时钟只能执行一条指令。因此，在进行数据计算任务时，受限于串行计算流程，计算速度较慢，无法满足大型电力系统潮流计算的实效性。
7、现有文献：[1] nwankpa c , johnson j , nagvajara p ,et al.fpga hardwareresults for power system computation[c]//2009 ieee/pes power systemsconference and exposition.0[2023-09-26].doi:10.1109/psce.2009.4839953.，其采用牛顿-拉夫逊方法求解电力潮流，采用了矩阵的lu分解法求解线性方程组，虽然该方案中利用了fpga进行计算，但是该方案还是一种串行执行结构，没有有效发挥出fpga在数据并行流水线计算方面的速度优势。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种矩阵压缩存储格式的fpga潮流计算系统，实现并行流水线传输计算数据。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种矩阵压缩存储格式的fpga潮流计算系统，包括主机端和fpga计算端；
3、所述主机端包括：
4、数据准备模块，用于从电网中获取电网数据，并将所述电网数据生成二进制参数序列传输给所述fpga计算端；
5、结果数据处理模块，用于将接收到所述fpga计算端的二进制计算结果解析成标准格式的节点电压和功率；
6、所述fpga计算端包括：
7、参数初始化模块，用于将接收到的二进制参数序列按顺序和位宽依次存储至数据存储模块；
8、数据存储模块，用于存储二进制参数序列和中间计算数据；
9、潮流计算模块，包括功率不平衡量计算单元、雅克比矩阵元素计算单元和线性方程组求解计算单元；其中，所述功率不平衡量计算单元和雅克比矩阵元素计算单元采用并行流水线执行模式，分别读取数据存储模块中的数据，同时计算出雅克比矩阵元素和功率不平衡量，并将结果存入高斯消去的增广矩阵中，再通过线性方程组求解计算单元计算出迭代更新量；
10、结果数据返回模块，用于将所述潮流计算模块的计算结果转换为二进制数据序列并传输给所述主机端。
11、所述功率不平衡量计算单元在计算时，对于前m个节点计算有功功率误差 delta_ p和无功功率误差 delta_ q，对于m+1,…,n-1个节点计算有功功率误差 delta_ p和电压值误差 delta_ u，其中，m和n均为正整数。
12、所述功率不平衡量计算单元计算第 i个节点功率不平衡量的计算公式为：，
13、其中， set_ p i为第 i个节点的有功功率设定值， set_ q i为第 i个节点的无功功率设定值， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矩阵压缩存储格式的FPGA潮流计算系统，包括主机端和FPGA计算端，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述功率不平衡量计算单元在进行计算时，包括：
3.根据权利要求2所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述采用并行计算逻辑计算第i个节点对其它节点的乘累加和，具体为：
4.根据权利要求1所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵元素计算单元在计算时，对m个PQ节点，第2i和2i+1行元素的列标号值相同，雅克比矩阵的数据元素寄存器data_J中的偶数行和奇数行分别存储有功功率P和无功功率Q对各个节点电压的偏导数；对n-m-1个PV节点，第2i行的列标号值同PQ节点，第2i+1行只统计对角线非零元素，雅克比矩阵的数据元素寄存器data_J中的偶数行和奇数行分别存储有功功率P和电压值U对各个节点电压的偏导数。
5.根据权利要求1所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵元素计算单元在计算时，对于PQ节点，当电导矩阵和电纳矩阵对应元素都为零时，雅克比矩阵中的(i,j)块
6.根据权利要求1所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵元素计算单元包括：
7.根据权利要求6所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述第一计算部根据电导矩阵和电纳矩阵确定元素个数矩阵，具体为：
8.根据权利要求6所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述第一计算部结合剩余PQ节点个数和剩余PV节点个数计算雅克比矩阵的列标号指针寄存器index_pointers_J的元素，具体为：
9.根据权利要求8所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述第二计算部根据电导矩阵和电纳矩阵第i行的非零元素个数计算雅克比矩阵的列标号值寄存器indices_J的元素，具体为：
10.根据权利要求8所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述第三计算部根据元素所在位置计算雅克比矩阵的数据元素寄存器data_J的元素，具体为：
11.根据权利要求1所述的FPGA潮流计算系统，其特征在于，所述功率不平衡量计算单元和雅克比矩阵元素计算单元采用并行流水线执行模式，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种矩阵压缩存储格式的fpga潮流计算系统，包括主机端和fpga计算端，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的fpga潮流计算系统，其特征在于，所述功率不平衡量计算单元在进行计算时，包括：
3.根据权利要求2所述的fpga潮流计算系统，其特征在于，所述采用并行计算逻辑计算第i个节点对其它节点的乘累加和，具体为：
4.根据权利要求1所述的fpga潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵元素计算单元在计算时，对m个pq节点，第2i和2i+1行元素的列标号值相同，雅克比矩阵的数据元素寄存器data_j中的偶数行和奇数行分别存储有功功率p和无功功率q对各个节点电压的偏导数；对n-m-1个pv节点，第2i行的列标号值同pq节点，第2i+1行只统计对角线非零元素，雅克比矩阵的数据元素寄存器data_j中的偶数行和奇数行分别存储有功功率p和电压值u对各个节点电压的偏导数。
5.根据权利要求1所述的fpga潮流计算系统，其特征在于，所述雅克比矩阵元素计算单元在计算时，对于pq节点，当电导矩阵和电纳矩阵对应元素都为零时，雅克比矩阵中的(i,j)块元素全为零；对于pv节点，当电导矩阵和电纳矩阵对应元素都为零时...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏心泉，陆一鸣，张小雪，孙雯雯，
申请(专利权)人：国网上海能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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