基于网格与并行技术的电力系统动态安全评估

论文摘要

智能化安全评估是统一坚强电网建设的关键内容,是互联输电网的神经中枢,是维系电力生产过程的基础,是保障电网运行和发展的重要手段。随着并行计算技术和网格计算技术在我国电力系统中的广泛应用,使得利用系统分析特点和先进计算技术开展智能化安全评估系统研究与设计工作成为可能。本文基于同构并行技术、异构并行技术研究了暂态稳定分析并行算法,基于网格技术研究了电力系统动态安全评估。主要成果如下:1、结合了现代计算机多核心的特点,对电力系统暂态稳定分析的算法及并行化设计进行了研究。在引入基于因子表路径树的网络分割方法上,将电力网络系数矩阵写成对角块加边形式,结合并行环境几乎零延迟的特点,发展了并行求解电力网络方程的算法,并在共享内存型的多核并行计算机上实现了暂态稳定的并行计算。结果显示,这种并行化技术有效地提高了运行效率。2、针对现代CPU和GPU多核心的特点,对电力系统暂态稳定分析及其并行算法进行了研究。结合电力网络矩阵稀疏化的特征,与计算统一设备架构（CUDA: Compute Unified Device Architecture）技术,提出了基于CPU网络矩阵划分及运算调度和GPU细粒度并行的电力系统暂态稳定分析的异构并行算法,并对稀疏矩阵的处理进行了优化。利用3000节点和1256节点案例,对该算法进行了对比仿真和测试。仿真结果表明异构并行算法可以获得较高的加速比和很好的并行计算效率。另外针对多GPU系统提出基于OpenMP + CUDA的混合并行算法,拓展了异构并行算法的应用范围。3、针对电网的实际特点,开发了基于网格计算的安全评估体系。系统的设计本着低成本、可靠性、适应性的原则,利用虚拟化的环境构架为其在电力系统中的应用提供了性能优化和竞争优势仿真结果显示:基于网格计算的安全评估系统,能够充分利用现有资源,使批量计算任务达到线性加速比,计算结果准确可靠,为电网运行方式人员提供强有力的工具。通过不同规模系统的算例分析,证明了本文所提网格与并行仿真算法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.2 网格及在电力系统分析中的研究意义
• 1.2.1 网格的概念和特点
• 1.2.2 网格在电力系统分析中的应用
• 1.3 并行计算技术在暂态稳定分析中的研究意义
• 1.3.1 暂态稳定分析与并行计算技术
• 1.3.2 主要应用方法分析
• 1.4 并行计算技术在暂态稳定分析中的研究思路
• 1.4.1 整体研究思路与研究难点
• 1.5 本文的工作
• 1.6 论文的结构
• 第二章 电力系统暂态稳定同构并行算法
• 2.1 引言
• 2.2 空间并行仿真区域划分技术
• 2.2.1 电力网络的分割
• 2.2.2 空间并行仿真简介
• 2.2.3 暂态稳定计算模型
• 2.2.4 区域划分的基础理论
• 2.2.5 电力网络划分算法
• 2.3 暂态稳定同构并行算法
• 2.3.1 同构并行技术的应用基础
• 2.3.2 暂态稳定的仿真算法
• 2.3.3 多核多线程并行化
• 2.4 本章小结
• 第三章 电力系统暂态稳定CPU-GPU 异构并行算法
• 3.1 引言
• 3.2 CUDA 编程模型及体系结构
• 3.2.1 同构与异构并行
• 3.2.2 CUDA 编程模型
• 3.2.3 CUDA 存储器模型
• 3.2.4 CUDA 硬件结构
• 3.3 异构并行技术
• 3.3.1 异构并行技术简介
• 3.3.2 暂态稳定分析算法
• 3.3.3 暂态稳定算法并行化原理
• 3.4 基于异构并行技术的暂态稳定算法实现
• 3.4.1 基于CUDA 的算法设计
• 3.4.2 数据分组
• 3.4.3 暂态稳定异构并行算法流程
• 3.4.4 多GPU 系统下的混合并行算法
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 网格环境下的电力系统动态安全评估
• 4.1 引言
• 4.2 网格计算体系结构
• 4.3 动态安全评估网格计算平台
• 4.3.1 动态安全评估系统的特点
• 4.3.2 动态安全评估系统的开发原则
• 4.4 电力系统网格平台任务调度方法
• 4.5 电力网格的组成
• 4.6 本章小结
• 第五章 网格并行平台性能分析
• 5.1 动态安全分析
• 5.1.1 DSAGrid 动态安全分析
• 5.1.2 DSAGrid 动态安全分析计算主要功能和特点
• 5.2 应用实例
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文