[發明專利]一種完美相位估計下直流潮流方程的求解方法

有效

• 申請號: 202110430057.5
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113297531B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 高放;吳國鍵;郭蘇杭;楊銘宇;殷林飛;代偉;雙豐
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;H02J1/00;H02J3/06
• 代理公司: 南寧東智知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45117
• 代理人: 黎華艷;裴康明

本發明提出一種完美相位估計下直流潮流方程的求解方法，該方法根據前輪迭代的量子線路的測量結果設計下一輪迭代的量子線路，在迭代結束后對底部量子寄存器執行測量，最后從經典寄存器中提取信息求解直流潮流方程。本發明通過迭代的方式節省了求解直流潮流方程過程中量子比特資源的消耗，可在完美相位估計情況下基于小規模量子系統求解大規模直流潮流方程，避免因量子比特資源不足而無法利用量子程序求解直流潮流方程的問題，提供了一種基于量子比特資源受限的現有硬件平臺求解直流潮流方程的方法。

技術領域

本發明屬于電力系統領域，涉及一種完美相位估計下直流潮流方程的求解方法。

背景技術

電力系統潮流計算是電力系統最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網的接線方式、參數及運行條件，計算電力系統穩態運行時各母線電壓、各支路電流與功率及網損。直流潮流模型是把潮流計算中非線性模型經過簡化形成線性模型，從而使計算變得簡單，在一些諸如過負荷校驗計算等對求解精度要求不高的場景下具有巨大優勢。

美國Denver大學的Eskandarpour等在《Quantum Computing Solution of DCPower Flow》一文中提出把潮流方程線性化后，使用Harrow，Hassidim以及Lloyd于2009年提出的HHL算法實現計算加速并進行了簡單的算例演示，該算法可將求解線性方程組的時間復雜度降低至O(log(N)s²κ²/ε)，與當前最好的經典算法相比達到了指數級別的加速。

由于HHL算法將求得的直流潮流方程的解存儲在量子寄存器中，通過測量提取出的實際上是歸一化的解的信息，若要得到實際解，還需要通過回代的方式求出歸一化常數，因此發展能直接得到非歸一化的解的算法，具有顯著的意義。

同時HHL算法中所需量子比特數目隨著直流潮流方程規模增大而增多，其大規模實際應用要建立在已有通用量子計算機的前提上，而當前處于有噪聲中程量子時代，量子比特資源是受限的(數目在50～100個，同時存在量子噪音)，故在此前提下發展所需量子比特數較少的直流潮流方程求解方法具有重要的現實意義和應用前景。

而等人在《Arbitrary accuracy iterative quantum phaseestimation algorithm using a single ancillary qubit:A two-qubit benchmarkMiroslav》一文中提出的迭代相位估計算法，通過增加迭代次數而不是比特數目來提升相位估計精度，可以減少對量子比特數目的苛刻要求(最少僅使用一個輔助量子比特)，本發明在電納矩陣特征值可被有限位二進制數完整編碼時基于迭代相位估計設計求解直流潮流方程的方法，可有效節省量子比特資源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有求解直流潮流方程的量子算法需要占用大量的量子比特資源，因此提供一種基于完美迭代相位估計求解直流潮流方程的方法。直流潮流方程為P＝Bθ，其中P為有功功率，B為電納矩陣，θ為要求解的相角。當B的特征值可以被有限位二進制數完整編碼即相位可以被完美估計時，通過對迭代過程中量子系統的狀態執行測量并進行信息提取及處理，得到直流潮流方程的解θ。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

1.一種完美相位估計下直流潮流方程的求解方法，其特征在于，該方法為基于完美迭代相位估計的經典-量子混合算法，通過經典計算機處理完美迭代相位估計的量子線路的測量結果求得直流潮流方程的解，主要步驟為：

(1)提出根據量子系統規模設計迭代相位估計路線，分為單輔助量子比特路線，N輔助量子比特路線以及任意輔助量子比特路線；

(2)提取直流潮流方程中電納矩陣B的特征值λ_j及相角θ在電納矩陣B各特征向量上的投影|β_j|；