本發(fā)明涉及直流配電，尤其涉及一種用于直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行優(yōu)化的方法。

背景技術(shù)：

1、直流配電系統(tǒng)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，特別是在城市電網(wǎng)和電氣化交通中。然而隨著直流配電系統(tǒng)中換流器與被動(dòng)元件間的相互作用，可能會(huì)在不同頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出不穩(wěn)定現(xiàn)象。為探索配置控制和保護(hù)策略對系統(tǒng)運(yùn)行的影響，通常需要進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真分析?，F(xiàn)有的電磁暫態(tài)分析工具在系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和分析步長減小之間存在不可克服的矛盾。因此，為保證直流配電系統(tǒng)的分析效率和精度，配置相應(yīng)的方法和方案十分必要。

2、考慮到操作場景的不確定性和多樣性，多參數(shù)設(shè)置下的多次分析分析會(huì)帶來顯著的計(jì)算開銷。因此，基于隨機(jī)微分方程理論的隨機(jī)電磁暫態(tài)分析成為了揭示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和測試控制策略的重要手段。然而，受隨機(jī)過程模擬、數(shù)值算法收斂性和開關(guān)器件觸發(fā)校正機(jī)制等因素的共同影響，隨機(jī)電磁暫態(tài)分析的數(shù)值穩(wěn)定性普遍要弱于確定性分析。在隨機(jī)電磁暫態(tài)分析中，處理大量節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜計(jì)算任務(wù)的需求催生了并行處理技術(shù)的應(yīng)用，用來提高計(jì)算速度和效率。但新的問題又出現(xiàn)了，并行處理方法可能會(huì)因時(shí)間步長、關(guān)聯(lián)支路阻抗以及數(shù)值算法收斂性等因素的共同作用，導(dǎo)致誤差累積，特別是在開關(guān)器件觸發(fā)校正機(jī)制不夠精確時(shí)更為明顯。此外，隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算資源的分配和管理也變得更加復(fù)雜，進(jìn)一步加劇了計(jì)算效率的問題。

3、因此，針對子系統(tǒng)間設(shè)置關(guān)聯(lián)支路并通過邊界電壓延遲傳遞的并行處理方案中存在的隨機(jī)計(jì)算量大、數(shù)值穩(wěn)定性差的問題，如何進(jìn)行優(yōu)化并提升直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行分析的效率，成為需要研究的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行優(yōu)化的方法，能夠提升直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行分析的效率。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

3、一種用于直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行優(yōu)化的方法，如圖3所示，包括：

4、s1、對所述直流配電系統(tǒng)中進(jìn)行分解處理并得到各個(gè)子系統(tǒng)，之后重新配置關(guān)聯(lián)支路；

5、s2、對子系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化處理，之后對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序；

6、s3、對經(jīng)過排序的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行篩選，其中，篩選結(jié)果與節(jié)點(diǎn)對電壓校正的影響程度相關(guān)。之后，可以進(jìn)行校正步驟設(shè)置，設(shè)定統(tǒng)一的電壓結(jié)果精度標(biāo)準(zhǔn) e v；

7、s4、獲取當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)電壓；

8、s5、根據(jù)設(shè)定的電壓結(jié)果精度標(biāo)準(zhǔn)，檢測當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)電壓是否滿足校正條件，若滿足，則進(jìn)行電壓校正；否則，重復(fù)執(zhí)行s4至s5；其中，根據(jù)s4求解結(jié)果，和設(shè)定的電壓結(jié)果精度標(biāo)準(zhǔn) e v，判斷當(dāng)前電壓結(jié)果是否滿足校正條件，若滿足，則進(jìn)入步驟6；否則， t= t+△ t，重復(fù)執(zhí)行步驟4，△ t為設(shè)定的仿真時(shí)間步長；

9、s6、同步各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

10、本實(shí)施例中，s1，包括：根據(jù)預(yù)設(shè)的子系統(tǒng)邊界，將所述直流配電系統(tǒng)劃分為至少兩個(gè)子系統(tǒng)，并記錄每個(gè)子系統(tǒng)中的組件的電氣參數(shù)和連接關(guān)系；其中，所述子系統(tǒng)邊界包括：物理結(jié)構(gòu)和功能分區(qū)，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的功能區(qū)域（如換流器區(qū)、負(fù)載區(qū)等），將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)。根據(jù)子系統(tǒng)中的組件的電氣參數(shù)和連接關(guān)系，建立各個(gè)子系統(tǒng)模型。所述重新關(guān)聯(lián)支路包括：將一個(gè)子系統(tǒng)的上一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)電壓，代替與這一個(gè)子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)子系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)電壓。

11、本實(shí)施例中，s2，包括：將系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)按連接的元件類型進(jìn)行分類，分類結(jié)果包括：動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)、靜態(tài)節(jié)點(diǎn)和開關(guān)節(jié)點(diǎn)；對分類后的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，之后生成各類型節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)向量，其中，編號(hào)的優(yōu)先順序從高至低為：靜態(tài)節(jié)點(diǎn)、開關(guān)節(jié)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)向量的長度等于同類節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；根據(jù)得到的存儲(chǔ)向量和對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序得到的最大排序長度，生成相關(guān)矩陣。

12、本實(shí)施例中，s3，包括：確定節(jié)點(diǎn)的局部收縮范圍，之后在經(jīng)過排序的節(jié)點(diǎn)中剔除對電壓校正影響程度小的節(jié)點(diǎn)，其中，通過標(biāo)準(zhǔn)化靈敏度量化節(jié)點(diǎn)對電壓校正的影響程度。所述標(biāo)準(zhǔn)化靈敏度包括：，其中， sa k是對應(yīng)于第 k個(gè)工作狀態(tài)的靈敏度矩陣，靈敏度矩陣表示為 sa， sa中的每個(gè)元素 sa( i, j)表示當(dāng)?shù)? j個(gè)關(guān)聯(lián)支路的電壓偏差對第 i個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓校正的影響大小，j表示關(guān)聯(lián)支路的序號(hào)，i表示節(jié)點(diǎn)的序號(hào)， j l為接入子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)支路的總數(shù)， k s為可能的工作狀態(tài)數(shù)；所述剔除對電壓校正影響程度小的節(jié)點(diǎn)，包括：根據(jù) s i的值，將具有較低標(biāo)準(zhǔn)化靈敏度的節(jié)點(diǎn)從 sa中移除。

13、本實(shí)施例中，并行處理單步仿真階段，通過線性靜態(tài)迭代的方式獲取當(dāng)前時(shí)刻t的節(jié)點(diǎn)電壓。s4包括：針對子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b，建立節(jié)點(diǎn)電壓模型，其中， gab, n和 gba, n為子系統(tǒng)a和b間關(guān)聯(lián)支路對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣， ga, n和 gb, n分別為對子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的伴隨電路進(jìn)行重構(gòu)后對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣， ia, n和 ib, n分別為子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的注入電流， va, n和 vb, n分別為子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的節(jié)點(diǎn)電壓，下標(biāo)n表示仿真的第n步，即tn=ndt，tn表示當(dāng)時(shí)時(shí)刻，dt表示仿真步長；通過線性靜態(tài)迭代的方式對所述節(jié)點(diǎn)電壓模型進(jìn)行處理直至收斂。

14、具體的，所述通過線性靜態(tài)迭代的方式對所述節(jié)點(diǎn)電壓模型進(jìn)行處理直至收斂，包括：根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)電壓模型建立節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣：，其中，mn、vn、nn、in分別表示子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的伴隨電路進(jìn)行重構(gòu)后對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣構(gòu)成的分塊對角矩陣、子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的節(jié)點(diǎn)電壓構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)電壓向量、子系統(tǒng)a和b間關(guān)聯(lián)支路對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣構(gòu)成的零補(bǔ)矩陣、子系統(tǒng)a和子系統(tǒng)b的注入電流構(gòu)成的注入電流向量；

15、通過線性靜態(tài)迭代模型處理所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣直至收斂，所述線性靜態(tài)迭代模型包括：，其中，上標(biāo)( k)為第 k次迭代的相應(yīng)結(jié)果；上標(biāo)-1為矩陣的求逆運(yùn)算。

16、本實(shí)施例中，在s5中，所述校正條件包括：條件1和條件2，所述條件1用于檢測是否在當(dāng)前時(shí)間時(shí)刻 t n執(zhí)行校正，所述條件2用于檢測是否在下一時(shí)刻 t n+1啟用校正步驟；所述條件1包括：， e v為設(shè)定的電壓結(jié)果統(tǒng)一精度標(biāo)準(zhǔn)值，表示對應(yīng)邊界節(jié)點(diǎn)的部分，，為當(dāng)前時(shí)刻所求子系統(tǒng)的第一個(gè)解中邊界節(jié)點(diǎn)的電壓， vo, n-1表示剩余子系統(tǒng)上一時(shí)刻得到的邊界節(jié)點(diǎn)電壓；所述條件2包括：，是對應(yīng)邊界節(jié)點(diǎn)的部分；，和 va, n分別表示a子系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻已經(jīng)考慮誤差修正步驟的伴隨電路的節(jié)點(diǎn)電壓向量、a子系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻伴隨電路的節(jié)點(diǎn)電壓向量，其中，和 va, n滿足：， glink, n為當(dāng)前時(shí)刻所有鏈路支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣， vo, n-1為其他子系統(tǒng)在上一時(shí)刻得到的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓結(jié)果，為當(dāng)前時(shí)刻對子系統(tǒng)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的逆矩陣， ia, n為當(dāng)前時(shí)刻子系統(tǒng)中伴隨電路注入電流向量，為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)解的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓。

17、本實(shí)施例中，在s6中，包括：更新當(dāng)前時(shí)刻子系統(tǒng)的電流注入向量；根據(jù)更新后的電流注入向量，更新節(jié)點(diǎn)的電壓值；將所有子系統(tǒng)的電流注入向量和電壓值進(jìn)行同步。其中，所述更新當(dāng)前時(shí)刻子系統(tǒng)的電流注入向量，包括： ， glink, n-1為上一時(shí)刻所有關(guān)聯(lián)支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣， vo, n-2為剩余子系統(tǒng)在前兩個(gè)時(shí)刻得到的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓結(jié)果，為上一時(shí)刻對當(dāng)前子系統(tǒng)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的逆矩陣， ia, n-1為上一時(shí)刻當(dāng)前子系統(tǒng)中伴隨電路注入電流向量；所述根據(jù)更新后的電流注入向量，更新節(jié)點(diǎn)的電壓值，包括：，為待校正節(jié)點(diǎn)電壓值， va, n為校正后節(jié)點(diǎn)電壓值， glink, n為當(dāng)前時(shí)刻所有關(guān)聯(lián)支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣； vo, n-1為剩余子系統(tǒng)在上一時(shí)刻得到的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓結(jié)果；為當(dāng)前時(shí)刻對子系統(tǒng)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的逆矩陣， ia, n為當(dāng)前時(shí)刻子系統(tǒng)中伴隨電路注入電流向量；為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)解的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓。

18、本發(fā)明實(shí)施例提供的用于直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)并行優(yōu)化的方法，選擇性實(shí)施電壓校正并通過節(jié)點(diǎn)最優(yōu)排序和子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)局部收縮進(jìn)行加速，實(shí)現(xiàn)在有限資源條件下直流配電系統(tǒng)隨機(jī)電磁暫態(tài)高效并行仿真，適用于子系統(tǒng)間設(shè)置關(guān)聯(lián)支路并通過邊界電壓延遲傳遞的并行處理方案，為了提高該并行仿真方案下隨機(jī)電磁暫態(tài)的仿真精度，設(shè)計(jì)了電壓選擇性校正步驟，并開發(fā)了包含節(jié)點(diǎn)最優(yōu)排序和子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)局部收縮的加速技術(shù)以減輕校正步驟的計(jì)算負(fù)擔(dān)，可充分保證復(fù)雜直流配電系統(tǒng)的隨機(jī)電磁暫態(tài)并行分析的效率。