CN106933541B - 一种电力系统中协调并行计算的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电力系统网络中协调并行计算的方法及装置，涉及电力系统技术领域，用以提高电力系统中的仿真计算的速度。本方案为：将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，该K为大于或等于2的正整数；从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；m、s均为大于或等于1的正整数，切割支路为K个子网中的任意两个子网间存在电气连接关系的两个节点形成的支路；故障支路为每个子网内部存在短路的两个节点形成的支路；并行计算m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。本发明应用于电力系统网络中。

Description

一种电力系统中协调并行计算的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力系统中协调并行计算的方法及装置。

背景技术

电力系统机电暂态实时仿真中的计算主要是求解系统网络方程和动态元件微分方程组成的微分代数方程。其中，系统网络方程涉及大规模稀疏线性方程组的求解，随仿真网络规模的增大，计算开销也大幅增加。

通常电力系统机电暂态仿真计算主要采取两种方式：串行计算和并行计算。其中，串行计算是利用计算机按串行方式一步步求解电力系统数学方程，在多处理器计算机上通常只使用一个核心资源，因此在面对大规模电力系统仿真计算时，串行计算存在计算量大、耗时多、速度慢、精度差的缺点，不能很好地满足大规模电网实时仿真和控制需要。

并行计算是提高交直流电网仿真速度的有效途径，为了满足电力系统仿真严格实时的要求，现有技术中通常将电力系统中的网络方程和微分方程并行计算，再求得系统网络方程和动态元件微分方程组成的微分代数方程，最后从微分代数方程中得到电力系统中的变量值，即电力系统网络中的节点电压。然而随着电力系统网络变大，结构千变万化，仅仅直接采取上述的并行计算并不能满足仿真计算中的要求。例如，由于电力系统网络的规模较大以及复杂度较高的特点，仅直接采用上述的并行计算方法进行大规模电网中的仿真计算，使得最终的仿真计算的计算速度较慢。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于支路抽出的电力系统并行计算协调方法及装置，用以提高电力系统中的仿真计算的速度。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的第一方面，提供一种电力系统网络中协调并行计算的方法，所述方法包括：

将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，所述K为大于或等于2的正整数；

从所述K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；所述m、所述s均为大于或等于1的正整数，所述切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；所述故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路；

并行计算所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。

本发明实施例的第二方面，提供一种电力系统网络中协调并行计算的装置，所述装置包括：

划分模块，用于将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，所述K为大于或等于2的正整数；

选择模块，用于从所述K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；所述m、所述s均为大于或等于1的正整数，所述切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；所述故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路；

并行计算模块，用于并行计算所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。

本发明实施例中提供的电力系统中协调并行计算的方法及装置，在进行计算大规模电力系统网络中的电压值时，首先将该大规模电力系统网络划分为K个子网，然后从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；其中：该切割支路为K个子网中的任意两个子网间关联的两个节点形成的支路；该故障支路为每个子网内部本身存在关联的两个节点形成的支路，再并行计算上述的m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。由于本方案先将该大规模电力系统网络进行划分，并划分为K个子网，降低了大规模电力系统网络的复杂度，从而使得后续的仿真计算速度变快，然后再从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路，采用并行计算的方法来进行计算该m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，由于并行计算的方法本身就能够提高仿真计算的速度，因此，通过先降低电力系统网络的复杂度后，再采用并行计算的方法使得电力系统网络中的仿真计算的速度更快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电力系统网络中协调并行计算的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种电力系统网络图；

图3为本发明实施例基于图2提供的另一种电力系统网络图；

图4为本发明实施例提供的一种电力系统网络中协调并行计算的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种电力系统网络中协调并行计算的方法，如图1所示，该方法包括：

101、将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网。

其中，上述的K为大于或等于2的正整数。

可选的，在电力系统网络中可以按照空间位置信息将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网。这里的空间位置信息可以为经纬度信息。具体的，在进行划分时，是根据该电力系统网络分布的经纬度信息，将该网络划分为K个互不重叠的子网。该电力系统网络的划分可以参照图2给出的电力系统网络图，由图2可知，该电力系统网络中包含K个子网。

102、从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路。

其中，上述的m、上述的s均为大于或等于1的正整数，上述的切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；上述的故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路。

示例性的，在实际的电力网络系统中，上述的电气连接是指通过电阻、电容等电气元件将两个节点进行连接，而上述的短路现象是指两个节点所形成的支路上的电流为无穷大。

示例性的，参照图2中给出的电力系统网络图，由图2可以得知：切割支路包括：N12N21、N14N41、N1kNk1、N23N32、N2kNk2、N34N43以及N3kNk3，故障支路包括：N1mN1n以及N42N44。

103、并行计算m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。

优选的，为了使得仿真计算的速度更快，在上述的步骤103中分别采用4个处理器同时计算m条切割支路的三序导纳矩阵、m条切割支路的三序注入电流矩阵、s条故障支路的三序导纳矩阵以及s条故障支路的三序注入电流矩阵。

示例性的，只要能够提高仿真计算的速度，上述的步骤103中也可以采用2个处理器先同时计算m条切割支路的三序导纳矩阵和m条切割支路的三序注入电流矩阵，然后在利用上述的2个处理器在同时计算s条故障支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵。或者，采用2个处理器先同时计算m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵，然后在利用上述的2个处理器在同时计算m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵。只要这里采用并行计算即可，对于是选择一次并行计算还是两次并行计算不做要求。

本发明实施例中提供的电力系统中协调并行计算的方法，在进行计算大规模电力系统网络中的电压值时，首先将该大规模电力系统网络划分为K个子网，然后从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；其中：该切割支路为K个子网中的任意两个子网间关联的两个节点形成的支路；该故障支路为每个子网内部本身存在关联的两个节点形成的支路，再并行计算上述的m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。由于本方案先将该大规模电力系统网络进行划分，并划分为K个子网，降低了大规模电力系统网络的复杂度，从而使得后续的仿真计算速度变快，然后再从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路，采用并行计算的方法来进行计算该m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，由于并行计算的方法本身就能够提高仿真计算的速度，因此，通过先降低电力系统网络的复杂度后，再采用并行计算的方法使得电力系统网络中的仿真计算的速度更快。

可选的，为了得到电力网络系统中协调系统变量矩阵，该方法还包括：

104、根据m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵确定电力系统网络中的协调系统变量矩阵。

其中，上述的协调系统变量矩阵用于表示电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和。

示例性的，上述的步骤104具体包括以下内容：

104a、根据m条切割支路的三序注入电流矩阵和s个故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵。

104b、根据m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵。

104c、将m条切割支路和s条故障支路联合的三序注入电流矩阵、序网关联矩阵带入到协调系统网络方程中，得到电力系统网络中的协调系统变量矩阵。

示例性的，上述的协调网络方程为：

(Y_CF+M_F+M_F ^T)U_CF＝I_CF，(公式1)

上述公式1中的Y_CF为序网关联矩阵，I_CF为m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵，M_F为空间关联矩阵，M_F ^T为空间关联矩阵的转置矩阵，且M_F和M_F ^T均为常量矩阵，U_CF为电力系统网络中的协调系统变量矩阵；其中，Y_CF、M_F以及M_F ^T均为对角矩阵，U_CF为对角矩阵或列矩阵。

示例性的，上述的步骤104a具体包括以下内容：

A1、将m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵带入到电流联合方程中，得到m个切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵。

示例性的，上述的电流联合方程为：

I_CF＝I_C+I_F，(公式2)

其中，上述的公式2中的I_C为m条切割支路的三序注入电流，I_C＝[I_CAP I_CANI_CAZ]_1×3m ^T，I_CAP表示m条切割支路的正序注入电流矩阵，I_CAN表示m条切割支路的负序注入电流矩阵，I_CAZ表示m条切割支路的零序注入电流矩阵；I_F为s条故障支路的三序注入电流，I_F＝[I_FBP I_FBN I_FBZ]_1×3s ^T，I_FBP表示s条故障支路的正序注入电流矩阵，I_FBN表示s条故障支路的负序注入电流矩阵，I_FBZ表示s条故障支路的零序注入电流矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

示例性的，上述的步骤104b具体包括以下内容：

A2、将m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵带入到序网关联方程中，得到序网关联矩阵；

示例性的，上述的序网关联方程为：

Y_CF＝Y_C+Y_F，(公式3)

上述的公式3中的Y_C为m条切割支路的三序导纳矩阵，

其中：Y_CAP表示m条切割支路的正序导纳矩阵，Y_CAN表示m条切割支路的负序导纳矩阵，Y_CAZ表示m条切割支路的零序导纳矩阵；Y_F为s条故障支路的三序导纳矩阵，

其中：Y_FBP表示s条故障支路的正序导纳矩阵，Y_FBN表示s条故障支路的负序导纳矩阵，Y_FBZ表示s条故障支路的零序导纳矩阵；Y_CF为序网关联矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

需要说明的是，在实际的电力系统网络中有时会出现上述的切割支路的条数大于故障支路的条数，由于在矩阵的加法运算中要求两个矩阵的行和列必须相等，要使得上述的公式3中能够正常进行矩阵的运算，因此，需要增加虚拟的故障支路，并将该故障支路的三序导纳设为0，从而使得上述的公式3中的Y_C的行和列与Y_F的行和列相等。

示例性的，上述的公式1中的M_F为：

其中：M_FP表示正序空间关联矩阵，M_FP为：

M_FN表示负序空间关联矩阵，M_FN为：

M_FZ表示零序空间关联矩阵，M_FZ为：

M_F ^T为：

进一步的，对公式1中两边分别进行矩阵求逆计算，并且将上述给出的Y_CF、M_F、M_F ^T以及I_CF带入到公式1中，就可以求解出协调系统变量矩阵，即U_CF。

进一步的，由于上述的协调系统变量矩阵用于表示电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和，因此，还需要计算出切割支路和故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和。具体的，基于上述的内容，将上述的公式1展开，得到以下内容：

其中，U_CFP、U_CFN、U_CFZ分别表示切割支路和故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和，U_CFP＝U_CAP+U_FBP，U_CFN＝U_CAN+U_FBN，U_CFZ＝U_CAZ+U_FBZ,U_CAP表示切割支路的正序电压矩阵，U_CAP＝[U_C1p U_C2p ...... U_CAp]_1×m ^T；U_CAN表示切割支路的负序电压矩阵,U_CAN＝[U_C1n U_C2n ……U_CAn]_1×m ^T；U_CAZ表示切割支路的零序电压矩阵,U_CAZ＝[U_C1z U_C2z …… U_CAz]_1×m ^T，A＝1,2,…,m。U_FBP表示故障支路的正序电压矩阵，U_FBP＝[U_F1p U_F2p …… U_FBp]_1×s ^T；U_FBN表示故障支路的负序电压矩阵,U_FBN＝[U_F1n U_F2n …… U_FBn]_1×s ^T；U_FBZ表示故障支路的零序电压矩阵,U_FBZ＝[U_F1zU_F2z …… U_FBz]_1×s ^T，B＝1,2,…,s且s＝m。

需要说明的是，上述的切割支路的正序电压矩阵为切割支路两端节点的正序电压之差所形成的矩阵，而上述的故障支路的正序电压矩阵为故障支路两端节点的正序电压之差所形成的矩阵。上述出现的支路的其他序电压矩阵的解释同上，都表示支路两端节点的电压之差所形成的矩阵。换句话说，这里所提及的切割支路的电压或故障支路的电压指的是支路两端节点的电压之差。

综上，根据上述的公式4，结合对称分量法即可以计算出U_CFP、U_CFN、U_CFZ，即切割支路和故障支路之和的正序、负序以及零序电压矩阵。

下面将以图3中的电力系统网络为例，进行说明本方案的具体实现过程。其中，图3中将电力系统网络划分为2个互不重叠的子网，分别为子网1和子网2。由图3可知,从该子网1和子网2中抽出的切割支路为：N12N21和N19N29，共2条切割支路，从该子网1和子网2中抽出的故障支路为：N11N17和N27N28，共2条故障支路。具体步骤如下：

(1)将大规模的电力系统网络根据空间位置信息划分为2个互不重叠的子网，即子网1、子网2。

(2)在这2个子网中选择出切割支路1为：N12N21、切割支路2为：N19N29。

(3)在这2个子网中选择出的故障支路1为：N11N17、故障支路2为：N27N28。

(4)根据步骤(2)选择出的两条切割支路，得到该两条切割支路的三序导纳矩阵

其中：

(5)根据步骤(3)选择出的两条故障支路，得到该两条故障支路的三序导纳矩阵

其中：

(6)将步骤(4)的矩阵Y_C和步骤(5)的矩阵Y_F相加，得到序网关联矩阵Y_CF：

(7)根据子网1和子网2之间切割支路得到空间关联矩阵，由于

因此，根据子网1和子网2之间切割支路可得空间关联矩阵为：

(8)对上述的空间关联矩阵M_F进行转置，得到转置矩阵M_F ^T，

(9)根据步骤(2)可得两条切割支路的三序注入电流矩阵I_C＝[I_CAP I_CAN I_CAZ]_1×6 ^T,其中：I_CAP＝[I_C1p I_C2p]^T＝[I_N12N21 ⁺ I_N19N29 ⁺]^T,I_CAN＝[I_C1n I_C2n]^T＝[I_N12N21 ^- I_N19N29 ^-]^T,I_CAZ＝[I_C1z I_C2z]^T＝[I_N12N21 ⁰ I_N19N29 ⁰]^T。

(10)同理，根据步骤(3)可得两条故障支路的三序注入电流矩阵I_F＝[I_FBP I_FBNI_FBZ]_1×6 ^T,其中：I_FBP＝[I_F1p I_F2p]^T＝[I_N11N17 ⁺ I_N27N28 ⁺]^T,I_FBN＝[I_F1n I_F2n]^T＝[I_N11N17 ^- I_N27N28 ^-]^T，I_FBZ＝[I_F1z I_F2z]^T＝[I_N11N17 ⁰ I_N27N28 ⁰]^T。

(11)由步骤(9)和步骤(10)可得，两条切割支路和两条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵为：

I_CF＝I_C+I_F＝[I_CAP+I_FBP I_CAN+I_FBN I_CAZ+I_FBZ]_1×6 ^T

＝[I_N12N21 ⁺+I_N11N17 ⁺ I_N19N29 ⁺+I_N27N28 ⁺ I_N12N21 ^-+I_N11N17 ^- I_N19N29 ^-+IN27N28^- I_N12N21 ⁰+I_N11N17 ⁰ I_N19N29 ⁰+I_N27N28 ⁰]^T，

(12)将上述的步骤4—步骤11中的所得到的已知量的值带入到下面的方程中：

(Y_CF+M_F+M_F ^T)U_CF＝I_CF (公式1)

对公式1中两边分别进行矩阵求逆计算，并且将上述给出的Y_CF、M_F、M_F ^T以及I_CF带入到公式1中，就可以求解出这两个子网形成的电力系统网络的协调系统变量矩阵，即U_CF。

进一步的，由于上述的协调系统变量矩阵用于表示电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和，因此，还需要计算出切割支路和故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和。具体的，基于上述的内容，将上述的公式1展开后可得：

其中：U_C1p+U_F1p为切割支路1和故障支路1的正序电压矩阵之和，U_C2p+U_F2p为切割支路2和故障支路2的正序电压矩阵之和，U_C1n+U_F1n为切割支路1和故障支路1的负序电压矩阵之和，U_C2n+U_F2n为切割支路2和故障支路2的负序电压矩阵之和，U_C1z+U_F1z为切割支路1和故障支路1的零序电压矩阵之和，U_C2z+U_F2z为切割支路2和故障支路2的零序电压矩阵之和。

需要说明的是，上述的切割支路1的正序电压矩阵为切割支路1两端节点的正序电压之差所形成的矩阵，例如：切割支路1为N12N21，切割支路1的正序电压矩阵为节点N12和节点N21的正序电压之差所形成的矩阵；而上述的故障支路1的正序电压矩阵为故障支路1两端节点的正序电压之差所形成的矩阵，例如：故障支路1为N11N17，故障支路1的正序电压矩阵为节点N11和节点N17的正序电压之差所形成的矩阵。上述出现的支路的其他序电压矩阵的解释同上，都表示支路两端节点的电压之差所形成的矩阵。换句话说，这里所提及的切割支路的电压或故障支路的电压指的是支路两端节点的电压之差。

示例性的，上述的公式4中给出的是U_C1p+U_F1p，U_C2p+U_F2p，U_C1n+U_F1n，U_C2n+U_F2n，U_C1z+U_F1z以及U_C2z+U_F2z的计算，这样使得对应的协调系统变量矩阵较为准确，且计算量较少。可选的，基于上述的内容，参照上述的公式4的原理，还可以计算出：U_C1p+U_F2p，U_C2p+U_F1p，U_C1n+U_F2n，U_C2n+U_F1n，U_C1z+U_F2z以及U_C2z+U_F1z，这样就可以得到电力网络系统中的任意一个切割支路与任意一个故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和。相应的也可以得到协调系统变量矩阵。

综上，根据上述的公式4，结合对称分量法即可以计算出U_C1p+U_F1p，U_C2p+U_F2p，U_C1n+U_F1n，U_C2n+U_F2n，U_C1z+U_F1z以及U_C2z+U_F2z，即切割支路1和故障支路1的正序、负序以及零序电压矩阵之和、切割支路1和故障支路1的正序、负序以及零序电压矩阵之和。

需要说明的是，上述的内容中将图3中N12N21支路作为切割支路1、将图3中的支路N19N29作为切割支路2、将图3中的支路N11N17作为故障支路1以及将图3中的支路N27N28故障支路2仅仅是举例进行说明，并不对支路进行限制。例如，将上述的N12N21支路作为切割支路2进行后续的计算也可以。因此，对应的上述的电力系统网络切割支路和故障支路联合形成的支路，可以是电力系统中任意的一个切割支路和一个故障支路联合形成的支路。而上述的例子中仅仅是为了解释说明所列举的一个实例，并不是进行限定。

下面将基于图1对应的电力系统网络中协调并行计算的方法的实施例中的相关描述对本发明实施例提供的一种电力系统网络中协调并行计算装置进行介绍。以下实施例中与上述实施例相关的技术术语、概念等的说明可以参照上述的实施例，这里不再赘述。

本发明实施例一种电力系统网络中协调并行计算的装置，如图4所示，该装置包括：划分模块21、选择模块22以及并行计算模块23，其中：

划分模块21，用于将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，K为大于或等于2的正整数.

选择模块22，用于从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；m、s均为大于或等于1的正整数，切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路.

并行计算模块23，用于并行计算m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。

可选的，如图4所示，上述的装置2还包括：确定模块24，其中：

确定模块24，用于根据m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵确定电力系统网络中的协调系统变量矩阵，协调系统变量矩阵用于表示电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和。

示例性的，上述的确定模块24具体用于：

根据m条切割支路的三序注入电流矩阵和s个故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵。

根据m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵。

将m条切割支路和s条故障支路联合的三序注入电流矩阵、序网关联矩阵带入到协调系统网络方程中，得到电力系统网络中的协调系统变量矩阵。

示例性的，上述的协调网络方程为：

(Y_CF+M_F+M_F ^T)U_CF＝I_CF，(公式1)

上述的公式1中的Y_CF为序网关联矩阵，I_CF为m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵，M_F为空间关联矩阵，M_F ^T为空间关联矩阵的转置矩阵，且M_F和M_F ^T均为常量矩阵，U_CF为电力系统网络中的协调系统变量矩阵；其中，Y_CF、M_F以及M_F ^T均为对角矩阵，U_CF为对角矩阵或列矩阵。

示例性的，上述的确定模块24在根据m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵时具体用于：

将m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵带入到序网关联方程中，得到序网关联矩阵。

示例性的，上述的序网关联方程为：

Y_CF＝Y_C+Y_F，(公式2)

上述的公式2中的Y_C为m条切割支路的三序导纳矩阵，

其中：Y_CAP表示m条切割支路的正序导纳矩阵，Y_CAN表示m条切割支路的负序导纳矩阵，Y_CAZ表示m条切割支路的零序导纳矩阵；Y_F为s条故障支路的三序导纳矩阵，

其中：Y_FBP表示s条故障支路的正序导纳矩阵，Y_FBN表示s条故障支路的负序导纳矩阵，Y_FBZ表示s条故障支路的零序导纳矩阵；Y_CF为序网关联矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

示例性的，上述的确定模块24在根据m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵时具体用于：

将m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵带入到电流联合方程中，得到m个切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵；

示例性的，上述的电流联合方程为：

I_CF＝I_C+I_F，(公式3)

上述的公式3中的I_C为m条切割支路的三序注入电流，I_C＝[I_CAP I_CAN I_CAZ]_1×3m ^T，I_CAP表示m条切割支路的正序注入电流矩阵，I_CAN表示m条切割支路的负序注入电流矩阵，I_CAZ表示m条切割支路的零序注入电流矩阵；I_F为s条故障支路的三序注入电流，I_F＝[I_FBP I_FBNI_FBZ]_1×3s ^T，I_FBP表示s条故障支路的正序注入电流矩阵，I_FBN表示s条故障支路的负序注入电流矩阵，I_FBZ表示s条故障支路的零序注入电流矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

示例性的，上述的公式1中的M_F为：

其中：M_FP表示正序空间关联矩阵，M_FP为：

M_FN表示负序空间关联矩阵，M_FN为：

M_FZ表示零序空间关联矩阵，M_FZ为：

M_F ^T为：

进一步的，对公式1中两边分别进行矩阵求逆计算，并且将上述给出的Y_CF、M_F、M_F ^T以及I_CF带入到公式1中，就可以求解出协调系统变量矩阵，即U_CF。

进一步的，由于上述的协调系统变量矩阵用于表示电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和，因此，还需要计算出切割支路和故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和。具体的，基于上述的内容，将上述的公式1展开，得到以下内容：

其中，U_CFP、U_CFN、U_CFZ分别表示切割支路和故障支路的正序、负序以及零序电压矩阵之和，U_CFP＝U_CAP+U_FBP，U_CFN＝U_CAN+U_FBN，U_CFZ＝U_CAZ+U_FBZ,U_CAP表示切割支路的正序电压矩阵，U_CAP＝[U_C1p U_C2p …… U_CAp]_1×m ^T；U_CAN表示切割支路的负序电压矩阵,U_CAN＝[U_C1n U_C2n ……U_CAn]_1×m ^T；U_CAZ表示切割支路的零序电压矩阵,U_CAZ＝[U_C1z U_C2z …… U_CAz]_1×m ^T，A＝1,2,…,m。U_FBP表示故障支路的正序电压矩阵，U_FBP＝[U_F1p U_F2p …… U_FBp]_1×s ^T；U_FBN表示故障支路的负序电压矩阵,U_FBN＝[U_F1n U_F2n …… U_FBn]_1×s ^T；U_FBZ表示故障支路的零序电压矩阵,U_FBZ＝[U_F1zU_F2z …… U_FBz]_1×s ^T，B＝1,2,…,s且s＝m。

需要说明的是，上述的切割支路的正序电压矩阵为切割支路两端节点的正序电压之差所形成的矩阵，而上述的故障支路的正序电压矩阵为故障支路两端节点的正序电压之差所形成的矩阵。上述出现的支路的其他序电压矩阵的解释同上，都表示支路两端节点的电压之差所形成的矩阵。换句话说，这里所提及的切割支路的电压或故障支路的电压指的是支路两端节点的电压之差。

综上，根据上述的公式4，结合对称分量法即可以计算出U_CFP、U_CFN、U_CFZ，即切割支路和故障支路之和的正序、负序以及零序电压矩阵。

本发明实施例中提供的电力系统中协调并行计算的装置，在进行计算大规模电力系统网络中的电压值时，首先将该大规模电力系统网络划分为K个子网，然后从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；其中：该切割支路为K个子网中的任意两个子网间关联的两个节点形成的支路；该故障支路为每个子网内部本身存在关联的两个节点形成的支路，再并行计算上述的m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵。由于本方案先将该大规模电力系统网络进行划分，并划分为K个子网，降低了大规模电力系统网络的复杂度，从而使得后续的仿真计算速度变快，然后再从K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路，采用并行计算的方法来进行计算该m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，由于并行计算的方法本身就能够提高仿真计算的速度，因此，通过先降低电力系统网络的复杂度后，再采用并行计算的方法使得电力系统网络中的仿真计算的速度更快。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电力系统网络中协调并行计算的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述电力系统地理网络的经纬度信息，将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，所述K为大于或等于2的正整数；

从所述K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；所述m、所述s均为大于或等于1的正整数，所述切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；所述故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路；

并行计算所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵；

根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵确定所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵，所述协调系统变量矩阵用于表示所述电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和；

根据所述m条切割支路的三序注入电流矩阵和所述s个故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵；

根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵；

将所述m条切割支路和s条故障支路联合的三序注入电流矩阵、序网关联矩阵带入到协调系统网络方程中，得到所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵；

其中，所述协调系统 网络方程为：(Y_CF+M_F+M_F ^T)U_CF＝I_CF，所述Y_CF为序网关联矩阵，所述I_CF为m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵，所述M_F为空间关联矩阵，所述M_F ^T为空间关联矩阵的转置矩阵，且所述M_F和所述M_F ^T均为常量矩阵，所述U_CF为所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵；其中，所述Y_CF、所述M_F以及所述M_F ^T均为对角矩阵，所述U_CF为对角矩阵或列矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵，具体包括：

将所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵带入到序网关联方程中，得到序网关联矩阵；

所述序网关联方程为：Y_CF＝Y_C+Y_F，其中：所述Y_C为m条切割支路的三序导纳矩阵，

其中：所述Y_CAP表示m条切割支路的正序导纳矩阵，所述Y_CAN表示m条切割支路的负序导纳矩阵，所述Y_CAZ表示m条切割支路的零序导纳矩阵；所述Y_F为s条故障支路的三序导纳矩阵，

其中：所述Y_FBP表示s条故障支路的正序导纳矩阵，所述Y_FBN表示s条故障支路的负序导纳矩阵，所述Y_FBZ表示s条故障支路的零序导纳矩阵；所述Y_CF为序网关联矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述m条切割支路的三序注入电流矩阵和所述s条故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵，具体包括：

将所述m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵带入到电流联合方程中，得到m个切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵；

所述电流联合方程为：I_CF＝I_C+I_F，其中：I_C为m条切割支路的三序注入电流，I_C＝[I_CAPI_CAN I_CAZ]_1×3m ^T，所述I_CAP表示m条切割支路的正序注入电流矩阵，所述I_CAN表示m条切割支路的负序注入电流矩阵，I_CAZ表示m条切割支路的零序注入电流矩阵；I_F为s条故障支路的三序注入电流，I_F＝[I_FBP I_FBN I_FBZ]_1×3s ^T，所述I_FBP表示s条故障支路的正序注入电流矩阵，I_FBN表示s条故障支路的负序注入电流矩阵，I_FBZ表示s条故障支路的零序注入电流矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述M_F为

其中：所述M_FP表示正序空间关联矩阵，所述M_FP为：

所述M_FN表示负序空间关联矩阵，所述M_FN为：

所述M_FZ表示零序空间关联矩阵，所述M_FZ为：

所述M_F ^T为：

5.一种电力系统网络中协调并行计算的装置，其特征在于，所述装置包括：

划分模块，根据所述电力系统地理网络的经纬度信息，将电力系统网络划分为K个互不重叠的子网，所述K为大于或等于2的正整数；

选择模块，用于从所述K个子网中选择出m条切割支路和s条故障支路；所述m、所述s均为大于或等于1的正整数，所述切割支路为K个子网中的任意两个子网间电气连接的两个节点形成的支路；所述故障支路为每个子网内部存在短路现象的两个节点形成的支路；

并行计算模块，用于并行计算所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵；

确定模块，用于根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵，以及所述s条故障支路的三序导纳矩阵和三序注入电流矩阵确定所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵，所述协调系统变量矩阵用于表示所述电力系统网络中切割支路和故障支路的三序电压之和；

根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵；

将所述m条切割支路和s条故障支路联合的三序注入电流矩阵、序网关联矩阵带入到协调系统网络方程中，得到所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵；

其中，所述协调系统 网络方程为：(Y_CF+M_F+M_F ^T)U_CF＝I_CF，所述Y_CF为序网关联矩阵，所述I_CF为m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵，所述M_F为空间关联矩阵，所述M_F ^T为空间关联矩阵的转置矩阵，且所述M_F和所述M_F ^T均为常量矩阵，所述U_CF为所述电力系统网络中的协调系统变量矩阵；其中，所述Y_CF、所述M_F以及所述M_F ^T均为对角矩阵，所述U_CF为对角矩阵或列矩阵。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块在根据所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵确定序网关联矩阵时具体用于：

将所述m条切割支路的三序导纳矩阵和s条故障支路的三序导纳矩阵带入到序网关联方程中，得到序网关联矩阵；

所述序网关联方程为：Y_CF＝Y_C+Y_F，其中：所述Y_C为m条切割支路的三序导纳矩阵，

其中：所述Y_CAP表示m条切割支路的正序导纳矩阵，所述Y_CAN表示m条切割支路的负序导纳矩阵，所述Y_CAZ表示m条切割支路的零序导纳矩阵；所述Y_F为s条故障支路的三序导纳矩阵，

其中：所述Y_FBP表示s条故障支路的正序导纳矩阵，所述Y_FBN表示s条故障支路的负序导纳矩阵，所述Y_FBZ表示s条故障支路的零序导纳矩阵；所述Y_CF为序网关联矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块在根据所述m条切割支路的三序注入电流矩阵和所述s条故障支路的三序注入电流矩阵确定m条切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵时具体用于：

将所述m条切割支路的三序注入电流矩阵和s条故障支路的三序注入电流矩阵带入到电流联合方程中，得到m个切割支路和s条故障支路联合形成的三序注入电流矩阵；

所述电流联合方程为：I_CF＝I_C+I_F，其中：I_C为m条切割支路的三序注入电流，I_C＝[I_CAPI_CAN I_CAZ]_1×3m ^T，所述I_CAP表示m条切割支路的正序注入电流矩阵，所述I_CAN表示m条切割支路的负序注入电流矩阵，I_CAZ表示m条切割支路的零序注入电流矩阵；I_F为s条故障支路的三序注入电流，I_F＝[I_FBP I_FBN I_FBZ]_1×3s ^T，所述I_FBP表示s条故障支路的正序注入电流矩阵，I_FBN表示s条故障支路的负序注入电流矩阵，I_FBZ表示s条故障支路的零序注入电流矩阵；其中：A＝1,2,…,m，B＝1,2,…,s且s＝m。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述M_F为

其中：所述M_FP表示正序空间关联矩阵，所述M_FP为：

所述M_FN表示负序空间关联矩阵，所述M_FN为：

所述M_FZ表示零序空间关联矩阵，所述M_FZ为：所述M_F ^T为：

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