韩一冬
国网成都供电公司 四川成都 610041
摘要：高效的电力系统静态安全分析技术需要减少安全分析时间，提高安全分析精度。传统的串行计算方式此时便渐现颓态，因其工作原理的原因，其无论在计算速度还是在计算规模上已无法满足电力系统计算中对大电网计算的要求。因此针对静态安全分析精度和分析速度的研究是改良电力系统静态安全分析技术的关键。近年来，图形处理器（ＧＰＵ）飞速发展，其由数以千计的更小、更高效的核心组成，这些核心专为同时处理多任务而设计。利用ＧＰＵ进行的并行计算可以达到快速、高效的要求。本文基于并行计算的电力系统静态安全分析技术展开论述。
关键词：并行计算；电力系统静态安全分析；技术
引言
预防性安全限制PSCOP(预防性安全限制最佳功率流)允许系统通过预置的发电机性能和节点电压调整来应对干扰。这将考虑“正常”(Base)和“失败”(Failure)状态下的可变限制。出现故障时，网络在运行边缘中断相应的负载通道，系统进入紧急状态。在快速自动控制恢复系统平衡和控制缓慢(发电机电流调节、并联电容器或停电等)之前实时分析系统缺陷。)无响应。这样可以避免严重的链故障(例如电路超载、电压过度等)，并尽快封锁系统状态，从而帮助您做出决策。１电力系统静态安全分析
电力系统的安全稳定可靠运行是社会发展、经济提高，以及国家安全的重要保障。我国现代电力系统展现出了经济型和复杂性等新特点，常规的安全稳定分析和控制策略难以满足现代电力系统对稳定安全运行的要求，所以急需开发一套实用有效的电网实时安全稳定评估体系和防御措施决策体系，从而精确全面评估电网安全稳定状态，发现系统中的薄弱环节，检查元件、设备是否过电压，各节点电压是否符合要求，从中发现问题，并提出必要的改进措施，保证电力系统正常运行并获得最大的经济性。常规的静态安全分析主要是对线路过载和电压越限进行分析。近年来随着电力系统的不断扩展，电压崩溃和连锁故障问题日益突出，如今电力系统静态安全分析也包括这两部分，如图１所示。电力系统静态安全分析的目的是验证在既定的发电运行方式和电网接线形式下系统能否安全稳定运行，判断是否会发生线路过载和电压越限问题。电力系统的静态安全分析包括线路过载、节点电压越限、电压崩溃和连锁故障分析。
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２并行算法实现
随着电网规模的不断增大和结构的日益复杂，亟需建立更加可靠的电力运行监视和控制系统，保障电网的经济安全运行，同时也对电网实时准确的调度控制能力提出了更高的要求。N-1安全校验可用于检验电网中某一元件强迫退出运行后系统的运行状态，进而准确地指导调度采取措施。为避免发生元件过负荷或者负荷母线过电压所造成的设备损坏或大面积停电等严重事故，实时进行系统N-1安全校验尤为重要。但由于在线网络分析能力的不足，目前N-1潮流求解多采用离线方式，无法满足调度决策的在线需求。因此，提高在线N-1安全校验的计算能力对电力系统实时在线运行具有重要作用。电力系统主要以Ｎ－１校验的方式进行安全分析，即：在系统运行状态下，断开任意一条线路后判断电力系统各项运行指标是否满足要求。由于需要对全部线路进行Ｎ次计算分析，因此，计算量很大。现在的静态安全分析采取的是一种预判方法，对系统进行多次潮流计算后，筛选出可能会引起电压越限和功率过载等问题ｓ针对计算结果进行静态安全的分析，判断系统是否能够安全运行，本文主要针对潮流计算算法的并行化，通过并行化处理，加速潮流算法的计算，从而大幅节省了时间，加快了静态安全分析的速度。
3概述
随着预期故障的数量和系统大小的增加，在出现多个潜在故障时解决PSCOPF问题可能会花费太长时间，甚至会导致内存溢出。本节详细介绍了两种改进的并行方法:改进方法1不更改PSCOPF模型，将计算程序编写为并行结构，使用MATLAB并行函数进行多CPU内核并行计算，以及加速处理。改进的方法2结合了推导n-1布线后节点电压的线性方程，在后续的现代内部点解决方案中取而代之，并通过合理化原始PSCOPF模型的平均值部分来简化计算，在每个CPU内核之间划分和调度任务，从而大大加快并行开销。并行多核技术目前应用于电力系统的大多数领域，其中有两个主要类别:直接方法，包括三角三角三角法、并行处理带状电缆和多因素分辨率。另一个变体是迭代方法，包括线性方程解、高斯松弛法牛顿、波松弛法等。对于最优流体算法中的密集正矩阵，需要采用无环图的块超节点矢量技术的Cholesky解，以实现更精细的粒度并行加速度。但是，分解过程中的各个步骤是相互依赖的，不适用于稀疏的非正矩阵。综上所述，可以说各种算法各有优缺点。实时满足需求的算法的选择是结合电力系统的具体应用环境进行的。
4基于GPU的静态安全分析算法
伴随着电网和互联网的快速增长，现代电力系统的规模和复杂性正在增加。在基本升级过程中，国家中心管理的高压直流混合网络管理了15，000多个计算节点，单线程CPU算法的计算时间最高可达3.5秒。某些电力系统分析需要大量的计算，例如b .需要分析各种电缆故障的静态安全分析，以及5，000个节点的网络可能会出现10，000多个要检查的故障。规划时需要对96个期间进行多次安全检查，其中每一次检查都需要对96个期间进行静态N-1安全分析，并需要大量的安全带。静态安全分析可能需要长达21分钟的功率网络完整扫描。传统的单线程CPU算法难以用于分析和操作管理任务。研究表明，使用GPU加速单个洪水很难获得最佳性能。为了利用GPU的计算能力，主题组将处理问题的潮流重构为符合GPUSIMT体系结构的控制算法，并对其进行分析:(1)单个计算潮流太小。对于K20CGPU来说，100万级稀疏线性系统是中小型问题，但最大电网的雅可比矩阵也小于100。1000级。(2)正则方程的求解是一种典型的不规则算法。稀疏LU的分辨率通过消除树来控制整个因素，导致并行度急剧下降，使得GPU芯片上的大量计算资源难以持续使用。此外，访问模式很难利用GPU内存的高带宽。(3)本专题组解决GPU加速单一洪水的设想，同时解决静态安全分析中的故障趋势，这不仅通过结合访问设计大大提高了算法的并行度，还大大提高了算法的带宽。结束语
本文通过介绍基于ＧＰＵ的ＣＵＤＡ架构，以牛拉法潮流计算将并行计算技术应用于电力系统静态安全分析中，在一定比例上提高了计算速度。潮流算法的计算量主要集中于解方程组，着重分析所采用的ＱＲ分解来求解算法。利用ＣＵＤＡ的线程结构的特点，达到数据并行和任务并行，从而提高了程序处理速度。但是，其对于这些数据的处理方式基本相同，对于并行数据量越大、数据越密集的情况，并行效果越好，这一点与电力系统具有稀疏的电网结构相违背。因此，若使ＣＵＤＡ技术在电力系统中发挥其强大的计算能力，必须要开发出适合ＧＰＵ这一结构的新算法。
参考文献
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