本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)的自動分網(wǎng)方法，具體涉及一種大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真并行方法的設(shè)計與實現(xiàn)既要針對電磁暫態(tài)仿真的特點，也要充分考慮硬件平臺—PC機群的特點，以有效提高電磁暫態(tài)仿真的速度。由于電磁暫態(tài)實時仿真對計算時序有嚴格要求，考慮到PC機群的通信速度較低的特點，亟需一種大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法。有分網(wǎng)方式是手動分網(wǎng)，分網(wǎng)不均勻，計算時間長，且不是全網(wǎng)最優(yōu)化的，這樣計算過程中容易導致有的子網(wǎng)計算快，有的子網(wǎng)計算太慢，而總的計算步長必須容納計算最慢的子網(wǎng)，產(chǎn)生木桶短板效應(yīng)，而且隨著電網(wǎng)規(guī)模的變大，容易產(chǎn)生子網(wǎng)之間數(shù)據(jù)交換不匹配、計算錯誤。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法，解決大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真，在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真中應(yīng)用并行處理技術(shù),可以提高仿真速度，滿足大規(guī)模電力系統(tǒng)實時和超實時仿真對計算速度的要求。
本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明提供一種大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法，其改進之處在于，所述方法包括不指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)和指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)。
進一步地，所述不指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)包括：通過長線將全網(wǎng)分解為電氣子站，對于每一個電氣子站統(tǒng)計其計算時間和通信時間；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割目標函數(shù)進行優(yōu)化，采用的自動網(wǎng)絡(luò)分割的目標函數(shù)為：
式中，S是目標函數(shù)；na、nb、nc為各子網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)目；ns為各子網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線數(shù)目；
優(yōu)化后將各個電氣子站組合成一個個子網(wǎng)，原則如下：
1)按照全局最優(yōu)化原則，每個子網(wǎng)的計算時間+通信時間最小的原則，即每個子網(wǎng)的計算時間+通信時間<＝k1*仿真步長，其中k1為小于1的一個系數(shù)；系數(shù)保存在配置文件中；
2)對于不滿足1)原則的子網(wǎng)，采用節(jié)點分網(wǎng)方式分解，將電氣子站分解為若干個子網(wǎng)每個子網(wǎng)的執(zhí)行時間＝計算時間+通信時間+主控處理時間，其中節(jié)點分網(wǎng)方式的單位通信時間與長線分網(wǎng)方式不同，長線分網(wǎng)是電氣量中的輸電線作為不同子網(wǎng)之間的邊界，節(jié)點分網(wǎng)是把母線節(jié)點作為不同子網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)邊界。
進一步地，所述指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)包括：通過長線將全網(wǎng)分解成電氣子站，通過電氣子站的組合或者再次用節(jié)點分網(wǎng)方式分解后，按下式(2)和(3)進行優(yōu)化形成小于或等于k1*仿真步長的各個子網(wǎng)并將式(2)和式(3)進行組合得出所采用的如式(4)和式(5)所示的目標函數(shù)：
Min C＝αM2+βL2 (2)
式(2)中，MinC是最優(yōu)目標函數(shù)；M是所有子網(wǎng)中的最大節(jié)點數(shù)目；L是子網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的數(shù)目；α、β均為權(quán)重因子；αM2反映單個子網(wǎng)的計算時間，βL2反映單個子網(wǎng)間的通訊時間；
式(3)中，T是所有子網(wǎng)的總母線數(shù)目；ni是第i個子網(wǎng)中的母線數(shù)目；Fi是可行性標志，如果第i個子網(wǎng)是連通的，則表示第i個子網(wǎng)是可行的，F(xiàn)i＝1；否則不可行，F(xiàn)i＝0；Fgi、Fci、Fti表示子網(wǎng)中發(fā)電機、電容器和變壓器與設(shè)定的邊界值比較所得的邏輯值標志，當子網(wǎng)中的發(fā)電機數(shù)目大于設(shè)定的發(fā)電機數(shù)目時，F(xiàn)gi＝0，否則Fgi＝1；當子網(wǎng)中的電容器數(shù)目大于設(shè)定的電容器數(shù)目時，F(xiàn)ci＝0，否則Fci＝1；當子網(wǎng)中的電容器數(shù)目大于設(shè)定的電容器數(shù)目時，當子網(wǎng)中的變壓器數(shù)目大于設(shè)定的變壓器數(shù)目時，F(xiàn)ti＝0，否則Fti＝1；β是罰因子；反映母線在子網(wǎng)間均勻分配的需求，b2考慮子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線數(shù)目最小化，反映對動態(tài)元件數(shù)目的限制及子網(wǎng)是否連通；
如果形成的子網(wǎng)數(shù)目大于指定子網(wǎng)數(shù)目，提示用戶修改步長或子網(wǎng)數(shù)目；如果形成子網(wǎng)數(shù)目小于指定子網(wǎng)數(shù)目，則將通過組合形成的子網(wǎng)解散，直至形成的子網(wǎng)數(shù)目與指定的子網(wǎng)數(shù)目相同，通過節(jié)點分裂形成的子網(wǎng)不作二次分割或組合。
與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：
本發(fā)明提出一種解決大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法，在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真中應(yīng)用并行處理技術(shù)，可以提高仿真速度，滿足大規(guī)模電力系統(tǒng)實時和超實時仿真對計算速度的要求。通過網(wǎng)絡(luò)之間聯(lián)絡(luò)的節(jié)點作為子網(wǎng)絡(luò)的邊界點，把整個電力系統(tǒng)仿真網(wǎng)絡(luò)自然的劃分為各個子網(wǎng)，根據(jù)精度需要確定不同網(wǎng)絡(luò)的仿真步長。本發(fā)明方法在網(wǎng)絡(luò)劃分時不需要解耦元件，網(wǎng)絡(luò)劃分簡單清楚，通用性強，分網(wǎng)速度快。可以并行仿真不同速率、不同步長的含VSC精確模型的電磁暫態(tài)子網(wǎng)進行實時、超實時仿真。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
本發(fā)明提供一種大規(guī)模電磁暫態(tài)電網(wǎng)仿真的自動分網(wǎng)方法，包括不指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)和指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)。
不指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)包括：通過長線將全網(wǎng)分解為電氣子站，對于每一個電氣子站統(tǒng)計其計算時間和通信時間；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割目標函數(shù)進行優(yōu)化，采用的自動網(wǎng)絡(luò)分割的目標函數(shù)為：
式中，S是目標函數(shù)；na、nb、nc為各子網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)目；ns為各子網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線數(shù)目；
優(yōu)化后將各個電氣子站組合成一個個子網(wǎng)，原則如下：
1)按照全局最優(yōu)化原則，每個子網(wǎng)的計算時間+通信時間最小的原則，即每個子網(wǎng)的計算時間+通信時間<＝k1*仿真步長，其中k1為小于1的一個系數(shù)；系數(shù)保存在配置文件中；
2)對于不滿足1)原則的子網(wǎng)，采用節(jié)點分網(wǎng)方式分解，將電氣子站分解為若干個子網(wǎng)每個子網(wǎng)的執(zhí)行時間＝計算時間+通信時間+主控處理時間，其中節(jié)點分網(wǎng)方式的單位通信時間與長線分網(wǎng)方式不同，長線分網(wǎng)是電氣量中的輸電線作為不同子網(wǎng)之間的邊界，而節(jié)點分網(wǎng)是把母線節(jié)點作為不同子網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)邊界。
指定子網(wǎng)數(shù)目的自動分網(wǎng)包括：通過長線將全網(wǎng)分解成電氣子站，通過電氣子站的組合或者再次用節(jié)點分網(wǎng)方式分解后，根據(jù)目標函數(shù)進行優(yōu)化，優(yōu)化后形成小于等于k1*仿真步長的各個子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)分割的目標函數(shù)如式(2)和式(3)，并將式(2)和式(3)進行組合得出所采用的目標函數(shù)，如式(4)和式(5)所示：
Min C＝αM2+βL2 (2)
式(2)中，MinC是最優(yōu)目標函數(shù)；M是所有子網(wǎng)中的最大節(jié)點數(shù)目；L是子網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的數(shù)目；α、β均為權(quán)重因子；αM2反映單個子網(wǎng)的計算時間，βL2反映單個子網(wǎng)間的通訊時間；
式(3)中，T是所有子網(wǎng)的總母線數(shù)目；ni是第i個子網(wǎng)中的母線數(shù)目；Fi是可行性標志，如果第i個子網(wǎng)是連通的，則表示第i個子網(wǎng)是可行的，F(xiàn)i＝1；否則不可行，F(xiàn)i＝0；Fgi、Fci、Fti表示子網(wǎng)中發(fā)電機、電容器和變壓器與設(shè)定的邊界值比較所得的邏輯值標志，當子網(wǎng)中的發(fā)電機數(shù)目大于設(shè)定的發(fā)電機數(shù)目時，F(xiàn)gi＝0，否則Fgi＝1；當子網(wǎng)中的電容器數(shù)目大于設(shè)定的電容器數(shù)目時，F(xiàn)ci＝0，否則Fci＝1；當子網(wǎng)中的電容器數(shù)目大于設(shè)定的電容器數(shù)目時，當子網(wǎng)中的變壓器數(shù)目大于設(shè)定的變壓器數(shù)目時，F(xiàn)ti＝0，否則Fti＝1；β是罰因子；反映母線在子網(wǎng)間均勻分配的需求，b2考慮子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線數(shù)目最小化，反映對動態(tài)元件數(shù)目的限制及子網(wǎng)是否連通；
如果形成的子網(wǎng)數(shù)目大于指定子網(wǎng)數(shù)目，提示用戶修改步長或子網(wǎng)數(shù)目；如果形成子網(wǎng)數(shù)目小于指定子網(wǎng)數(shù)目，則將通過組合形成的子網(wǎng)解散，直至形成的子網(wǎng)數(shù)目與指定的子網(wǎng)數(shù)目相同，通過節(jié)點分裂形成的子網(wǎng)不作二次分割或組合。
以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。