WO2017101295A1 - 一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法和计算机存储介质 - Google Patents

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郑伟杰
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中国电力科学研究院
国家电网公司
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Definitions

  • the invention relates to an automatic grid dividing method for electromagnetic transient, in particular to an automatic grid dividing method for electromagnetic transient grid simulation and a computer storage medium.
  • the design and implementation of parallel method for electromagnetic transient simulation of power system should not only focus on the characteristics of electromagnetic transient simulation, but also fully consider the characteristics of hardware platform-personal computer (PC) cluster to effectively improve the speed of electromagnetic transient simulation. Since the electromagnetic transient real-time simulation has strict requirements on the calculation timing, considering the characteristics of the low communication speed of the PC group, an automatic sub-networking method for large-scale electromagnetic transient power grid simulation is needed. There are subnets that are manually divided, the network is uneven, the calculation time is long, and it is not optimized by the whole network.
  • embodiments of the present invention are expected to provide an automatic meshing method for electromagnetic transient power grid simulation, to solve large-scale electromagnetic transient power grid simulation, and to apply parallel processing technology in power system electromagnetic transient simulation. It can improve the simulation speed and meet the calculation speed requirements of real-time and ultra-real-time simulation of large-scale power systems.
  • the embodiment of the invention provides an automatic network division method for electromagnetic transient power grid simulation, which includes automatic network division without specifying the number of subnets and automatic network division of the specified number of subnets.
  • the automatic network that does not specify the number of subnets includes: Decompose the whole network into electrical substations, and calculate the calculation time and communication time for each electrical substation; optimize according to the network segmentation objective function, and the objective function of automatic network segmentation is:
  • each electrical substation is combined into a subnet.
  • the combination principles include:
  • the calculation time of each subnet + the minimum communication time that is, the calculation time + communication time of each subnet is less than or equal to k1 ⁇ simulation step, where k1 is a positive number less than 1; k1 is saved In the configuration file;
  • the node subnet is decomposed, and the electrical substation is decomposed into multiple subnets.
  • the execution time of each subnet calculation time + communication time + main control processing time;
  • the unit communication time of the network division method is different from the long-line network division method.
  • the long-line network is the boundary between the power lines in the electrical quantity as the boundary between different subnets, and the node network is the bus node as the communication boundary between different subnets.
  • the automatic subnetting of the specified number of subnets includes: decomposing the entire network into electrical substations by a long line, and decomposing by using a combination of electric substations or again by using a node subnet, and following the following formula (2) And (3) optimizing to form sub-networks less than or equal to k1 ⁇ simulation step size and combining equations (2) and (3) to obtain the equations (4) and (5) as shown in equations (5) and (5) Objective function:
  • MinC is the optimal objective function
  • M is the maximum number of nodes in all subnets
  • L is the number of tie lines between subnets
  • ⁇ and ⁇ are weight factors
  • ⁇ M 2 represents a single subnet Calculating time, ⁇ L 2 characterizes the communication time between individual subnets
  • the user is prompted to modify the step size or the number of subnets. If the number of subnets is less than the number of subnets, the subnet formed by the combination is disbanded until the number of subnets formed is The number of subnets specified is the same, and subnets formed by node splitting are not divided or combined.
  • the embodiment of the invention further provides a computer storage medium, wherein the computer storage medium stores computer executable instructions, and the computer executable instructions are used to perform automatic segmentation of the electromagnetic transient power grid simulation according to the embodiment of the invention. Web method.
  • the embodiment of the invention provides an automatic sub-networking method for solving large-scale electromagnetic transient power grid simulation.
  • the parallel processing technology is applied in the electromagnetic transient simulation of the power system, which can improve the simulation speed and meet the real-time and ultra-real-time simulation of large-scale power systems. Calculate the speed requirement.
  • the method of the invention does not need decoupling components in network division, and the network division is simple and clear, the universality is strong, and the network separation speed is fast.
  • Real-time and ultra-real-time simulation can be simulated in parallel by simulating electromagnetic transient subnets with different speeds and non-synchronized VSC accurate models.
  • the embodiment of the invention provides an automatic network division method for large-scale electromagnetic transient power grid simulation, which includes an automatic network division without specifying the number of subnets and an automatic network division of the number of designated subnets.
  • the automatic subnet that does not specify the number of subnets includes: decomposing the entire network into electrical substations through a long line, and calculating the calculation time and communication time for each electrical substation; and optimizing according to the network segmentation objective function
  • the objective function of automatic network segmentation is:
  • each electrical substation is combined into one subnet.
  • the combination principles include:
  • the calculation time of each subnet + the minimum communication time that is, the calculation time + communication time of each subnet is less than or equal to k1 ⁇ simulation step, where k1 is the coefficient and k1 is less than 1 Number; k1 is saved in the configuration file;
  • the node subnet is decomposed, and the electrical substation is decomposed into multiple subnets.
  • the execution time of each subnet calculation time + communication time + main control processing time;
  • the unit communication time of the network division method is different from the long-line network division method.
  • the long-line network is the boundary between the power lines in the electrical quantity, and the node network is the bus node as the contact boundary between different sub-networks. .
  • the automatic subnetting of the specified number of subnets includes: decomposing the entire network into electrical substations through a long line, and decomposing through the combination of the electrical substations or again using the node networking method, and optimizing according to the objective function. After optimization, each subnet with a simulation step size less than or equal to k1* is formed.
  • the objective functions of the network segmentation are as shown in equations (2) and (3), and equations (2) and (3) are combined to obtain the objective function used. , as shown in equations (4) and (5):
  • MinC is the optimal objective function
  • M is the maximum number of nodes in all subnets
  • L is the number of tie lines between subnets
  • ⁇ and ⁇ are weight factors
  • ⁇ M 2 represents a single subnet Calculating time, ⁇ L 2 characterizes the communication time between individual subnets
  • the user is prompted to modify the step size or the number of subnets. If the number of subnets is less than the number of subnets, the subnet formed by the combination is disbanded until the number of subnets formed is The number of subnets specified is the same, and subnets formed by node splitting are not divided or combined.
  • the foregoing program may be stored in a computer readable storage medium, and when executed, the program includes The foregoing steps of the method embodiment; and the foregoing storage medium includes: a removable storage device, a read-only memory (ROM), a magnetic disk or an optical disk, and the like, which can store program codes.
  • ROM read-only memory
  • the integrated module described above may be stored in a computer readable storage medium if it is implemented in the form of a software function module and sold or used as a standalone product. Quality. Based on such understanding, the technical solution of the embodiments of the present invention may be embodied in the form of a software product in essence or in the form of a software product stored in a storage medium, including a plurality of instructions.
  • a computer device (which may be a personal computer, server, or network device, etc.) is caused to perform all or part of the methods described in various embodiments of the present invention.
  • the foregoing storage medium includes various media that can store program codes, such as a mobile storage device, a ROM, a magnetic disk, or an optical disk.
  • the technical solution of the embodiment of the present invention divides the entire power system simulation network into subnets through the nodes that are connected between the networks as the boundary points of the sub-networks, and determines the simulation step lengths of different networks according to the accuracy requirements.
  • the technical solution of the embodiment of the present invention does not require decoupling components in network division, the network division is simple and clear, the versatility is strong, and the network separation speed is fast. Real-time and ultra-real-time simulation can be simulated in parallel by simulating electromagnetic transient subnets with different speeds and non-synchronized VSC accurate models.

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Abstract

一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法和计算机存储介质，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，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地划分为各个子网，根据精度需要确定不同网络的仿真步长。该自动分网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

一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法和计算机存储介质 技术领域
本发明涉及一种电磁暂态的自动分网方法，具体涉及一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法和计算机存储介质。
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—个人计算机(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，本发明实施例期望提供一种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。
本发明实施例的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明实施例提供一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法，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。
作为一种实施方式，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：
Figure PCTCN2016087821-appb-000001
式中，S是目标函数；na、nb、nc为各子网中的节点数目；ns为各子网间的联络线数目；
优化后将各个电气子站组合成子网，组合原则包括：
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+通信时间小于等于k1×仿真步长，其中k1为小于1的正数；k1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，将电气子站分解为多个子网，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。
作为一种实施方式，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表征单个子网的计算时间，βL2表征单个子网间的通讯时间；
Figure PCTCN2016087821-appb-000002
式(3)中，T是所有子网的总母线数目；ni是第i个子网中的母线数目；Fi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，Fi＝1；否则不可行，Fi＝0；Fgi、Fci、Fti分别表示子网中发电机、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，Fgi＝0，否则Fgi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，Fci＝0，否则Fci＝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，Fti＝0，否则Fti＝1；β是罚因子；
Figure PCTCN2016087821-appb-000003
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，
Figure PCTCN2016087821-appb-000004
反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；
Figure PCTCN2016087821-appb-000005
Figure PCTCN2016087821-appb-000006
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。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行本发明实施例所述的电磁暂态电网仿真的自动分网方法。
与最接近的现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有的优异 效果是：
本发明实施例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。
本发明实施例提供了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。
本实施例中，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：
Figure PCTCN2016087821-appb-000007
式中，S是目标函数；na、nb、nc为各子网中的节点数目；ns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，组合原则包括：
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+通信时间小于等于k1×仿真步长，其中k1为系数，k1为小于1的正数；k1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，将电气子站分解为多个子网，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。
本实施例中，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，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表征单个子网的计算时间，βL2表征单个子网间的通讯时间；
Figure PCTCN2016087821-appb-000008
式(3)中，T是所有子网的总母线数目；ni是第i个子网中的母线数目；Fi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，Fi＝1；否则不可行，Fi＝0；Fgi、Fci、Fti分别表示子网中发电机、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，Fgi＝0，否则Fgi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，Fci＝0，否则Fci＝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，Fti＝0，否则Fti＝1；β是罚因子；
Figure PCTCN2016087821-appb-000009
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，
Figure PCTCN2016087821-appb-000010
反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；
Figure PCTCN2016087821-appb-000011
Figure PCTCN2016087821-appb-000012
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。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明实施例上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也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，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例中记载的信息传输方法、装置只以上述实施例为例，但不仅限于此，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
工业实用性
本发明实施例的技术方案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。本发明实施例的技术方案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。

Claims (4)

  1. 一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法，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，其中，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：
    Figure PCTCN2016087821-appb-100001
    式中，S是目标函数；na、nb、nc为各子网中的节点数目；ns为各子网间的联络线数目；
    优化后将各个电气子站组合成子网，组合原则包括：
    1)按照全局最优化原则，每个子网的计算时间+通信时间小于等于k1×仿真步长，其中k1为小于1的正数；k1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，将电气子站分解为多个子网，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，其中，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表征单个子网的计算时间，βL2表征单个子网间的通讯时间；
    Figure PCTCN2016087821-appb-100002
    式(3)中，T是所有子网的总母线数目；ni是第i个子网中的母线数目；Fi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，Fi＝1；否则不可行，Fi＝0；Fgi、Fci、Fti分别表示子网中发电机、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，Fgi＝0，否则Fgi＝1；当子网中的电容器数目大于设定的电容器数目时，Fci＝0，否则Fci＝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，Fti＝0，否则Fti＝1；β是罚因子；
    Figure PCTCN2016087821-appb-100003
    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，
    Figure PCTCN2016087821-appb-100004
    反映对动态元件数目的限制及子网是否连通；
    Figure PCTCN2016087821-appb-100005
    Figure PCTCN2016087821-appb-100006
    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。
  4. 一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至3任一项所述的电磁暂态电网仿真的自动分网方法。
PCT/CN2016/087821 2015-12-15 2016-06-30 一种电磁暂态电网仿真的自动分网方法和计算机存储介质 WO2017101295A1 (zh)

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