基于MPI的P-Q法潮流计算及暂态稳定的并行方法研究

论文摘要

电力系统是一个复杂的非线性时变系统，随着电网规模的不断扩大和对在线分析要求的不断提高，传统的分析计算方法受到了前所未有的挑战。电力系统计算往往是解一组代数方程或联解代数方程与微分方程，为了提高计算速度，将并行处理技术引入电力系统分析计算领域，为从根本上解决电力系统实时分析的难题提供了一种有效途径。本论文首先介绍了并行计算的基本理论和并行算法基础，并介绍了MPI及其并行程序设计。在此基础上，针对电力系统中最基本的潮流计算进行了分析，提出了一种基于矩阵求逆的P-Q法潮流计算空间并行方案。为了提高并行化程度，从系数矩阵的形成和利用因子表求解修正方程式两方面寻找并行化方案，设计了基于MPI的高斯消去并行潮流算法，通过若干个电力系统的算例分析证明了该算法的有效性。电力系统的暂态稳定问题相对来说要复杂得多。本论文对电力系统的主要元件发电机、负荷及电力网络进行了数学模型分析。针对暂态稳定计算中的故障或操作，提出了一种基于分解故障线路的故障处理方案。考虑到故障或操作的不对称性，建立了三序导纳矩阵形式的电力网络模型。之后对简化模型下的暂稳计算进行了流程分析与算法设计。为了加快计算速度，借鉴潮流并行算法的设计经验，提出了一种基于MPI的代数-微分方程组求解的空间并行算法方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 并行处理技术在电力系统中的应用
• 1.2.1 在潮流计算中的应用
• 1.2.2 在暂态稳定中的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 并行计算的基本理论
• 2.1 并行处理概述
• 2.2 物理问题的并行求解过程
• 2.3 并行语言
• 2.4 并行算法
• 2.4.1 并行算法的定义和分类
• 2.4.2 并行算法中的同步与通信
• 2.4.3 并行算法的性能度量
• 2.4.4 并行算法一般设计方法
• 2.4.5 并行算法设计应注意的问题
• 2.5 小结
• 第三章 MPI及其并行程序设计
• 3.1 并行编程模型
• 3.2 MPI简介
• 3.3 六个接口构成的MPI子集
• 3.4 MPI消息传递过程
• 3.5 MPICH并行程序设计
• 3.5.1 MPICH简介
• 3.5.2 MPICH for Microsoft Windows的安装与配置
• 3.6 基于MPI的简单并行程序
• 3.7 小结
• 第四章 基于MPI的并行潮流计算
• 4.1 并行潮流计算方法总结
• 4.2 P-Q法潮流并行算法的设计
• 4.2.1 P-Q分解法潮流计算的基本原理
• 4.2.2 基于分解-叠加原理的矩阵求逆并行算法设计
• 4.2.3 基于并行高斯消去法的算法设计
• 4.3 算法性能分析
• 4.4 小结
• 第五章 电力系统暂态稳定计算及并行算法研究
• 5.1 基本概念
• 5.2 暂态稳定分析的数值解法
• 5.3 暂态稳定计算的数学模型及其求解方法
• 5.3.1 发电机的数学模型
• 5.3.2 负荷的数学模型
• 5.3.3 电力网络
• 5.4 故障的处理
• 5.5 简化模型暂态稳定分析
• 5.5.1 流程图
• 5.5.2 流程分析
• 5.6 暂态稳定的并行计算研究
• 5.6.1 空间并行算法
• 5.6.2 时间并行算法
• 5.6.3 并行算法的分析
• 5.6.4 并行算法的设计
• 5.7 算例分析
• 5.8 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文