[发明专利]基于GPU并行计算的电力系统PQ分解状态估计方法

权利要求书

1.一种基于GPU并行计算的电力系统PQ分解状态估计方法，其特征在于，至少包括：

S1.采集电力系统的量测参数和电力系统的网络参数；

步骤S1所述电力系统的量测参数包括：节点电压U、节点注入有功功率P_{inj_M}、节点注入无功功率Q_{inj_M}、支路两侧有功功率P_{ft_M}、P_{tf_M}支路两侧无功功率Q_{ft_M}、Q_{tf_M}及电流幅值；通过量测参数形成有功测值向量Z_{P_M}、无功量测值向量Z_{Q_M}，以及有功量测权矩阵R_P和无功量测权矩阵R_Q；所述电力系统的网络参数包括：节点数nodeNum、支路数量lnNum、支路首节点编号f、支路末节点编号t、支路电阻R、支路电抗X、支路非标准变比K、对地导纳B、节点并联电导G_sh、节点并联电纳B_sh；

S2.根据电力系统的网络参数生成节点导纳矩阵及支路导纳列表；

步骤S2所述的支路导纳列表由一侧至另一侧的导纳存放结构依次为：支路导纳列：Y_s[1]～Y_s[lnNum]、支路f侧对地导纳列：Y_f[1]～Y_f[lnNum]及支路t侧对地导纳列：Y_t[1]～Y_t[lnNum]；

支路导纳列中任意一个支路k导纳Y_s(k)的求解公式为：

其中，Y_s(k)表示该支路导纳，R(k)表示该支路电阻，X(k)表示该支路电抗；K(k)表示该支路非标准变比；g_s(k)为该支路电导；b_s(k)为该支路电纳；j为复数计算中虚部标识；

支路f侧对地导纳列中第k个支路f侧对地导纳Y_f(k)的求解公式为：

其中，B(k)表示该支路对地电容，g_f(k)为该支路f侧对地电导；b_f(k)为该支路f侧对地电纳；

支路t侧对地导纳列中第k个支路t侧对地导纳Y_t(k)的求解公式为：

其中，g_t(k)为该支路t侧对地电导；b_t(k)为该支路t侧对地电纳；

S3.以电力系统的节点电压幅值及电压相角作为状态变量向量，对状态变量向量初始化，将节点电压幅值初始化为1.0pu，节点电压相角初始化为0.0rad；

S4.根据电力系统的量测参数和电力系统的网络参数，分别计算有功雅各比矩阵H_P及无功雅各比矩阵H_Q；

步骤S4所述的有功雅各比矩阵H_P为nodeNum+lnNum*2行nodeNum列的稀疏矩阵，有功雅各比矩阵H_P中的元素计算公式为：

θ_ft＝θ_f(k)-θ_t(k)

其中，P_inj(i)为点i的注入有功功率；B_ij表示节点i与节点j之间的支路电导，B_ii表示节点i的自电导、θ_i为节点i的电压相角、θ_j为节点j的电压相角；U_f(k)为支路k起始节点的电压幅值；U_t(k)为支路k末节点的电压幅值；θ_f(k)支路k起始节点的电压相角，θ_t(k)为支路k末节点的电压相角；f(k)为支路k起始节点编号、t(k)为支路k末节点编号,θ_ft表示节点i与节点j的电压相角差；

无功雅各比矩阵H_Q为nodeNum*3+lnNum*2行nodeNum列的稀疏矩阵，无功雅各比矩阵H_Q中的元素计算公式为：

θ_ft＝θ_f(k)-θ_t(k)

其中，Q_inj(i)为节点i的注入无功功率，B_ij表示节点i与节点j之间的支路电导，B_ii表示节点i的自电导、U_i为节点i的电压幅值、U_j为节点j的电压幅值；U_f(k)为支路k起始节点的电压幅值；U_t(k)为支路k末节点的电压幅值；θ_f(k)支路k起始节点的电压相角，θ_t(k)为支路k末节点的电压相角；f(k)为支路k起始节点编号、t(k)为支路k末节点编号，θ_ft表示节点i与节点j的电压相角差；

S5.计算有功残差方程矩阵A_P和无功残差方程矩阵A_Q，对有功残差方程矩阵A_P和无功残差方程矩阵A_Q分别进行LLT分解得到有功下三角矩阵A_PL及无功下三角矩阵A_QL；

步骤S5所述的有功残差方程矩阵A_P的计算公式为：

其中，为有功雅各比矩阵H_P的转置，为有功量测权矩阵R_P的逆矩阵；

无功残差方程矩阵A_Q的计算公式为：

其中，为无功雅各比矩阵H_Q的转置，为无功量测权矩阵R_Q的逆矩阵；

S6.将有功雅各比矩阵H_P、无功雅各比矩阵H_Q、有功下三角矩阵A_PL、无功下三角矩阵A_QL及支路导纳列表复制到GPU的主内存中；

S7.基于GPU并行计算，在GPU中进行有功迭代，判断有功迭代收敛条件是否满足，若是，执行步骤S8，否则，更新节点电压相角，执行步骤S8；

S8.在GPU中进行无功迭代，判断无功迭代收敛条件是否满足，若是，执行步骤S9；否则，更新节点电压幅值，执行步骤S9；

S9.判断有功迭代及无功迭代是否均收敛，若是，输出状态估计结果；否则，执行步骤S10；

S10.判断迭代次数kk是否大于最大迭代次数k_th，若是，状态估计迭代不收敛；否则，返回执行步骤S7。