[發明專利]一種用于大規模電網機電暫態實時仿真的并行拓撲方法

有效

• 申請號: 201310601695.4
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103605852A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 徐得超;趙敏;江涵
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種拓撲方法，具體講涉及一種用于大規模電網機電暫態實時仿真的并行拓撲方法。

背景技術

電力系統機電暫態仿真是指使用時域仿真的方法研究電力系統的機電暫態穩定性，即電力系統受到大干擾后，各同步發電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩態運行方式的能力。電力系統機電暫態仿真在電力系統設計、規劃、運行和調度等方面有廣泛的應用，是分析電力系統運行穩定性和動態性能的有效工具。

隨著電力系統的迅速發展，電網的規模日益擴大。對電力系統仿真規模的要求逐步提高。機電暫態仿真軟件必須適應系統規模的增長，具備直接模擬大規模電網，進行實時仿真的能力。所謂機電暫態實時仿真就是要求軟件的計算速度能與實際電網物理動態過程嚴格同步的仿真過程。具備實時仿真能力的機電暫態仿真軟件能夠接入實際物理設備和控制裝置，因此對電力系統控制設備、穩控策略等的校驗驗證、閉環測試以及參數整定等具有實際意義。

提高機電暫態仿真速度除了升級計算機硬件設備之外，就是設計精度滿足要求的快速算法，并行計算技術是提高計算速度的手段之一。一種大規模電力系統機電暫態并行仿真的方法就是將大電網劃分為幾個相互不聯系的子電網與邊界系統，然后由不用的計算機CPU承擔各個子網的計算任務，由此提高仿真計算速度。

電力系統網絡拓撲分析是電力系統高級應用分析程序的公用模塊，其基本功能是根據電網開關狀態（開合）和網絡元件狀態（投退）由電網的物理接線模型產生計算母線模型，并將有電氣聯系的母線集合化為電氣島。電力系統網絡拓撲分析要求必須可靠快速，并且易于應用。

常用的網絡拓撲分析方法可分為兩大類：1）基于自乘矩陣和鄰接矩陣的方法；2）基于圖搜索的方法，包括深度優先和廣度優先。前者分析速度較慢，目前應用較多的是后者。

基于圖搜索的電力系統網絡拓撲分析分為兩個基本步驟：

（1）電壓等級母線分析：根據開關的開斷狀態和元件的退出/恢復狀態，由節點模型形成母線模型。功能是分析某一廠站的某一電壓級內的節點由閉合開關聯接成多少個母線，其結果是將某個電壓等級被劃分為若干個母線。

（2）系統網絡分析：分析整個電網的母線由閉合支路（如交流線、變壓器線圈等）聯接成多少個子電網，每個子電網是有電氣聯系的母線的集合，也稱電氣島，計算過程中依此形成網絡方程組。電壓等級母線分析的基本算法采用“堆?！痹?，即從一個節點出發，利用一個堆棧存放有中間分支的節點，沿某條路徑向前搜索，把閉合開關連接在一起的節點劃分為一個母線；再從另一個未劃分母線號的節點出發，采用同樣的方法搜索，直到所有節點都分配母線號。系統網絡分析與電壓等級母線分析的過程一致，只是將節點換為母線，將開關換為兩端支路(變壓器、線路等)。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種用于大規模電網機電暫態實時仿真的并行拓撲方法，采用基于MPI的并行計算結構，拓撲效率得以提高，狀態變化元件采用局部導納陣修改，局部因子分解技術提高計算速度，且變化拓撲只對本子網內元件變位的電壓等級進行拓撲，縮搜索范圍，提高效率。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種用于大規模電網機電暫態實時仿真的并行拓撲方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：基于網絡主拓撲結構進行網絡分割；

步驟2：將網絡分層分區；

步驟3：邊界系統拓撲和子網全拓撲；

步驟4：子網變化拓撲；

步驟5：與機電暫態實時仿真集成；

步驟6：拓撲變化后，進行網絡求解。

所述步驟1包括以下步驟：

步驟1-1：基于網絡主拓撲結構將網絡劃分為子網和邊界系統，完成網絡分割；

所述電網主拓撲結構中，所有開關閉合，且所有元件均處于投入運行狀態；

步驟1-2：主控進程分發子網數據到相應子網進程；

步驟1-3：各個子網進程從主控進程接收子網進程數據。

所述步驟2中，主控進程和各個子網進程將網絡分為多個分區，每個分區劃分為廠站、交流線和直流線；廠站分為變壓器和電壓等級，電壓等級分為開關/刀閘、發電機、電容/電抗、物理母線、負荷和節點。

所述步驟3包括以下步驟：

步驟3-1：邊界系統數據存放在主控進程中，只有節點和聯絡支路，邊界系統拓撲完成后，形成邊界節點和邊界母線的對應關系，發送到各個子網進程；