電力系統(tǒng)分布式并行計(jì)算管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及到電力系統(tǒng)能量管理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的電力生產(chǎn)管理已經(jīng)形成了一整套“分級(jí)管理，分層控制，分步處理”的體系。各級(jí)調(diào)度中心都針對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)建立較為詳細(xì)的電力系統(tǒng)模型，但各個(gè)分區(qū)電網(wǎng)并不了解其他分區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。而從物理結(jié)構(gòu)上來看，電網(wǎng)是互聯(lián)的，各個(gè)電網(wǎng)不可忽略其他網(wǎng)絡(luò)孤立的對(duì)本區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算和管理。電力元件上的物理變化通過電網(wǎng)連接相互影響，相互制約，使電力系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)模型復(fù)雜，數(shù)據(jù)廣域分布的特點(diǎn)。另一方面，電力市場的出現(xiàn)對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行又提出了許多非技術(shù)性的要求。電網(wǎng)的互聯(lián)與電力系統(tǒng)分層分區(qū)的管理體制之間的矛盾決定了需要進(jìn)行多控制中心之間的分解協(xié)調(diào)計(jì)算。
[0003]與此同時(shí)，電力系統(tǒng)的安全不僅有賴于電力系統(tǒng)的運(yùn)行、分析和控制技術(shù)，還受制于信息系統(tǒng)的有效性和可靠性，并與規(guī)劃設(shè)計(jì)、市場運(yùn)營、博弈、監(jiān)管、科技投入和人才培養(yǎng)等因素密切相關(guān)，堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)仍有可能在一系列相繼故障和不當(dāng)操作的打擊下發(fā)生震蕩，甚至系統(tǒng)范圍的停電。對(duì)于電力系統(tǒng)來說，實(shí)現(xiàn)在線安全定量評(píng)估和各道防線自適應(yīng)優(yōu)化及協(xié)調(diào)，構(gòu)建時(shí)空協(xié)調(diào)的安全穩(wěn)定防御框架的任務(wù)極其緊迫。對(duì)于幾次大的停電事故的反思啟示，新一代的能量管理系統(tǒng)要建立完整地時(shí)空協(xié)調(diào)運(yùn)算機(jī)制:從孤立防御到綜合防御，基于時(shí)空協(xié)調(diào)的調(diào)度與管理。這就要求在空間上分布式存在的多控制中心分解協(xié)調(diào)計(jì)算能夠在時(shí)間上以及應(yīng)用上并發(fā)實(shí)現(xiàn)。
[0004]另一方面，分布式動(dòng)態(tài)潮流、分布式狀態(tài)估計(jì)、靜態(tài)安全分析等多種電力系統(tǒng)分布式應(yīng)用計(jì)算研宄逐漸成熟并在電力系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于能量管理系統(tǒng)(EnergyManagement System, EMS)協(xié)調(diào)各種分布式應(yīng)用并行計(jì)算的能力提出更多要求。文獻(xiàn)[1](張伯明，張海波.多控制中心之間分解協(xié)調(diào)模式研宄[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26 (22): 1-5)從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，給出了我國實(shí)現(xiàn)多控制中心的分解協(xié)調(diào)計(jì)算應(yīng)遵循的發(fā)展規(guī)律，分別提出了在同步迭代，異步迭代和實(shí)時(shí)等值這三種分布式計(jì)算模式下，互聯(lián)系統(tǒng)潮流分解協(xié)調(diào)計(jì)算的具體實(shí)現(xiàn)形式和算法。文獻(xiàn)[2](張海波，蔣良敏，陶文偉.實(shí)用化分布式動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(9):67-71)引入了注冊、激活、啟動(dòng)的分布式管理機(jī)制，解決多子系統(tǒng)同時(shí)發(fā)起計(jì)算的沖突消解問題，并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)用化測試。文獻(xiàn)[3](張海波，易文飛.基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計(jì)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(9):125-131)提出了一種基于等值網(wǎng)等值量測修正思想的分布式狀態(tài)估計(jì)算法以及考慮外網(wǎng)量測信息的不良數(shù)據(jù)辨識(shí)方法，研宄了狀態(tài)估計(jì)分解協(xié)調(diào)計(jì)算的實(shí)用化實(shí)現(xiàn)過程并進(jìn)行了驗(yàn)證。
[0005]迄今為止，現(xiàn)有技術(shù)中還缺乏對(duì)多控制中心分解協(xié)調(diào)計(jì)算模式進(jìn)行實(shí)用化設(shè)計(jì)，缺乏考慮時(shí)空應(yīng)用三維坐標(biāo)進(jìn)行分布式并行計(jì)算系統(tǒng)管理機(jī)制、構(gòu)建并行計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用于分布式能量管理系統(tǒng)的技術(shù)方案，這使得電力系統(tǒng)分布式并行計(jì)算的具體開展面臨困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的多控制中心分解協(xié)調(diào)計(jì)算模式應(yīng)用于實(shí)踐的系統(tǒng)管理難題，設(shè)計(jì)一種電力系統(tǒng)分布式并行計(jì)算管理方法，為能量管理系統(tǒng)分布式多應(yīng)用提供合適的接入平臺(tái)，滿足未來電網(wǎng)對(duì)于新一代能量管理系統(tǒng)的要求。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0008]一種電力系統(tǒng)分布式并行計(jì)算管理方法，所述方法包括:
[0009]A、一子系統(tǒng)的一用戶發(fā)起高級(jí)應(yīng)用計(jì)算時(shí)，所述用戶通過其用戶管理對(duì)象向協(xié)調(diào)管理對(duì)象發(fā)送計(jì)算請求；
[0010]B、協(xié)調(diào)管理對(duì)象向其他子系統(tǒng)下達(dá)啟動(dòng)計(jì)算指令；
[0011]C、所述其他子系統(tǒng)的子系統(tǒng)管理對(duì)象在各自子系統(tǒng)內(nèi)開辟新的計(jì)算進(jìn)程，并在進(jìn)程中創(chuàng)建影子用戶，配合發(fā)起計(jì)算用戶進(jìn)行分布式計(jì)算；
[0012]D、影子用戶的用戶管理對(duì)象與所述協(xié)調(diào)管理對(duì)象建立連接，準(zhǔn)備分解協(xié)調(diào)計(jì)算；
[0013]E、所述用戶與影子用戶的用戶管理對(duì)象建立主用戶計(jì)算對(duì)象和從用戶計(jì)算對(duì)象，協(xié)調(diào)管理對(duì)象建立協(xié)調(diào)計(jì)算對(duì)象；
[0014]F、協(xié)調(diào)管理對(duì)象為所有的計(jì)算對(duì)象分配三維坐標(biāo)，全部計(jì)算對(duì)象通過三維坐標(biāo)相互定位與通信；
[0015]G、協(xié)調(diào)計(jì)算對(duì)象完成各計(jì)算對(duì)象之間的分解協(xié)調(diào)，各計(jì)算對(duì)象按照分解協(xié)調(diào)機(jī)制與子系統(tǒng)主從機(jī)制完成迭代計(jì)算；
[0016]H、計(jì)算結(jié)束后，主用戶計(jì)算對(duì)象輸出計(jì)算結(jié)果；
[0017]1、計(jì)算系統(tǒng)中任意一個(gè)用戶發(fā)起任意一種高級(jí)應(yīng)用計(jì)算，按照上述步驟完成一次計(jì)算過程。
[0018]所述方法中各計(jì)算實(shí)例包含計(jì)算對(duì)象通過三維坐標(biāo)標(biāo)注形成數(shù)據(jù)分層，屬于相同或者不同子系統(tǒng)的不同用戶可以同時(shí)啟動(dòng)相同或者不同的高級(jí)應(yīng)用計(jì)算，相互不產(chǎn)生影響，各用戶計(jì)算過程之間的并行完成，所述三維坐標(biāo)為時(shí)間、空間及應(yīng)用三維立體坐標(biāo)，其中，
[0019]時(shí)間維坐標(biāo)表示參與計(jì)算的不同用戶，
[0020]空間維坐標(biāo)表示計(jì)算對(duì)象所隸屬的不同子系統(tǒng)，
[0021]應(yīng)用維坐標(biāo)表示不同的高級(jí)應(yīng)用計(jì)算。
[0022]另外，所述方法將多控制中心之間的分解協(xié)調(diào)計(jì)算模式擴(kuò)展到多用戶與多應(yīng)用領(lǐng)域，確保能量管理系統(tǒng)多分布式應(yīng)用接入、多用戶啟動(dòng)時(shí)，各子系統(tǒng)分布式計(jì)算的正確性，所述高級(jí)應(yīng)用計(jì)算是可以連接到能量管理系統(tǒng)各種電力系統(tǒng)分布式高級(jí)應(yīng)用，包括狀態(tài)估計(jì)計(jì)算、潮流計(jì)算和靜態(tài)安全分析。
[0023]另外，所述步驟A之前還包括:
[0024]A01、在上級(jí)控制中心設(shè)置分布式計(jì)算的協(xié)調(diào)層，所述協(xié)調(diào)層具備協(xié)調(diào)管理功能與協(xié)調(diào)計(jì)算功能；
[0025]A02、利用下級(jí)各控制中心充當(dāng)各個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)連接多個(gè)用戶，子系統(tǒng)具備子系統(tǒng)管理功能，用戶具備用戶管理功能與用戶計(jì)算功能。
[0026]所述協(xié)調(diào)層、子系統(tǒng)及用戶的管理功能和計(jì)算功能由對(duì)象來實(shí)現(xiàn)，協(xié)調(diào)層具有協(xié)調(diào)管理對(duì)象和協(xié)調(diào)計(jì)算對(duì)象，所述子系統(tǒng)具有子系統(tǒng)管理對(duì)象，所述用戶具有用戶管理對(duì)象和用戶計(jì)算對(duì)象，其中，
[0027]協(xié)調(diào)管理對(duì)象用于管理整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)，包括對(duì)子系統(tǒng)狀態(tài)與用戶狀態(tài)管理、所有計(jì)算過程管理，處于核心地位，持續(xù)時(shí)間為整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)；
[0028]協(xié)調(diào)計(jì)算對(duì)象用于充當(dāng)各子系統(tǒng)通信代理，并完成具體計(jì)算過程中的邊界協(xié)調(diào)過程，持續(xù)時(shí)間為一次計(jì)算的持續(xù)時(shí)間；
[0029]子系統(tǒng)管理對(duì)象用于管理本子系統(tǒng)狀態(tài)、管理用戶進(jìn)程的創(chuàng)建、計(jì)算對(duì)象的建立、消亡過程，持續(xù)時(shí)間為子系統(tǒng)的存續(xù)期間；
[0030]用戶管理對(duì)象用于管理本用戶狀態(tài)、建立用戶與協(xié)調(diào)層之間的通信過程，持續(xù)時(shí)間為用戶的存續(xù)期間；
[0031]用戶計(jì)算對(duì)象用于完成實(shí)際計(jì)算過程，通過接口與協(xié)調(diào)計(jì)算對(duì)象進(jìn)行通信，持續(xù)時(shí)間為一次計(jì)算的持續(xù)時(shí)間。
[0032]特別地，步驟G進(jìn)一步包括:
[0033]G1、計(jì)算開始前，協(xié)調(diào)層讀取各子系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線信息，并依照子系統(tǒng)主從機(jī)制劃分子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)僅具有本子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)等值后發(fā)送到協(xié)調(diào)層；
[0034]G2、協(xié)調(diào)層在獲得各子系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)等值模型后，結(jié)合聯(lián)絡(luò)線信息建立各子系統(tǒng)的外網(wǎng)等值模型，并發(fā)送到對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)；
[0035]G3、子系統(tǒng)接受外網(wǎng)模型，形成本子系統(tǒng)電網(wǎng)計(jì)算拓?fù)洌?br>[0036]G4、計(jì)算開始后，各子系統(tǒng)每次迭代過程中，將本次應(yīng)用計(jì)算對(duì)應(yīng)的邊界協(xié)調(diào)信息發(fā)送至協(xié)調(diào)層，協(xié)調(diào)層根據(jù)邊界協(xié)調(diào)信息求取合并參數(shù)，并將邊界節(jié)點(diǎn)狀態(tài)量發(fā)送到對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)結(jié)合邊界信息完成迭代計(jì)算。
[0037]由當(dāng)前子系統(tǒng)原聯(lián)絡(luò)線外邊界節(jié)點(diǎn)或者邊界廠站，利用聯(lián)絡(luò)線功率或邊界節(jié)點(diǎn)電壓相對(duì)于外網(wǎng)元件的解耦線性化分布因子，確定緩沖網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)入本子系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)詳細(xì)建模。
[0038]其中不同計(jì)算應(yīng)用交換的邊界協(xié)調(diào)信息不同，其中動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算為邊界阻抗矩陣逆矩陣對(duì)角元，狀態(tài)估計(jì)計(jì)算為信息矩陣逆矩陣對(duì)角元。
[0039]另外，所述協(xié)調(diào)層與子系統(tǒng)及用戶之間的通信方式為:
[0040]協(xié)調(diào)層與每一個(gè)子系統(tǒng)之間建立通信連接；
[0041]協(xié)調(diào)層與每一個(gè)用戶與影子用戶之間建立通信連接；
[0042]協(xié)調(diào)層多個(gè)通信連接之間無阻塞干擾；
[0043]用戶與協(xié)調(diào)層之間的通信連接為異步通信連接。
[0044]所述方法還包括用戶管理步驟，所述用戶管理步驟包括:
[0045]用戶啟動(dòng)后建立與協(xié)調(diào)層的通信聯(lián)系；
[0046]記錄當(dāng)前用戶狀態(tài)，用戶狀態(tài)包括注冊與激活，表征當(dāng)前用戶所具有權(quán)限；
[0047]接收用戶狀態(tài)切換請求后，向協(xié)調(diào)層轉(zhuǎn)發(fā)請求并等待回應(yīng)；
[0048]接受并記錄用戶狀態(tài)切換結(jié)果，
[0049]接受開始計(jì)算指令后建立計(jì)算對(duì)象。
[0050]通過采用本發(fā)明的電力系統(tǒng)分布式并行計(jì)算管理方法，將多控制中心分解協(xié)調(diào)計(jì)算模式推廣到多用戶、多應(yīng)用領(lǐng)域加以實(shí)踐，解決了未來分布式能量管理系統(tǒng)開展分