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论文根据“西电东送、三峡电站投运、全国联网”的规划和运行实际的迫切需要,对全国联网级的大电力系统暂态稳定集群机并行仿真技术进行了研究,研究内容涉及并行算法构造、并行任务划分和并行软件设计及优化实现三个核心问题。主要成果如下:
(1)提出基于电流和局部优先收敛的交替迭代分层子结构暂稳空间并行算法。算法可协调处理网络中的空间关联和序网关联,合理引入协调系统并行计算机制;改善全局判敛策略降低通信损耗,识别局部优先收敛消除冗余计算;采用部分因子分解、局部故障处理、对称计算、不完全电气量更新和基于故障的序网处理等策略优化计算。经通用串行软件验证了算法的正确性,与已有空间并行算法性能对比说明了算法的有效性。
(2)提出基于电网分层分区特性的多重化并行任务划分策略。将暂稳任务划分转化为带权浓缩图的划分问题,通过分层细化划分均衡负载,采用后续调整增强划分品质,较常规图划分算法大幅缩短仿真时间。
(3)提出计算划分与功能划分相结合的模块划分方案,层次化的系统结构设计和灵活软件映射策略,合理配置计算资源,增强软件移植性和可用性。同时,研究了并行系统上复杂的事件处理和错误处理机制,引入通信优化、进程组合和多线程等实现策略,增强集群系统暂稳计算性能。
在此研究基础上,该文首次构建了万节点的全国联网规划系统仿真模型。
在高性能集群计算机上设计实现了全国联网并行仿真系统。典型故障算例的测试显示,12个CPU并行性能最佳,系统仿真速率超过2,并行加速比达到15,能够提供超大规模电力系统暂态过程的超实时仿真,验证了并行算法、任务划分策略、并行软件设计及优化实现的有效性和合理性。
该文成果为全国联网系统的深入研究,解决其规划、运行问题创造了条件,为实现大电力系统的在线预决策和闭环实时控制打下了良好的基础,为大规模电力系统并行仿真技术和新一代电力系统仿真工具的发展开辟了新途径。