[发明专利]一种电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的运行、分析与调度技术领域，尤其涉及一种基于并行计算技术的电力系统轨迹灵敏度获取方法。

背景技术

随着我国坚强智能电网建设进程的推进，以三华电网为核心的特高压电网逐渐形成，大量可再生能源并网发电，电力系统动态性能在电网安全、稳定运行中的地位愈加重要。电力系统的动态性能通常通过电力系统时域仿真进行评估和验证，然而由于现代电力系统存在模型参数不准确、运行点经常变化的特性，一般需要大量的时域仿真方能有效的对电网的动态性能进行准确评估。文献《Sensitivity,Approximation,and Uncertainty in Power System Dynamic Simulation》系统化的提出了轨迹灵敏度方法，并将其运用于电力系统仿真分析中。通过使用一阶轨迹灵敏度信息，可以有效的对参数空间中基准轨迹的领域内的轨迹簇进行估计，从而替代了计算复杂、费时的多模型参数时域仿真，大大减少了电力系统动态性能评估的计算量。所获得的轨迹灵敏度也为电力系统稳定控制提供了量化的依据，通过分析对失稳现象影响大的轨迹灵敏度，可以以此设计对应的电力系统稳定控制策略，从而提升系统运行的安全性。

由此可见，轨迹灵敏度是电力系统动态性能分析中的有力工具，但在实际工程应用中存在着轨迹灵敏度计算量大，求解时间长等技术困难。并行计算技术能够利用大规模并行计算机高效求解科学计算问题，突破现有串行计算的计算性能与规模的瓶颈。但轨迹灵敏度的计算本质上属于一个顺序串行计算的过程，无法直接应用并行计算技术予以加速求解。因此需要一种新型的轨迹灵敏度并行分解策略，有效的使用并行计算技术提高其计算效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于并行计算技术的电力系统轨迹灵敏度获取方法，该方法可提高电力系统动态性能评估的计算性能，可用于电力系统稳定分析与控制等应用领域。

电力系统并行化轨迹灵敏度获取方法包括如下步骤：

第一步：通过电力系统遥测系统获得电网运行静态数据，从稳定数据库中获得系统动态数据，构建参数向量p下的微分代数方程组D₀(p)用以表征电力系统的动态行为。

第二步：对参数向量p中的每个分量构造对应的前向灵敏度微分代数方程组，如针对p中的第i个分量p_i，对应的前向灵敏度微分代数方程为D_i(p)。

第三步：使用隐式梯形积分法求解拓展微分代数方程组{D₀(p),D₁(p)…D_NP(p)},其中NP为参数向量p的维度。差分化后拓展微分代数方程组的解通过一组非线性方程组E(p)描述。

第四步：使用不诚实牛顿法将非线性方程组E(p)转化为一系列的线性方程组L(p)的迭代格式。忽略雅可比矩阵中的非对角块，从而形成块对角结构。进而将线性方程组L(p)解耦为NP+1个独立线性方程组，记其中第i个线性方程组为L_i(p)，对每个独立线性方程组L_i(p)使用独立的计算处理单元求解，实现拓展微分代数方程组求解的并行化。

第五步：微分代数方程D₀(p)的解即为电力系统的时域仿真结果，前向灵敏度微分代数方程组D_i(p)的解即为第i个参数p_i对应的轨迹灵敏度。检测时域仿真结果中是否存在电网失稳的现象，如有电网失稳，则首先寻找轨迹灵敏度中对电网失稳影响较大的参数，然后基于其灵敏度设计电网稳定控制策略，使电力系统的运行规避失稳风险。

所述的第三步中的拓展微分代数方程组差分得到的第n个仿真时步下的非线性方程组E(p)为：

E(p):

其中h为仿真步长。拓展微分代数方程组和对应的拓展状态变量定义如下：拓展微分代数方程组为：

其中，y和分别为原微分代数方程组D₀(p)的状态变量及其导数，f为原微分代数方程组D₀(p)的定义函数，和分别为拓展微分代数方程组的拓展状态变量及其导数，s_i和分别为参数向量p的第i个分量对应的轨迹灵敏度及其导数。相应的，拓展微分代数方程组{D₀(p),D₁(p)…D_NP(p)}中的各分量定义为：

D₀(p)：y(t₀)＝y₀(p)