[发明专利]一种基于稀疏技术的电力系统直角坐标PQ分解法潮流数据存贮方法

说明书

一种基于稀疏技术的电力系统直角坐标PQ分解法潮流数据存贮方法，本发明方法将传统方法中Y(n,2n)、B′(n‑1,n‑1)、B″(n‑1,n‑1)三个数组上下三角的非零元素存于A(n,d)数组中，大大减少存贮单元数并提高数据文件的读写速度和PQ分解法潮流中I_pi、I_qi或ΔP_i、ΔQ_i的计算速度，并利用Y、B′、B″阵三者非零元素位置几乎相同的关系，进一步减少存贮单元。与链表法等方法相比，存贮单元的数量大大下降。如对IEEE‑118节点系统，本发明与传统方法相比，最大存贮单元数和实际存贮单元数分别为后者的10.00％、4.48％，写读数据文件的时间分别为后者的11.45％和6.20％。节点数越多，本发明优势越明显。

技术领域

本发明属于电力系统分析计算领域。

背景技术

牛顿-拉夫逊法(牛顿法)是电力系统潮流计算中最常用的方法，按计算过程可将其分为直角坐标牛顿法和极坐标牛顿法，根据两者特性简化可分别派生出极坐标PQ分解法和直角坐标PQ分解法。一般来说直角坐标牛顿法比极坐标牛顿法在原理阐述和计算编程方面更好理解，但从计算过程上来看，极坐标牛顿法比直角坐标牛顿法修正方程式的方程数要少，雅可比矩阵元素的种类和数量也少，有时潮流迭代次数也少1次或相同，因此极坐标牛顿法比直角坐标牛顿法应用似乎更为广泛。由于同样原因，极坐标PQ分解法已成为PQ分解法的代名词，几乎无文献介绍直角坐标PQ分解法。实际上，由于直角坐标潮流计算中不涉及三角函数，这对许多系统尤其是在考虑稀疏性和直角坐标潮流计算系数矩阵特点的情况下其存贮单元数、潮流迭代速度等并不亚于极坐标的指标。

电力系统中PQ分解法潮流计算中涉及到多个对称的、极度稀疏的系数矩阵应用。若不考虑这些系数矩阵的稀疏性，大量零元素的数据在存贮、读取及计算过程中会导致存贮空间的极大浪费、读写数据文件及计算过程时间过长。因此，结合直角坐标PQ分解法系数矩阵的特点、并考虑稀疏技术对元素的存贮方式不但可大量节省存贮单元，还可大大减少数据文件的存贮、读取及计算过程的时间。

直角坐标PQ分解法潮流计算中需用到3个数组，其中导纳矩阵Y用于计算节点电流(I_pi、I_qi)和节点功率(ΔP_i、ΔQ_i)，系数矩阵B′用于计算电压虚部增量Δf_i，系数矩阵B″用于计算电压实部增量Δe_i。传统PQ分解法中对这3个系数矩阵数据的存贮、读取、应用等存在以下不足：

(1)B′、B″阵元素的获取方式不合理。

由于Y、B′、B″阵元素的构成对潮流收敛性或收敛速度影响较大，一般其元素构成应各不相同。最简单的B′、B″阵元素获取方式是直接取自Y阵元素的虚部，这样只要存贮1个Y阵元素即可。但如果B′、B″阵元素完全取用Y阵元素的虚部，或如果仅B′、B″阵元素相同、而不同于Y阵元素的虚部，都可能影响PQ分解法潮流的迭代次数或收敛性。

(2)Y、B′、B″阵元素的存贮方式不合理。

设n为系统的节点数，m为系统的PQ节点数，传统的直角坐标PQ分解法中对应的数组分别为Y(n,2n)、B′(n-1,n-1)、B″(n-1,n-1)，分别对应存放极度稀疏的Y、B′、B″阵元素。这种存贮方式会造成存贮空间的极大浪费和读写数据文件及计算时间过长，且用Y(n,2n)数组计算I_pi、I_qi或ΔP_i、ΔQ_i效率极为低下。如果用坐标存贮、顺序存贮、链表存贮等方法，尽管可节省不少存贮单元，但由于对角元与非对角元分开存贮使得数据的读取过程繁琐，不利于其计算及处理，计算I_pi、I_qi或ΔP_i、ΔQ_i时效率也不高。

(3)Y、B′、B″阵数据文件的存贮个数较多、读写时间较长。