CN112615377A - 电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质 - Google Patents

电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质，方法包括：获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；对节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；根据所述阻抗向量计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算。本发明实施例能够快速实现电压支撑强度指标的批量计算。

Description

电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质。
背景技术
VSF是评估多直流落点电网中站点对各逆变站电压支撑强度的指标，简称电压支撑强度指标，其中，站点i(i＝1,2,…M)对各逆变站电压的支撑强度计算公式为：
Figure BDA0002868069280000011
其中，Δui,j表示在站点i(母线i)处投切一定容量Si的无功补偿设备前后各逆变站母线电压的差值，Δui,j取标幺值，j＝1,2,…,k，，PNj表示第j回直流的额定功率，也称第j个逆变站的额定功率。VSF实际上反映了多直流落点电网的节点阻抗矩阵中各逆变站与投切站点的互阻抗与直流额定功率的加权平均值的大小。电压支撑强度指标VSF实用计算方法如下：
Figure BDA0002868069280000012
Ii是节点i注入的电流，Zji是电力系统阻抗矩阵中的节点i和节点j之间的互阻抗，其中，节点i指的是投切站点，节点j指的是逆变站，U是节点i的电压，k为多直流落点电网中逆变站的总数。当U、I、Z均取标幺值时，即为：
Figure BDA0002868069280000013
可见，计算VSF主要就是求解Zji，而现有求解Zji的方法一般是对多直流落点电网的节点矩阵求逆，采用这种方法计算一个节点(该节点作为投切站点)的电压支撑强度指标需要求一次逆，计算1万个节的电压支撑强度指标需要求1万次逆，可见，当节点的数量非常多时，这种计算多个节点的VSF的方法耗时严重。如今，电网规模越来越大，例如，目前多直流落点电网节点可达数万个，显然，采用现有这种计算方法计算大量节点的电压支撑强度指标耗时严重、速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电压支撑强度指标批量计算方法、装置及存储介质，以解决现有计算大量节点的电压支撑强度指标的方法耗时严重、速度慢的问题，本发明能够快速实现大量节点的电压支撑强度指标的计算，减少计算时间。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种电压支撑强度指标批量计算方法，包括：
获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；
将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{... 0 1 0 ...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi，Xi＝{... Z(j-1)i Zji Z(j+1)i ...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure BDA0002868069280000021
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率。
进一步地，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
进一步地，所述电压支撑强度指标批量计算方法还包括，在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
第二方面，本发明实施例提供一种电压支撑强度指标批量计算装置，包括：
节点导纳矩阵获取单元，用于获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
LUD分解单元，用于对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；
发送单元，用于将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{... 0 1 0 ...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
电压支撑强度指标计算单元，用于一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi,Xi＝{... Z(j-1)i Zji Z(j+1)i ...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure BDA0002868069280000031
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率。
进一步地，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
进一步地，所述电压支撑强度指标批量计算装置还包括：在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任一项所述的电压支撑强度指标批量计算方法。
相比于现有技术，如计算一万个节点的电压支撑强度指标需要对节点导纳矩阵求一万次逆，本发明实施例通过将求节点的阻抗向量分为两步：(1)对节点导纳矩阵进行LDU分解；(2)基于分解结果和预先设计的列向量计算得到对应的节点阻抗向量，由于LDU分解的结果是公用的，因此，如计算一万个节点只需求解一次即可，又由于每个节点阻抗向量的计算都是相互独立的，因此，这样便可利用并行计算方式实现电压支撑强度指标的批量计算。由上分析可知，相比于现有技术，本发明实施例能够提高计算速度、减少计算次数，从而能够减少计算时间，进而能够快速实现大量节点的电压支撑强度指标的计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的电压支撑强度指标批量计算方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的电压支撑强度指标批量计算装置的结构示意图。
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作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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施例1：
请参阅图1，本发明实施例提供一种电压支撑强度指标批量计算方法，包括：
S1、获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
S2、对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数。
在本发明实施例中，应当理解的是，LDU分解能够将具有相关性的变量转换为相互独立的变量。在本发明实施例中，对节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，即Yn×n＝LDU，其中，L为单位下三角矩阵，D为对角矩阵，U为L的转置。
S3、将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{... 0 1 0 ...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
在本发明实施例中，n维列向量bi的物理意义相当于是对节点i注入单位电流。需要说明的是，每个节点对应的n维向量是预先设置好的。
S4、一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi,Xi＝{... Z(j-1)i Zji Z(j+1)i ...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure BDA0002868069280000061
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率，即第j回直流的额定功率。
在本发明实施例中，应当理解的是，假设直流落点电网有n个节点，则需要有n个线程，每个线程处理一个节点。由于在图形处理器GPU中，各个线程是同步进行的，因此，通过一个一个地将节点枚举给对应的线程，这样便能实现并行计算所有节点的电压支撑强度指标。
还需理解的是，所述分解结果是公用的，每个线程都会根据这个分解结果计算各自负责的节点的电压支撑强度指标。而每个线程的n维列向量都是不同的，每个线程的n维列向量根据其所负责的节点的序号确定。
相比于现有技术，如计算一万个节点的电压支撑强度指标需要对节点导纳矩阵求一万次逆，本发明实施例通过将求节点的阻抗向量分为两步：(1)对节点导纳矩阵进行LDU分解；(2)基于分解结果和预先设计的列向量计算得到对应的节点阻抗向量，由于LDU分解的结果是公用的，因此，如计算一万个节点只需求解一次即可，又由于每个节点阻抗向量的计算都是相互独立的，因此，这样便可利用并行计算方式实现电压支撑强度指标的批量计算。由上分析可知，相比于现有技术，本发明实施例能够提高计算速度、减少计算次数，从而能够减少计算时间，进而能够快速实现大量节点的电压支撑强度指标的计算。
作为本发明实施例的一种举例，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
需要说明的是，本发明实施例提供的电压支撑强度指标批量计算方法适用于GPU的CUDA并行计算架构。基于CUDA并行计算架构，在实现电压支撑强度指标批量计算任务映射时，可实现计算任务工作量均匀分布和效率最大化。
作为本发明实施例的一种举例，所述电压支撑强度指标批量计算方法还包括：在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
应当理解的是，在本发明实施例中，CPU用于对返回的所有电压支撑强度指标进行汇总处理。
实施例2：
请参阅图2，本发明实施例提供一种电压支撑强度指标批量计算装置，包括：
节点导纳矩阵获取单元1，用于获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
LUD分解单元2，用于对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；
发送单元3，用于将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量bi，bi＝{...010...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
电压支撑强度指标计算单元4，用于一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi,Xi＝{... Z(j-1)i Zji Z(j+1)i ...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure BDA0002868069280000081
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率。
作为本发明实施例的一种举例，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
作为本发明实施例的一种举例，所述电压支撑强度指标批量计算装置还包括：在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
实施例3：
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述所述的电压支撑强度指标批量计算方法。
需要说明的是，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要进一步说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.电压支撑强度指标批量计算方法，其特征在于，包括：
获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；
将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...0 1 0...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi，Xi＝{...Z(j-1)i Zji Z(j+1)i...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure FDA0002868069270000011
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率。
2.根据权利要求1所述的电压支撑强度指标批量计算方法，其特征在于，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
3.根据权利要求1所述的电压支撑强度指标批量计算方法，其特征在于，还包括：在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
4.电压支撑强度指标批量计算装置，其特征在于，包括：
节点导纳矩阵获取单元，用于获取多直流落点电网的节点导纳矩阵Yn×n；
LUD分解单元，用于对所述节点导纳矩阵Yn×n进行LDU分解，得到分解结果；其中，n表示多直流落点电网的节点总数；
发送单元，用于将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...0 1 0...}T，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；
电压支撑强度指标计算单元，用于一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为Xi,Xi＝{...Z(j-1)i Zji Z(j+1)i...}，j∈[1,k]，k表示多直流落点电网的逆变站的总数，k<n，Zji是节点i和节点j之间的互阻抗，节点i为投切站点，节点j为逆变站；根据如下公式计算所述节点的电压支撑强度指标；其中，一个线程计算一个节点的电压支撑强度指标，所有节点的电压支撑强度指标并行计算；
Figure FDA0002868069270000021
其中，VSFi为第i个节点的电压支撑强度指标，PNj表示第j个逆变站的额定功率。
5.根据权利要求4所述的电压支撑强度指标批量计算装置，其特征在于，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：
基于CUDA将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的电压支撑强度指标。
6.根据权利要求4所述的电压支撑强度指标批量计算装置，其特征在于，还包括：在计算得到所有节点的电压支撑强度指标后，将所述所有节点的电压支撑强度指标返回到CPU中。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至3中任一项所述的电压支撑强度指标批量计算方法。
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