電力系統分布式并行計算管理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統分析技術領域，尤其是涉及到電力系統能量管理技術領域。
【背景技術】
[0002]我國的電力生產管理已經形成了一整套“分級管理，分層控制，分步處理”的體系。各級調度中心都針對所轄區域內的電網建立較為詳細的電力系統模型，但各個分區電網并不了解其他分區電網的運行參數和狀態。而從物理結構上來看，電網是互聯的，各個電網不可忽略其他網絡孤立的對本區電網進行計算和管理。電力元件上的物理變化通過電網連接相互影響，相互制約，使電力系統逐漸呈現模型復雜，數據廣域分布的特點。另一方面，電力市場的出現對于電網的運行又提出了許多非技術性的要求。電網的互聯與電力系統分層分區的管理體制之間的矛盾決定了需要進行多控制中心之間的分解協調計算。
[0003]與此同時，電力系統的安全不僅有賴于電力系統的運行、分析和控制技術，還受制于信息系統的有效性和可靠性，并與規劃設計、市場運營、博弈、監管、科技投入和人才培養等因素密切相關，堅強的電網結構仍有可能在一系列相繼故障和不當操作的打擊下發生震蕩，甚至系統范圍的停電。對于電力系統來說，實現在線安全定量評估和各道防線自適應優化及協調，構建時空協調的安全穩定防御框架的任務極其緊迫。對于幾次大的停電事故的反思啟示，新一代的能量管理系統要建立完整地時空協調運算機制:從孤立防御到綜合防御，基于時空協調的調度與管理。這就要求在空間上分布式存在的多控制中心分解協調計算能夠在時間上以及應用上并發實現。
[0004]另一方面，分布式動態潮流、分布式狀態估計、靜態安全分析等多種電力系統分布式應用計算研宄逐漸成熟并在電力系統中實際應用，對于能量管理系統(EnergyManagement System, EMS)協調各種分布式應用并行計算的能力提出更多要求。文獻[1](張伯明，張海波.多控制中心之間分解協調模式研宄[J].中國電機工程學報，2006，26 (22): 1-5)從實際應用的角度出發，給出了我國實現多控制中心的分解協調計算應遵循的發展規律，分別提出了在同步迭代，異步迭代和實時等值這三種分布式計算模式下，互聯系統潮流分解協調計算的具體實現形式和算法。文獻[2](張海波，蔣良敏，陶文偉.實用化分布式動態潮流計算系統的設計與實現[J].電力系統自動化，2012，36(9):67-71)引入了注冊、激活、啟動的分布式管理機制，解決多子系統同時發起計算的沖突消解問題，并進行相應的實用化測試。文獻[3](張海波，易文飛.基于異步迭代模式的電力系統分布式狀態估計方法[J].電力系統自動化，2014，38(9):125-131)提出了一種基于等值網等值量測修正思想的分布式狀態估計算法以及考慮外網量測信息的不良數據辨識方法，研宄了狀態估計分解協調計算的實用化實現過程并進行了驗證。
[0005]迄今為止，現有技術中還缺乏對多控制中心分解協調計算模式進行實用化設計，缺乏考慮時空應用三維坐標進行分布式并行計算系統管理機制、構建并行計算系統應用于分布式能量管理系統的技術方案，這使得電力系統分布式并行計算的具體開展面臨困難。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術中存在的多控制中心分解協調計算模式應用于實踐的系統管理難題，設計一種電力系統分布式并行計算管理方法，為能量管理系統分布式多應用提供合適的接入平臺，滿足未來電網對于新一代能量管理系統的要求。
[0007]為了實現此目的，本發明采取的技術方案為如下。
[0008]一種電力系統分布式并行計算管理方法，所述方法包括:
[0009]A、一子系統的一用戶發起高級應用計算時，所述用戶通過其用戶管理對象向協調管理對象發送計算請求；
[0010]B、協調管理對象向其他子系統下達啟動計算指令；
[0011]C、所述其他子系統的子系統管理對象在各自子系統內開辟新的計算進程，并在進程中創建影子用戶，配合發起計算用戶進行分布式計算；
[0012]D、影子用戶的用戶管理對象與所述協調管理對象建立連接，準備分解協調計算；
[0013]E、所述用戶與影子用戶的用戶管理對象建立主用戶計算對象和從用戶計算對象，協調管理對象建立協調計算對象；
[0014]F、協調管理對象為所有的計算對象分配三維坐標，全部計算對象通過三維坐標相互定位與通信；
[0015]G、協調計算對象完成各計算對象之間的分解協調，各計算對象按照分解協調機制與子系統主從機制完成迭代計算；
[0016]H、計算結束后，主用戶計算對象輸出計算結果；
[0017]1、計算系統中任意一個用戶發起任意一種高級應用計算，按照上述步驟完成一次計算過程。
[0018]所述方法中各計算實例包含計算對象通過三維坐標標注形成數據分層，屬于相同或者不同子系統的不同用戶可以同時啟動相同或者不同的高級應用計算，相互不產生影響，各用戶計算過程之間的并行完成，所述三維坐標為時間、空間及應用三維立體坐標，其中，
[0019]時間維坐標表示參與計算的不同用戶，
[0020]空間維坐標表示計算對象所隸屬的不同子系統，
[0021]應用維坐標表示不同的高級應用計算。
[0022]另外，所述方法將多控制中心之間的分解協調計算模式擴展到多用戶與多應用領域，確保能量管理系統多分布式應用接入、多用戶啟動時，各子系統分布式計算的正確性，所述高級應用計算是可以連接到能量管理系統各種電力系統分布式高級應用，包括狀態估計計算、潮流計算和靜態安全分析。
[0023]另外，所述步驟A之前還包括:
[0024]A01、在上級控制中心設置分布式計算的協調層，所述協調層具備協調管理功能與協調計算功能；
[0025]A02、利用下級各控制中心充當各個子系統，每個子系統連接多個用戶，子系統具備子系統管理功能，用戶具備用戶管理功能與用戶計算功能。
[0026]所述協調層、子系統及用戶的管理功能和計算功能由對象來實現，協調層具有協調管理對象和協調計算對象，所述子系統具有子系統管理對象，所述用戶具有用戶管理對象和用戶計算對象，其中，
[0027]協調管理對象用于管理整個計算系統，包括對子系統狀態與用戶狀態管理、所有計算過程管理，處于核心地位，持續時間為整個計算系統；
[0028]協調計算對象用于充當各子系統通信代理，并完成具體計算過程中的邊界協調過程，持續時間為一次計算的持續時間；
[0029]子系統管理對象用于管理本子系統狀態、管理用戶進程的創建、計算對象的建立、消亡過程，持續時間為子系統的存續期間；
[0030]用戶管理對象用于管理本用戶狀態、建立用戶與協調層之間的通信過程，持續時間為用戶的存續期間；
[0031]用戶計算對象用于完成實際計算過程，通過接口與協調計算對象進行通信，持續時間為一次計算的持續時間。
[0032]特別地，步驟G進一步包括:
[0033]G1、計算開始前，協調層讀取各子系統之間聯絡線信息，并依照子系統主從機制劃分子系統，各子系統僅具有本子系統網絡模型，將網絡結構進行內網等值后發送到協調層；
[0034]G2、協調層在獲得各子系統內網等值模型后，結合聯絡線信息建立各子系統的外網等值模型，并發送到對應的子系統；
[0035]G3、子系統接受外網模型，形成本子系統電網計算拓撲；
[0036]G4、計算開始后，各子系統每次迭代過程中，將本次應用計算對應的邊界協調信息發送至協調層，協調層根據邊界協調信息求取合并參數，并將邊界節點狀態量發送到對應子系統，各子系統結合邊界信息完成迭代計算。
[0037]由當前子系統原聯絡線外邊界節點或者邊界廠站，利用聯絡線功率或邊界節點電壓相對于外網元件的解耦線性化分布因子，確定緩沖網絡，并計入本子系統內網詳細建模。
[0038]其中不同計算應用交換的邊界協調信息不同，其中動態潮流計算為邊界阻抗矩陣逆矩陣對角元，狀態估計計算為信息矩陣逆矩陣對角元。
[0039]另外，所述協調層與子系統及用戶之間的通信方式為:
[0040]協調層與每一個子系統之間建立通信連接；
[0041]協調層與每一個用戶與影子用戶之間建立通信連接；
[0042]協調層多個通信連接之間無阻塞干擾；
[0043]用戶與協調層之間的通信連接為異步通信連接。
[0044]所述方法還包括用戶管理步驟，所述用戶管理步驟包括:
[0045]用戶啟動后建立與協調層的通信聯系；
[0046]記錄當前用戶狀態，用戶狀態包括注冊與激活，表征當前用戶所具有權限；
[0047]接收用戶狀態切換請求后，向協調層轉發請求并等待回應；
[0048]接受并記錄用戶狀態切換結果，
[0049]接受開始計算指令后建立計算對象。
[0050]通過采用本發明的電力系統分布式并行計算管理方法，將多控制中心分解協調計算模式推廣到多用戶、多應用領域加以實踐，解決了未來分布式能量管理系統開展分