[发明专利]一种基于对角加边形式的电力系统暂态稳定仿真并行计算方法

说明书

本发明公开了一种基于对角加边形式的电力系统暂态稳定仿真并行计算方法，该方法在传统BBDF算法的基础上，将边界网络计算和子网计算两部分作了并行化处理。传统方法中边界网络的计算以及子网与边界网络的频繁等待和通信使得并行计算的加速比很快到达饱和，这限制了并行效率的进一步提高。本发明方法的并行计算时间是子网计算时间和边界网络计算时间(包括子网和边界网络的通信耗时)的较大值，而不再是原方法中两者的叠加。相比传统BBDF方法，该方法在并行计算中具有更高的加速比。

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，尤其涉及一种基于对角加边形式的电力系统暂态稳定仿真并行计算方法。

背景技术

现代电力系统规模不断扩大，复杂程度不断增加，对电力系统暂态稳定实时仿真和快速计算提出了更高的要求。并行计算技术能够有效提高仿真计算速度，是解决上述问题的有效工具。一方面，近年来计算机的处理器架构不断升级，高性能计算技术快速发展。另一方面，电力系统领域的并行计算技术也取得了重要的成果，许多新的并行算法被不断提出。目前，利用优化的电力系统仿真并行算法，在高性能计算硬件基础上开发出高效的并行计算应用程序成了当务之急。

根据划分的任务粒度大小，电力系统仿真的并行计算可以分作粗粒度和细粒度并行计算。细粒度并行计算主要对矩阵的元素进行并行操作，由于频繁的通信使加速比更容易达到饱和。而粗粒度并行计算，一般采用的方法是将原系统分割成多个小的子系统，对各个子系统并行处理和计算，包括被广泛采用的BBDF方法。在BBDF方法中，根据因子表道路树或者其他分割方法将网络分割成多个子网，将网络方程写成对角加边(BBDF)的形式，这样各子网可以并行的前代回代计算。这种方法一般能获得4-8的加速比。

但是，传统的BBDF算法中，边界网络的前代回代计算以及边界网络与子网间频繁的信息交互限制了加速效果的进一步提高。尤其当分割子网的数目变多时，边界网络的规模进一步扩大，计算量和通信量都会相应增加，使得加速比很快达到饱和。

发明内容

本发明目的是针对传统BBDF方法存在的不足，提出一种基于对角加边形式的电力系统暂态稳定仿真并行计算方法，该方法在传统BBDF算法的基础上，将边界网络计算和子网计算两部分作了并行化处理。传统方法中边界网络的计算以及与子网的频繁通信使得并行计算的加速比很快到达饱和，本发明方法的并行计算时间是子网计算时间和边界网络计算时间(包括子网和边界网络的通信耗时)的较大值，而不再是传统BBDF方法中两者的叠加。本发明方法能够较大幅度的提高并行计算的加速比。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于对角加边形式的电力系统暂态稳定仿真并行计算方法，该方法基于因子表道路树将电力网络划分为n个子网和1个边界网络。经上述分割后，电力网络方程将形成如下BBDF形式：

其中，对角块Y_ii对应子网节点的导纳矩阵，边界公共块Y_cc对应边界节点的导纳矩阵，边界块 Y_nc与Y_cn为子网节点与边界点的联系部分；V_i,I_i(i＝1,...,n)为子网的电压和电流向量；V_c,I_c为边界网络的电压和电流向量。

将导纳矩阵Y进行LU分解，可进行前代回代计算，前代计算公式如下：

其中，L_ii,L_cc是子网和边界网络的下三角矩阵，L_ci(i＝1,...,n)对应子网与边界网络的联系部分， w_i(i＝1,...,n),w_c是中间向量。

回代计算公式如下：