机组作用系数批量计算方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种机组作用系数批量计算方法、装置及存储介质。

背景技术：

机组作用系数(unitinteractionfactor，uif)是ieee标准(std1204-1997)中提出的一个评估直流输电系统与发电机组之间的耦合程度的指标，其定义为：

式中：uifi为第i台发电机组的作用系数；shvdc、si分别为所述直流输电系统(hvdc)及第i台发电机的额定容量；sci为不考虑第i台发电机组时换流母线的短路容量；sctot为计及第i台发电机组时换流母线的短路容量。

由于计算第i台机组的机组作用系数uifi主要就是求解sci，求解sci主要是求解zii，zii是发电机节点i(即第i台发电机组)短路阻抗，而现有求解zii的方法一般是对直流输电系统的节点导纳矩阵求逆，采用这种方法计算一个节点的机组作用系数需要求一次逆，计算1万个节点的机组作用系数需要求1万次逆，可见，当节点的数量非常多时，这种计算多个节点的机组作用系数的方法耗时严重。如今，电网规模越来越大，例如，目前节点可达数万个，显然，采用现有这种计算方法计算大量节点的机组作用系数耗时严重、速度慢。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机组作用系数批量计算方法，以解决现有计算大量节点的机组作用系数的方法耗时严重、速度慢的问题，本发明能够快速实现大量节点的机组作用系数的计算，减少计算时间。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种机组作用系数批量计算方法，包括：

获取直流输电系统的节点导纳矩阵yn×n；其中，所述节点为发电机机组；

对所述节点导纳矩阵yn×n进行ldu分解，得到分解结果；其中，n表示直流输电系统的节点总数；

将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...010...}^t，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；

一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为xi，xi＝{...z(i-1)iziiz(i+1)i...}，zii是节点i的短路阻抗；基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数；其中，一个线程计算一个节点的机组作用系数，所有节点的机组作用系数并行计算。

进一步地，所述基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数，具体包括：

获取所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗；

根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述节点的机组作用系数。

进一步地，所述根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算计及所述节点时换流母线的短路容量

其中，节点为发电机机组，sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量则u为所述发电机机组的机端电压、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

进一步地，所述根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量：

其中，节点为发电机机组，sc为计算不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、u为所述发电机机组的机端电压、zid″为所述发电机机组的次暂态电抗、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

进一步地，所述根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述节点的机组作用系数，具体为：

根据如下公式计算所述节点的机组作用系数：

其中，节点为发电机机组，则sc为不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量、shvdc为所述直流输电系统的额定容量、s为所述发电机机组的额定容量。

进一步地，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：

基于cuda将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的机组作用系数。

进一步地，所述的机组作用系数批量计算方法，还包括：

在计算得到所有节点的机组作用系数后，将所述所有节点的机组作用系数返回到cpu中。

第二方面，本发明实施例提供一种机组作用系数批量计算装置，包括：

节点导纳矩阵获取单元，用于获取直流输电系统的节点导纳矩阵yn×n；其中，所述节点为发电机机组；

lud分解单元，用于对所述节点导纳矩阵yn×n进行ldu分解，得到分解结果；其中，n表示直流输电系统的节点总数；

发送单元，用于将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...010...}^t，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；

机组作用系数计算单元，用于一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为xi，xi＝{...z(i-1)iziiz(i+1)i...}，zii是节点i的短路阻抗；基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数；其中，一个线程计算一个节点的机组作用系数，所有节点的机组作用系数并行计算。

进一步地，所述基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数，具体包括：

获取所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗；

根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述机组作用系数

第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述所述的机组作用系数批量计算方法。

相比于现有技术没有对多个节点的sc做并行任务分解处理，计算一万个节点的机组作用系数需要对节点导纳矩阵求一万次逆，导致计算大量节点的uif耗时严重、速度慢，本发明实施例通过把求解短路容量sc做了并行任务分解，每个线程可以独立地求解自己的sc，具体地，通过将求节点的阻抗向量分为两步：(1)对节点导纳矩阵进行ldu分解；(2)基于分解结果和预先设计的列向量计算得到对应的节点阻抗向量，由于ldu分解的结果是公用的，因此，如计算一万个节点只需求解一次解，又由于每个节点阻抗向量的计算都是相互独立的，因此，这样便可利用并行计算方式计算每个节点对应地sci，从而实现多个节点的机组作用系数并行计算，即机组作用系数的批量计算。由上分析可知，相比于现有技术，本发明实施例能够提高计算速度、减少计算次数，从而能够减少计算时间，进而能够快速实现大量节点的机组作用系数的计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的机组作用系数批量计算方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的机组作用系数批量计算装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例1：

请参阅图1，本发明实施例提供一种机组作用系数批量计算方法，包括：

s1、获取直流输电系统的节点导纳矩阵yn×n；其中，所述节点为发电机机组；

s2、对所述节点导纳矩阵yn×n进行ldu分解，得到分解结果；其中，n表示直流输电系统的节点总数；

在本发明实施例中，应当理解的是，ldu分解能够将具有相关性的变量转换为相互独立的变量。在本发明实施例中，对节点导纳矩阵yn×n进行ldu分解，即yn×n＝ldu，其中，l为单位下三角矩阵，d为对角矩阵，u为l的转置。

s3、将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...010...}^t，bi的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]。

s4、一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为xi，xi＝{...z(i-1)iziiz(i+1)i...}，zii是节点i的短路阻抗；基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数；其中，一个线程计算一个节点的机组作用系数，所有节点的机组作用系数并行计算。

在本发明实施例中，应当理解的是，假设直流输电系统有n个节点，则需要有n个线程，每个线程处理一个节点。由于在图形处理器gpu中，各个线程是同步进行的，因此，通过一个一个地将节点枚举给对应的线程(枚举一个节点给对应线程后，马上枚举另有一个节点给另一个线程，直至所有节点枚举完成)，每个线程根据各自负责的节点的列向量计算得到所负责的节点的阻抗向量，由于阻抗向量包括自身节点的短路阻抗，这样便能实现并行计算所有节点的机组作用系数。

还需理解的是，所述分解结果是公用的，每个线程都会根据这个分解结果计算各自负责的节点的机组作用系数。而每个线程的n维向量都是不同的，每个线程的n维向量根据其所负责的节点的序号确定。

相比于现有技术没有对多个节点的sc做并行任务分解处理，计算一万个节点的机组作用系数需要对节点导纳矩阵求一万次逆，导致计算大量节点的uif耗时严重、速度慢，本发明实施例通过把求解短路容量sc做了并行任务分解，每个线程可以独立地求解自己的sc，具体地，通过将求节点的阻抗向量分为两步：(1)对节点导纳矩阵进行ldu分解；(2)基于分解结果和预先设计的列向量计算得到对应的节点阻抗向量，由于ldu分解的结果是公用的，因此，如计算一万个节点只需求解一次解，又由于每个节点阻抗向量的计算都是相互独立的，因此，这样便可利用并行计算方式计算每个节点对应地sci，从而实现多个节点的机组作用系数并行计算，即机组作用系数的批量计算。由上分析可知，相比于现有技术，本发明实施例能够提高计算速度、减少计算次数，从而能够减少计算时间，进而能够快速实现大量节点的机组作用系数的计算。

作为本发明实施例的一种举例，所述基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数，具体包括：

获取所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗；

根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述节点的机组作用系数。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算计及所述节点时换流母线的短路容量

其中，节点为发电机机组，sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量则u为所述发电机机组的机端电压、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量：

其中，节点为发电机机组，sc为计算不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、u为所述发电机机组的机端电压、zid″为所述发电机机组的次暂态电抗、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述节点的机组作用系数，具体为：

根据如下公式计算所述节点的机组作用系数：

其中，节点为发电机机组，则sc为不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量、shvdc为所述直流输电系统的额定容量、s为所述发电机机组的额定容量。

作为本发明实施例的一种举例，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：

基于cuda将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的机组作用系数。

作为本发明实施例的一种举例，所述的机组作用系数批量计算方法，还包括：

在计算得到所有节点的机组作用系数后，将所述所有节点的机组作用系数返回到cpu中。

需要说明的是，本发明实施例提供的机组作用系数批量计算方法适用于gpu的cuda并行计算架构。基于cuda并行计算架构，在实现机组作用系数批量计算任务映射时，可实现计算任务工作量均匀分布和效率最大化。

作为本发明实施例的一种举例，所述机组作用系数批量计算方法，还包括：在计算得到所有节点的机组作用系数后，将所述所有节点的机组作用系数返回到cpu中。

应当理解的是，在本发明实施例中，cpu用于对返回的所有机组作用系数进行汇总处理。

实施例2：

请参阅图2，第二方面，本发明实施例提供一种机组作用系数批量计算装置，包括：

节点导纳矩阵获取单元1，用于获取直流输电系统的节点导纳矩阵yn×n；其中，所述节点为发电机机组；

lud分解单元2，用于对所述节点导纳矩阵yn×n进行ldu分解，得到分解结果；其中，n表示直流输电系统的节点总数；

发送单元3，用于将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器；其中，第i个节点对应的n维列向量为bi，bi＝{...010...}^t的第i个元素等于1，其余为0，i∈[1,n]；

机组作用系数计算单元4，用于一一枚举所有所述节点，使所述图形处理器对应的线程根据所述分解结果和所述节点对应的n维列向量计算得到所述节点的阻抗向量；其中，第i个节点的阻抗向量为xi，xi＝{...z(i-1)iziiz(i+1)i...}，zii是节点i的短路阻抗；基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数；其中，一个线程计算一个节点的机组作用系数，所有节点的机组作用系数并行计算。

进一步地，所述基于所述节点的短路阻抗计算所述节点的机组作用系数，具体包括：

获取所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗；

根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量；

根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量、所述节点的额定容量计算所述机组作用系数。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述节点的机端电压和所述节点的短路阻抗计算计及所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算计及所述节点时换流母线的短路容量

其中，节点为发电机机组，sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量，u为所述发电机机组的机端电压、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述节点的机端电压、所述节点的次暂态电抗和所述节点的短路阻抗计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量，具体为：

根据如下公式计算不考虑所述节点时换流母线的短路容量：

其中，节点为发电机机组，sc为计算不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、u为所述发电机机组的机端电压、zid″为所述发电机机组的次暂态电抗、zii为所述发电机机组的短路阻抗。

作为本发明实施例的一种举例，所述根据所述计及所述节点时换流母线的短路容量、所述不考虑所述节点时换流母线的短路容量、所述直流输电系统的额定容量和所述节点的额定容量计算所述节点的机组作用系数，具体为：

根据如下公式计算所述节点的机组作用系数：

其中，节点为发电机机组，则sc为不考虑所述发电机机组时换流母线的短路容量、sctqt为计及所述发电机组时换流母线的短路容量、shvdc为所述直流输电系统的额定容量、s为所述发电机机组的额定容量。

作为本发明实施例的一种举例，所述将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，具体为：

基于cuda将所述分解结果和每个节点对应的n维列向量发送到图形处理器，以供所述图形处理器的每个线程计算对应节点的机组作用系数。

作为本发明实施例的一种举例，所述的机组作用系数批量计算装置，还包括：

返回单元，用于在计算得到所有节点的机组作用系数后，将所述所有节点的机组作用系数返回到cpu中。

应当理解的是，在本发明实施例中，cpu用于对返回的所有机组作用系数进行汇总处理。

实施例3：

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述所述的机组作用系数批量计算方法。

需要说明的是，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要进一步说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。