CN106886616A - 一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，包括不指定子网数目的自动分网和指定子网数目的自动分网，本发明在电力系统电磁暂态仿真中应用并行处理技术，可以提高仿真速度，满足大规模电力系统实时和超实时仿真对计算速度的要求。通过网络之间联络的节点作为子网络的边界点，把整个电力系统仿真网络自然的划分为各个子网，根据精度需要确定不同网络的仿真步长。本发明方法在网络划分时不需要解耦元件，网络划分简单清楚，通用性强，分网速度快。可以并行仿真不同速率、不同步长的含VSC精确模型的电磁暂态子网进行实时、超实时仿真。

Description

一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法

技术领域

本发明涉及一种电磁暂态的自动分网方法，具体涉及一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法。

背景技术

电力系统电磁暂态仿真并行方法的设计与实现既要针对电磁暂态仿真的特点，也要充分考虑硬件平台—PC机群的特点，以有效提高电磁暂态仿真的速度。由于电磁暂态实时仿真对计算时序有严格要求，考虑到PC机群的通信速度较低的特点，亟需一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法。有分网方式是手动分网，分网不均匀，计算时间长，且不是全网最优化的，这样计算过程中容易导致有的子网计算快，有的子网计算太慢，而总的计算步长必须容纳计算最慢的子网，产生木桶短板效应，而且随着电网规模的变大，容易产生子网之间数据交换不匹配、计算错误。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，解决大规模电磁暂态电网仿真，在电力系统电磁暂态仿真中应用并行处理技术,可以提高仿真速度，满足大规模电力系统实时和超实时仿真对计算速度的要求。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，其改进之处在于，所述方法包括不指定子网数目的自动分网和指定子网数目的自动分网。

进一步地，所述不指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解为电气子站，对于每一个电气子站统计其计算时间和通信时间；根据网络分割目标函数进行优化，采用的自动网络分割的目标函数为：

式中，S是目标函数；n_a、n_b、n_c为各子网中的节点数目；n_s为各子网间的联络线数目；

优化后将各个电气子站组合成一个个子网，原则如下：

1)按照全局最优化原则，每个子网的计算时间+通信时间最小的原则，即每个子网的计算时间+通信时间<＝k1*仿真步长，其中k1为小于1的一个系数；系数保存在配置文件中；

2)对于不满足1)原则的子网，采用节点分网方式分解，将电气子站分解为若干个子网每个子网的执行时间＝计算时间+通信时间+主控处理时间，其中节点分网方式的单位通信时间与长线分网方式不同，长线分网是电气量中的输电线作为不同子网之间的边界，节点分网是把母线节点作为不同子网之间的联络边界。

进一步地，所述指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解成电气子站，通过电气子站的组合或者再次用节点分网方式分解后，按下式(2)和(3)进行优化形成小于或等于k1*仿真步长的各个子网并将式(2)和式(3)进行组合得出所采用的如式(4)和式(5)所示的目标函数：

Min C＝αM²+βL² (2)

式(2)中，MinC是最优目标函数；M是所有子网中的最大节点数目；L是子网之间联络线的数目；α、β均为权重因子；αM²反映单个子网的计算时间，βL²反映单个子网间的通讯时间；

式(3)中，T是所有子网的总母线数目；n_i是第i个子网中的母线数目；F_i是可行性标志，如果第i个子网是连通的，则表示第i个子网是可行的，F_i＝1；否则不可行，F_i＝0；F_gi、F_ci、F_ti表示子网中发电机、电容器和变压器与设定的边界值比较所得的逻辑值标志，当子网中的发电机数目大于设定的发电机数目时，F_gi＝0，否则F_gi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，F_ci＝0，否则F_ci＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，当子网中的变压器数目大于设定的变压器数目时，F_ti＝0，否则F_ti＝1；β是罚因子；反映母线在子网间均匀分配的需求，b²考虑子网间联络线数目最小化，反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；

如果形成的子网数目大于指定子网数目，提示用户修改步长或子网数目；如果形成子网数目小于指定子网数目，则将通过组合形成的子网解散，直至形成的子网数目与指定的子网数目相同，通过节点分裂形成的子网不作二次分割或组合。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提出一种解决大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，在电力系统电磁暂态仿真中应用并行处理技术，可以提高仿真速度，满足大规模电力系统实时和超实时仿真对计算速度的要求。通过网络之间联络的节点作为子网络的边界点，把整个电力系统仿真网络自然的划分为各个子网，根据精度需要确定不同网络的仿真步长。本发明方法在网络划分时不需要解耦元件，网络划分简单清楚，通用性强，分网速度快。可以并行仿真不同速率、不同步长的含VSC精确模型的电磁暂态子网进行实时、超实时仿真。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提供一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，包括不指定子网数目的自动分网和指定子网数目的自动分网。

不指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解为电气子站，对于每一个电气子站统计其计算时间和通信时间；根据网络分割目标函数进行优化，采用的自动网络分割的目标函数为：

式中，S是目标函数；n_a、n_b、n_c为各子网中的节点数目；n_s为各子网间的联络线数目；

优化后将各个电气子站组合成一个个子网，原则如下：

1)按照全局最优化原则，每个子网的计算时间+通信时间最小的原则，即每个子网的计算时间+通信时间<＝k1*仿真步长，其中k1为小于1的一个系数；系数保存在配置文件中；

2)对于不满足1)原则的子网，采用节点分网方式分解，将电气子站分解为若干个子网每个子网的执行时间＝计算时间+通信时间+主控处理时间，其中节点分网方式的单位通信时间与长线分网方式不同，长线分网是电气量中的输电线作为不同子网之间的边界，而节点分网是把母线节点作为不同子网之间的联络边界。

指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解成电气子站，通过电气子站的组合或者再次用节点分网方式分解后，根据目标函数进行优化，优化后形成小于等于k1*仿真步长的各个子网，网络分割的目标函数如式(2)和式(3)，并将式(2)和式(3)进行组合得出所采用的目标函数，如式(4)和式(5)所示：

Min C＝αM²+βL² (2)

式(2)中，MinC是最优目标函数；M是所有子网中的最大节点数目；L是子网之间联络线的数目；α、β均为权重因子；αM²反映单个子网的计算时间，βL²反映单个子网间的通讯时间；

式(3)中，T是所有子网的总母线数目；n_i是第i个子网中的母线数目；F_i是可行性标志，如果第i个子网是连通的，则表示第i个子网是可行的，F_i＝1；否则不可行，F_i＝0；F_gi、F_ci、F_ti表示子网中发电机、电容器和变压器与设定的边界值比较所得的逻辑值标志，当子网中的发电机数目大于设定的发电机数目时，F_gi＝0，否则F_gi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，F_ci＝0，否则F_ci＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，当子网中的变压器数目大于设定的变压器数目时，F_ti＝0，否则F_ti＝1；β是罚因子；反映母线在子网间均匀分配的需求，b²考虑子网间联络线数目最小化，反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；

如果形成的子网数目大于指定子网数目，提示用户修改步长或子网数目；如果形成子网数目小于指定子网数目，则将通过组合形成的子网解散，直至形成的子网数目与指定的子网数目相同，通过节点分裂形成的子网不作二次分割或组合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大规模电磁暂态电网仿真的自动分网方法，其特征在于，所述方法包括不指定子网数目的自动分网和指定子网数目的自动分网。

2.如权利要求1所述的自动分网方法，其特征在于，所述不指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解为电气子站，对于每一个电气子站统计其计算时间和通信时间；根据网络分割目标函数进行优化，采用的自动网络分割的目标函数为：

$S=n_a^2+n_b^2+n_c^2+n_s^2---\left(1\right)$

式中，S是目标函数；n_a、n_b、n_c为各子网中的节点数目；n_s为各子网间的联络线数目；

优化后将各个电气子站组合成一个个子网，原则如下：

1)按照全局最优化原则，每个子网的计算时间+通信时间最小的原则，即每个子网的计算时间+通信时间<＝k1*仿真步长，其中k1为小于1的一个系数；系数保存在配置文件中；

2)对于不满足1)原则的子网，采用节点分网方式分解，将电气子站分解为若干个子网每个子网的执行时间＝计算时间+通信时间+主控处理时间，其中节点分网方式的单位通信时间与长线分网方式不同，长线分网是电气量中的输电线作为不同子网之间的边界，节点分网是把母线节点作为不同子网之间的联络边界。

3.如权利要求1所述的自动分网方法，其特征在于，所述指定子网数目的自动分网包括：通过长线将全网分解成电气子站，通过电气子站的组合或者再次用节点分网方式分解后，按下式(2)和(3)进行优化形成小于或等于k1*仿真步长的各个子网并将式(2)和式(3)进行组合得出所采用的如式(4)和式(5)所示的目标函数：

Min C＝αM²+βL² (2)

式(2)中，MinC是最优目标函数；M是所有子网中的最大节点数目；L是子网之间联络线的数目；α、β均为权重因子；αM²反映单个子网的计算时间，βL²反映单个子网间的通讯时间；

$MinC=\underset{i=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{n}_i^2+b^2+\mathrm{\&beta;}\underset{i=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}(F_i+F_{gi}+F_{ci}+F_{ti})---\left(3\right)$

式(3)中，T是所有子网的总母线数目；n_i是第i个子网中的母线数目；F_i是可行性标志，如果第i个子网是连通的，则表示第i个子网是可行的，F_i＝1；否则不可行，F_i＝0；F_gi、F_ci、F_ti表示子网中发电机、电容器和变压器与设定的边界值比较所得的逻辑值标志，当子网中的发电机数目大于设定的发电机数目时，F_gi＝0，否则F_gi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，F_ci＝0，否则F_ci＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，当子网中的变压器数目大于设定的变压器数目时，F_ti＝0，否则F_ti＝1；β是罚因子；反映母线在子网间均匀分配的需求，b²考虑子网间联络线数目最小化，反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；

$\{\begin{array}{c}MinC={\mathrm{\&alpha;M}}^2+{\mathrm{\&beta;L}}^2\\ F_i=0;i=1,2,...,T\end{array}.---\left(4\right).$

$\{\begin{array}{c}MinC=\underset{i=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{n}_i^2+b^2+\mathrm{\&beta;}\underset{i=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}(F_{gi}+F_{ci}+F_{ti})\\ F_i=0;i=1,2,...,T\end{array}.---\left(5\right)$

如果形成的子网数目大于指定子网数目，提示用户修改步长或子网数目；如果形成子网数目小于指定子网数目，则将通过组合形成的子网解散，直至形成的子网数目与指定的子网数目相同，通过节点分裂形成的子网不作二次分割或组合。