一种基于组态方式的交直流电网静态安全并行分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统安全稳定仿真技术领域，具体涉及一种基于组态方式的交直 流电网静态安全并行分析方法。
【背景技术】
[0002] 电网规划和运行时，根据电网安全稳定运行要求，对电网静态安全分析是基础工 作之一。电网静态安全分析是通过预想事故对电网进行仿真计算分析，判断电网母线是否 出现电压越限，线路或变压器是否出现过载现象。如果出现不能接受的电压越限或设备过 载，将认为系统静态不安全。工程上，通常采取设备元件N-I开断后判断电网电压是否越限 和设备是否过载方法进行电网静态安全分析。
[0003] 静态安全分析方法主要包括补偿法和直接开断元件法。补偿法利用变化前的网络 方程解，进行少量修正计算，得到变化后网络方程解，其物理意义是在原网络结构不变，注 入电流不变基础上，在节点上补偿与支路电流大小相等，方向相反的电流，即模拟节点间支 路的开断。补偿法的优点是计算速度快，缺点是在计算大规模电网时，存在一定误差，且无 法判断计算结果是保守还是冒进，这对于电力系统静态安全分析十分不利。此外，补偿法不 修改网络结构，无法给出元件开断后的网络结构，无法给稳定计算提供潮流初值。直接开断 元件法针对已经收敛的基态潮流，通过元件逐一开断形成新的潮流数据，重新计算潮流并 根据计算结果进行越限或过载分析，计算准确度高，操作灵活，可以直接得到元件开断后潮 流数据，能为电网暂态稳定计算提供潮流初值，缺点时计算量大，计算速度慢，需要人工形 成潮流数据，劳动强度大，效率低。
[0004] 我国能源结构逆向分布特征，决定了能源必须大规模远距离传输，建设大规模电 能输送的交直流混联电网成为输电网结构形态的必然选择。经济快速发展带来繁荣富庶同 时，也引发严重的环境及生态问题，必须逐步降低非持续性存在的化石能源消耗，发展可再 生能源成为当前能源开发利用的重点。技术进步带给电力设备更新换代，以新材料技术为 支撑如氧化锌避雷器、六氟化硫断路器、碳纤维复合芯导线等一批新型设备在电网中得到 应用，高压大功率电力电子器件（如宽禁带半导体器件等）和装备使高压大功率电力变换 和控制成为可能，高效灵活的定制电力改变着传统电力流模式。这些电网深刻变革所带来 的电网安全运行挑战更为严峻，也对保证电网安全运行的静态安全分析提出了更高要求。 必须在保证静态安全分析计算结果足够准确前提下，实现指定条件下设备开断元件的全覆 盖，实现开断故障集合任务处理的高速化，实现潮流计算、静态安全判断、结论分析汇总过 程的全自动化。
【发明内容】
[0005] 为满足新形势下交直流混联电网静态安全分析准确性、全覆盖、自动化及快速性 要求，本发明以静态安全直接开断元件法为基础，提供一种基于组态方式的交直流电网静 态安全并行分析方法，用于提高电力系统静态安全分析准确性及自动处理效率。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种基于组态方式的交直流电网静态安全并行分析方法，所述方法包 括以下步骤：
[0008] 步骤1 :选定基础潮流运行方式数据；
[0009] 步骤2 :整定静态安全并行分析参数；
[0010] 步骤3 :根据设定条件筛选开断元件；
[0011] 步骤4 :对静态安全分析计算任务进行分析；
[0012] 步骤5 :对静态安全分析最终结果进行统计与分析。
[0013] 所述步骤1中，基础潮流运行方式数据包括发电机参数、变压器参数、线路参数和 负荷参数。
[0014] 所述步骤2中，静态安全并行分析参数包括N-I静态安全分析开断范围条件值、不 同电压等级越限判别阀值、线路过载判别阀值、变压器过载判别阀值、并行处理数以及潮流 计算分析执行体版本。
[0015] 所述步骤3具体包括以下步骤：
[0016] 步骤3-1 :将电压等级、电网分区作为设定条件，对基础潮流运行方式数据进行二 次拓扑分析，具体有：
[0017] 1)提取交直流电网中全部母线形成母线集合，将母线电压及电网分区分别与指定 的电压等级、电网分区进行匹配，匹配通过的母线形成母线集合（i) b，并对母线集合（J)b进行 Hash映射处理；
[0018] 2)启动线路和变压器支路遍历，提取每条支路的两条母线，基于Hash映射进行查 询，判断提取的母线是否存在于母线集合4^中，如果存在，该支路被选中作为开断支路，否 则被忽略；
[0019] 步骤3-2 :将线路和变压器组合作为设定条件，形成开断元件对应的静态方式数 据集，具体有：
[0020] 1)根据开断元件描述规则，从基础潮流运行方式数据中提取所有支路描述信息， 设任一支路两边的母线分别为分别按Bi指向B 旨向Bi两种方式形成支路描述集 合<K，内部元素个数为支路数的2倍；对进行Hash映射处理，映射时哈希键取支路 描述信息，哈希值指向支路在基础潮流运行方式数据中的存储位置；
[0021] 2)将设定的开断支路按开断元件描述规则规范化，形成开断元件条件集合（i)。，遍 历巾。中每个元素，采用Hash映射判断每个元素是否出现在（i^中，组合所有存在于（i^中 的元素，构成开断元件集合仏，％中元素个数N于小于等于支路描述集合(K的元素个数 L ；
[0022] 3) %中的元素存在<K所对应的哈希键，定位并通过键值提取出奶V元素在基础 潮流运行方式数据中的位置，将其从基础潮流运行方式数据逐一消除，即可形成N个静态 安全并行数据集。
[0023] 所述步骤4具体包括以下步骤：
[0024] 步骤4-1 ;对静态安全分析计算任务集进行均衡分配；
[0025] 步骤4-2 :对静态安全分析任务子集进行静态安全分析；
[0026]步骤4-3 :对静态安全分析结果进行汇总。
[0027] 所述步骤4-1具体包括以下步骤：
[0028] 步骤4-1-1 :根据并行计算服务节点数K、单节点服务器多核数C以及单节点服务 可并发计算数P，确定静态安全并行分析模与及规模；
[0029] 步骤4-1-2 :N个静态安全并行数据集以并行计算服务节点数K为目标，拆分成任 务矩阵Dn，有：
[0031] PFSij表示任务矩阵Dn中第i行、第j列元素，其为静态安全分析计算任务；任务 矩阵行元素个数与并行计算服务节点数K相同，任务矩阵Dn共有K行、M列，i G [1， K]，j e [1，M];用静态安全并行数据集个数除以并行计算服务节点数后，进行取整运算，即
表明静态安全分析计算任务集中的静态安全分析计算任务实现均衡分配，形成K个静态安 全分析任务子集，每个静态安全分析任务子集中有M个静态安全分析计算任务；
安全分析计算任务数为N-MX (K-I)，且N-MX (K-I) < M，表明第K个并行计算服务节点处 理的静态安全分析计算任务数变少，实现非均衡分配；于是任务矩阵Dn演变为：
[0035] 所述步骤4-2中，静态安全并行分析管理节点将静态安全分析任务子集分派到并 行计算服务节点，并行计算服务节点根据自身核数对并行处理数进行饱和控制，当静态安 全分析任务子集数大于最大饱和阀值时，需按照最大饱和阀值进行循环计算；具体有：
[0036] (1)对静态安全分析计算任务PFSu进行潮流计算，潮流收敛后根据静态安全分析 得到的电压越限和过载元件信息生成报表，对报表内容进行摘要统计后完成静态安全分析 任务子集的静态安全分析；
[0037] 所述报表内容包括母线节点信息、线路信息和变压器信息；
[0038] 所述母线节点信息包括输出电压运行值、输出电压上限值、输出电压下限值及输 出电压越限值；
[0039] 所述线路信息包括输出电流运行值、输出电流上限值及线路负载率；
[0040] 所述变压器信息包括输出额定功率值、变压器容量上限值及变压器负载率。
[0041] (2)根据静态安全分析标准判断值对电力系统的状态进行评估，所述静态安全分 析标准判断值按照元件参数或电压等级指定。
[0042] 所述步骤4-3中，并行计算服务节点上的M个静态安全分析计算任务全部完成静 态安全分析后，得到M个静态安全分析结果，静态安全并行分析管理节点对M个静态安全分 析结果进行汇总，得到静态安全分析最终结果。
[0043] 所述步骤5中，静态安全并行分析管理节点对静态安全分析最终结果进行统计和 分析，生成N个静态安全分析