CN101751518A - 基于集群的故障临界切除时间并行计算方法 - Google Patents

Abstract

基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，根据故障的搜索区间长度分配计算核，确保搜索区间大的故障分到更多的核。如果故障的档位拆分步长小于计算精度，则按计算精度的要求来确定该故障所需要的核数。在采用绝对精度时，若档位拆分步长满足收敛精度，则采用较长的观察时间通过一次迭代直接求出暂态安全CCT和动态安全CCT；否则，先采用较短观察时间求取暂态安全CCT，再将暂态安全CCT作为上限，使用较长观察时间求取动态安全CCT。在采用相对精度时，先求取暂态安全CCT，再求取动态安全CCT。在考虑多种电力系统安全稳定裕度指标的情况下，求取功角稳定CCT、电压安全CCT、频率安全CCT和动态安全CCT中的最小者。

Description

基于集群的故障临界切除时间并行计算方法

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于集群的计算故障临界切除时间的方法。

背景技术

故障临界切除时间(CCT)对应电力系统保持安全稳定的最大故障切除时间，它可以在一定程度上衡量系统的安全稳定水平。一般说来，对应电力系统的暂态和动态安全稳定问题，CCT包括暂态安全CCT(功角稳定CCT、暂态电压安全CCT、暂态频率安全CCT)和动态安全CCT。

随着集群技术的发展，用高性能计算技术解决大规模电力系统的计算问题，被认为是实现大规模、复杂电网在线分析计算的有效方法。以往的故障临界切除时间计算一般采用按故障并行的计算方法，此时单个故障至多只能利用一个核。按故障并行需要反复迭代多次才能够满足计算精度的要求，计算时间可能难以满足工况快速变化。对于大规模的计算机集群平台，在可用计算的核数目远远大于需要考核的故障数时，采用基于集群的CCT并行计算方法，或者具体的说，按计算方案并行的CCT计算方法，对提高CCT计算速度、充分利用核资源是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是：在可用计算的核数目远远大于故障数时，将故障切除时间的改变量在最大可能值和0之间分成若干档位(一个档位称之为一个计算方案)，分派到不同的核上并行计算，提高CCT计算的速度。

本发明根据CCT搜索区间长度分配计算核，确保搜索区间大的故障分到更多的核。如果故障的档位拆分步长小于计算精度，则按收敛精度的要求来确定该故障所需要的核数。在采用绝对精度时，如果档位拆分步长满足收敛精度，则采用较长的观察时间通过一次迭代直接求出暂态安全CCT和动态安全CCT；否则，为避免在多次迭代过程中均采用较长的观察时间，先采用较短观察时间求取暂态安全CCT，再将暂态安全CCT作为上限，使用较长观察时间求取动态安全CCT。在采用相对精度时，无法事先确定计算精度，只能采用先求取暂态安全CCT，再求取动态安全CCT的计算策略。在考虑多种暂态和动态安全稳定裕度指标的情况下，求取功角稳定CCT、电压安全CCT、频率安全CCT和动态安全CCT中的最小者。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)确定暂态安全CCT和动态安全CCT的计算方式。

2)根据故障i的故障切除时间变化量的上下限，获取其CCT搜索区间长度L_i。

3)根据计算参数和搜索区间确定计算精度ξ_i，若计算精度采取相对值，则先计算出近似CCT，再根据收敛精度相对值来估计计算精度。设下一次迭代的搜索区间为[t_s，t_u]，初始故障切除时间为t₀，则近似CCT为t₀+(t_s+t_u)/2。计算精度的估计公式为：

计算精度＝近似CCT值×收敛精度相对值

筛选出搜索区间的1/2长度大于计算精度的故障。将各故障的方案数已确定标志置为0(标志为0的故障需要重新分配核进行计算，标志为1的故障方案数已确定)，尚未分配的空闲核数为计算机集群中的可用核数。

4)将尚未分配的空闲核按故障搜索区间长度分配给方案数已确定标志为0的故障。设尚未分配的空闲核数为N_{idle_cpu}，故障数为M，总搜索区间长度为

则故障切除时间档位的理论拆分步长为

故障i对应的方案数为

如果 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}>N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 则按搜索区间长度由小到大依次将N_i，sch减1至 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}=N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 但N_i，sch不能为0以保证所有的故障的都参与计算。故障i的档位实际拆分步长为L_i/N_i，sch。

5)如果存在L_i/(N_i，sch-1)＜2ξ_i的故障，则按2ξ_i的拆分步长确定该故障实际应分配的方案数N_i，sch，并将对应的方案数已确定标志置为1，尚未分配的空闲核数为的空闲核数减去方案数已确定故障的方案数之和，执行步骤4)。

6)根据各故障对应的N_i，sch将搜索区间等分，确定各计算方案对应的故障切除时间变化量，将不同的计算方案分发到不同的核进行并行计算，等待并收集稳定性评估结果。

7)确定下一次迭代的搜索区间。将裕度指标为正的方案号称为安全方案号，反之为不安全方案号。相邻的安全方案号和不安全方案号的对应的故障切除时间变化量为t_s和t_u，则该裕度指标对应的下一次迭代的搜索区间为[t_s，t_u]；如果不同裕度指标对应不同的[t_s，t_u]，则所关心的安全稳定CCT必然存在于[t_s，t_u]_min内，下一次CCT搜索的区间为[t_s，t_u]_min，同时给出其它裕度指标的近似CCT。

若搜索区间满足收敛精度，即第i个计算方案裕度指标为正，第i+1个方案裕度指标为负时，第i方案下的裕度指标值即临界安全裕度，第i+1个方案下的裕度指标即临界不安全裕度；而CCT则取方案i和方案i+1对应的故障切除时间平均值。

如果所有故障搜索区间的1/2长度小于计算精度，则输出CCT计算结果；否则，执行步骤3)。

本发明的有益效果如下：本发明在集群中的可用核数远远大于故障数时，采用按计算方案并行的CCT计算方法。根据搜索区间长度分配空闲核可以保证搜索区间大的故障分到更多的核，从而以较少的迭代次数求取CCT。在故障切除时间的档位拆分步长小于计算精度时，则按收敛精度的要求来确定所需要的核数，避免浪费核资源。在需要反复迭代来求取CCT时，先计算暂态安全CCT再计算动态CCT，可以避免在多次迭代过程中均使用较长的观察窗口。因此，基于集群的故障临界切除时间并行计算方法可以充分利用大规模集群中的可用核资源，达到快速计算CCT的目的。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是确定暂态安全CCT和动态安全CCT的计算方式。

图1中步骤2描述的是根据故障的故障切除时间变化量的上下限，获取其CCT搜索区间长度L_i。

图1中步骤3描述的是根据计算参数和搜索区间确定计算精度ξ_i，若计算精度采取相对值，则先计算出近似CCT，再根据收敛精度相对值来估计计算精度。筛选出搜索区间的1/2长度大于计算精度的故障。将各故障的方案数已确定标志置为0(标志为0的故障需要重新分配核，标志为1的故障方案数已确定)，尚未分配的空闲核数为计算机集群中的可用核数。

图1中步骤4将尚未分配的空闲核按故障按搜索区间长度分配给方案数已确定标志为0的故障。设尚未分配的空闲核数为N_{idle_cpu}，故障数为M，总搜索区间长度为

则故障切除时间档位的理论拆分步长为

故障i对应的方案数为

如果 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}>N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 则按搜索区间长度由小到大依次将N_i，sch减1至 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}=N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 但N_i，sch不能为0以保证所有的故障的都参与计算。故障i的档位实际拆分步长为L_i/N_i，sch。

图1中步骤5描述的是如果存在L_i/(N_i，sch-1)＜2ξ_i的故障，则按2ξ_i的拆分步长确定该故障实际应分配的方案数N_i，sch，并将对应的方案数已确定标志置为1，尚未分配的空闲核数为空闲核数减去方案数已确定故障的方案数之和，执行步骤4。

图1中步骤6描述的是根据各故障对应的N_i，sch将搜索区间等分，确定各计算方案对应的故障切除时间变化量，将不同的计算方案分发到不同的核进行并行计算，等待并收集稳定性评估结果。

图1中步骤7描述的是对评估结果进行分析，确定下一次迭代的搜索区间。将裕度指标为正的方案号称为安全方案号，反之为不安全方案号。相邻的安全方案号和不安全方案号的对应的故障切除时间变化量为t_s和t_u，则该裕度指标对应的下一次迭代的搜索区间为[t_s，t_u]；如果不同裕度指标对应不同的[t_s，t_u]，则所关心的安全稳定CCT必然存在于[t_s，t_u]_min内，下一次CCT搜索的区间为[t_s，t_u]_min，同时给出其它裕度指标的近似CCT。如果所有故障搜索区间的1/2长度小于计算精度，则输出CCT计算结果；否则，执行步骤3)。

Claims (5)

1.基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，其特征在于包括下列步骤：

1)确定暂态安全CCT和动态安全CCT的计算方式；

2)根据故障i的故障切除时间变化量的上下限，获取其CCT搜索区间及搜索区间长度L_i；

3)根据计算参数和搜索区间确定计算精度ξ_i；若计算精度采取相对值，则先计算出近似CCT，再根据收敛精度相对值来估计计算精度，筛选出搜索区间的1/2长度大于计算精度的故障，将各故障的方案数已确定标志置为0，标志为0的故障需要重新分配核，标志为1的故障方案数已确定；尚未分配的空闲核数为计算机集群当中的可用核数；

4)将尚未分配的空闲核按故障搜索区间长度分配给方案数已确定标志为0的故障；设尚未分配的空闲核数为N_{idle_cpu}，故障数为M，故障的总搜索区间长度为

则故障切除时间档位的理论拆分步长为

故障i对应的方案数为

如果 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}>N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 则按搜索区间长度由小到大依次将N_i，sch减1至 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}=N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 但N_i，sch不能为0以保证所有的故障的都参与计算，故障i的档位实际拆分步长为L_i/N_i，sch；

5)如果存在L_i/(N_i，sch-1)＜2ξ_i的故障，则按2ξ_i的拆分步长确定该故障实际应分配的方案数N_i，sch，并将对应的方案数已确定标志置为1，尚未分配的空闲核数为空闲核数减去方案数已确定故障的方案数之和，执行步骤4)；

6)根据各故障对应的N_i，sch将搜索区间等分，确定各计算方案对应的故障切除时间变化量，将不同的计算方案分发到不同的核进行并行计算，等待并收集稳定性评估结果；

7)将裕度指标为正的方案号称为安全方案号，反之为不安全方案号；相邻的安全方案号和不安全方案号的对应的故障切除时间变化量为t_s和t_u，则该裕度指标对应的下一次迭代的搜索区间为[t_s，t_u]；如果不同裕度指标对应不同的[t_s，t_u]，则所关心的安全稳定CCT必然存在于[t_s，t_u]_min内，下一次CCT搜索的区间为[t_s，t_u]_min，同时给出其它裕度指标的近似CCT；如果所有故障搜索区间的1/2长度小于计算精度，则输出CCT计算结果；否则，执行步骤3)。

2.根据权利要求1所述的基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，其特征在于，

所述步骤1)中暂态安全CCT和动态安全CCT计算方式的确定方法如下：在采用绝对精度时，如果档位拆分步长满足收敛精度，则采用较长的观察时间通过一次迭代直接求出暂态安全CCT和动态安全CCT，否则先采用较短观察时间求取暂态安全CCT，再将暂态安全CCT作为上限，使用较长观察时间求取动态安全CCT，在采用相对精度时，采用先求取暂态安全CCT，再求取动态安全CCT的计算策略。

3.根据权利要求1所述的基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，其特征在于，

所述步骤3)中计算精度的确定方法如下：若计算精度采取相对值，则先计算出近似CCT，再根据收敛精度相对值来估计计算精度；设下一次迭代的搜索区间为[t_s，t_u]，初始故障切除时间为t₀，则近似CCT为t₀+(t_s+t_u)/2，计算精度的估计公式为：

计算精度＝近似CCT值*收敛精度相对值

4.根据权利要求1所述的基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，其特征在于，

所述步骤4)中空闲核的分配方法如下：将尚未分配的空闲核按故障搜索区间长度分配给方案数已确定标志为0的故障，设尚未分配的空闲核数为N_{idle_cpu}，故障数为M，故障的总搜索区间长度为

则故障切除时间档位的理论拆分步长为

故障i对应的方案数为

如果 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}>N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 则按搜索区间长度由小到大依次将N_i，sch减1至 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{i,\mathrm{sch}}=N_{\mathrm{idle}\_\mathrm{cpu}},$ 但N_i，sch不能为0以保证所有的故障的都参与计算，故障i的档位实际拆分步长为L_i/N_i，sch。

5.根据权利要求1所述的基于集群的故障临界切除时间并行计算方法，其特征在于，

所述步骤7)中CCT的确定方法如下：若返回结果中相邻安全和不安全的方案区间满足收敛精度，第i个计算方案裕度指标为正，第i+1个方案裕度指标为负时，第i方案下的裕度指标值即临界安全裕度，第i+1个方案下的裕度指标即临界不安全裕度；而CCT则取方案i和方案i+1对应的故障切除时间平均值。

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