[发明专利]一种大规模电力系统节点的潮流计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统自动化分析技术领域，具体涉及一种大规模电力系统节点的潮流计算方法。

背景技术

所谓电力系统潮流，是指系统中所有运行参数的主体，包括各母线电压和相位，各发电机负荷的功率和电流，各变压器及线路的功率、电流及其损耗等。而潮流计算是在已知某些运行参数的情况下，计算出系统的全部运行参数，是电力系统运行和规划中最基本和最常用的计算。

近年来，电力系统的互联及其规模的不断扩大，系统节点数越来越多，潮流计算的规模也随之越来越大，传统的潮流计算方法也越来越力不从心。基于潮流计算算法本身层面的改进如PQ快速分解法、根据遗传算法优化的潮流计算等，对于效率的提升效果甚微，无法从根本上解决大电网互联的潮流计算问题，因此，需要从技术层面考虑算法的优化改进。基于并行化技术的潮流计算优化是目前一个热门研究方向。目前基于多线程技术、多核心技术和GPU方式的并行潮流计算的研究较为常见，但其计算方式还是基于一台主机，对于未来的更大规模的计算会愈发吃力。考虑适用于计算集群的潮流计算方式，可以实现计算资源的动态扩展，对于未来的大电网大数据的潮流计算更具优势。现存的一些MPI、OpenMP等集群计算技术需要考虑底层资源分配、通信协同和负载均衡等问题，实现较为复杂。而利用时下流行的云计算技术可以实现计算集群的虚拟化和封装，使算法无需考虑底层细节，只需依照MapReduce并行框架设计，即可实现物理计算集群上的并行计算。

对于潮流计算，目前较为常用的也是最基础的是牛顿-拉夫逊法，其他方法是在该法的基础上的优化改进。牛顿-拉夫逊法是一个迭代至收敛的过程，该方法最费时的阶段在造修正方程式和求解修正方程式的阶段。按照传统的计算方式，雅可比矩阵的构造需要各元素依次进行计算，雅可比矩阵的阶数为n+m-1，其中，n为系统中节点个数，m为系统中PQ节点个数，因此雅可比矩阵的构造需要计算次数为(n+m-1)²。当节点数增长时，其计算量呈指数型急剧增长，计算效率大大下降。

因此，如何设计一种适用于大规模电力系统节点的计算效率高且计算量小的潮流计算方法，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种大规模电力系统节点的潮流计算方法，该方法中的雅可比矩阵元素的生成可以通过Hadoop云计算平台，能够在多台计算机上并行计算，真正实现了多台物理计算机计算能力的迭加，从而大大提高了计算效率、云平台的容错性及潮流计算结果的可靠性，进而保证了电力系统的正常运行和高效规划。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大规模电力系统节点的潮流计算方法，所述方法在云计算平台的MapReduce框架中进行；所述方法包括如下步骤：

步骤1.将电力系统节点的原始数据以键值对的形式存储为导纳矩阵；并将迭代计数k设置为k＝0；

步骤2.根据电力系统节点的各给定初值计算各功率不平衡量，并判断各所述功率不平衡量是否小于其所对应的各容许值；

若是，则转向步骤7；若否，则进入步骤3；

步骤3.计算建立雅可比矩阵所需的各个元素；

步骤4.合并所述元素，得到雅可比矩阵及修正方程式；

步骤5.求解所述修正方程式，并根据所述修正方程式的解修正所述各给定初值；

步骤6.将所述迭代计数k设置为k＝k+1，返回步骤2根据修正后结果进行下一轮迭代；

步骤7.计算所述电力系统的各潮流值，并输出计算结果。

优选的，所述步骤1之前，包括：

a.采集电力系统节点的原始数据；其中，所述原始数据包括所述电力系统节点的有功功率、无功功率、电流和电压；

b.给定所述电力系统的各初值，所述初值包括电压初值U⁽⁰⁾和相角向量初值Q⁽⁰⁾。

优选的，所述步骤2包括：

2-1根据电压初值U⁽⁰⁾和相角向量初值Q⁽⁰⁾计算有功不平衡量ΔP^(k)和无功不平衡量ΔQ^(k)；

2-2.根据判断各ΔP^(k)和ΔQ^(k)是否小于其所对应的各容许值；

若是，则转向步骤7；若否，则进入步骤3；

其中，i代表系统中的节点编号，ε代表设定的有功或无功不平衡量的容许值；为系统中第i个节点的有功不平衡量；为系统中第i个节点的无功不平衡量。