大规模电力系统机电暂态实时仿真算法及软件的研究

随着三峡电站及其输配电工程的建设，以及西电东送、南北互供工程的实施，我国电力系统的大区电网互联正在形成，全国联网也即将实现。为了满足互联电网安全稳定分析对机电暂态过程实时和超实时仿真的迫切需要，本文对大规模电力系统机电暂态过程实时仿真算法和在机群并行系统上的实现方法进行了研究，研究内容涉及电力网络的分割、机电暂态仿真并行算法、数字模型和物理装置的接口方法、实时与同步控制、软件设计和优化等方面，取得的主要成果如下： (1)在边界表法的基础上，通过对边界表形成方法的优化，提出了一种适合粗粒度机电暂态空间并行仿真的电力网络分割算法。在该算法基础上，作者开发了机电暂态并行仿真的任务划分模块。与优化前边界表法和因子树法相比，本文的网络自动分割算法在不降低子网均匀度情况下减少了边界点数目，提高了并行计算效率。 (2)提出了一种适用于PC机群的机电暂态粗粒度空间并行算法。通过调整子网间联络系统处理方式，该算法降低了并行计算中的通信量和通信次数；采用故障处理局部化、降维网络方程的构造和线性方程组并行处理等多种技术，在实现任意复杂故障处理的前提下，减少了其中的计算量和通信量；提出了边界点电压预判和全网节点电压判断相结合的收敛判断方法，在不降低收敛精度情况下，降低了通信次数；通过故障局部化、联络系统的部分更新、主控与规模最小子网的合并和基于故障的序网处理等优化措施，进一步降低了并行计算的计算量和通信量。 (3)提出了一种在机电暂态数字仿真程序中统一处理数字模型和物理装置接口的方法，实现了仿真系统与PSASP UD模型、MATLAB模型、物理装置和EMS实时系统CC—2000的接口。 (4)根据机电暂态数字实时仿真的特点和实际要求，对仿真软件进行了合理的功能和模块划分，通过并行通信方式的优化和通信消息的合并，提高了机电暂态仿真系统的总体性能。 基于本文的研究，作者初步实现了大规模电力系统机电暂态过程的实时和超实时仿真。东北、华北、华中、川渝实际联网系统的仿真测试结果表明，本文研究提出的算法和优化处理方法是有效和可行的。