王 小 飞, 等 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 及 其 在 电 力 系 统 计 算 中 的 应 用 技 术 和 电 力 系 统 的 特 点, 对 传 统 稀 疏 技 术 加 以 优 化, 进 一 步 提 高 计 算 效 率, 对 电 力 系 统 各 种 分 析 计

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1 第 44 卷 第 9 期 电 力 系 统 保 护 与 控 制 Vol.44 No 年 5 月 1 日 Power System Protectio ad Cotrol May 1, 2016 DOI: /PSPC 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 及 其 在 电 力 系 统 计 算 中 的 应 用 王 小 飞 1, 胡 志 坚 1, 吴 方 劼 2, 史 梦 梦 3, 汤 鹏 1, 邱 骁 奇 1 (1. 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院, 湖 北 武 汉 ;2. 国 网 北 京 经 济 技 术 研 究 院, 北 京 ; 3. 国 网 重 庆 市 电 力 公 司 江 津 供 电 分 公 司, 重 庆 ) 摘 要 : 针 对 存 储 网 络 拓 扑 结 构 的 邻 接 矩 阵 具 有 高 度 稀 疏 的 特 点, 对 其 表 现 形 式 进 行 改 进, 并 将 改 进 后 的 邻 接 矩 阵 应 用 于 节 点 优 化 编 号 检 索 信 息 的 提 前 确 定 以 及 节 点 导 纳 矩 阵 的 形 成 在 因 子 分 解 过 程 中, 为 实 现 列 方 向 的 非 零 检 索, 增 加 了 列 向 的 存 储 信 息, 并 制 定 相 应 的 检 索 方 式 根 据 优 化 编 号 过 程 中 新 增 支 路 与 因 子 分 解 非 零 注 入 元 的 关 联 性 质, 在 优 化 编 号 的 同 时, 记 录 新 增 元 素 的 位 置 并 形 成 存 储 框 架 将 所 提 稀 疏 技 术 应 用 于 谐 波 阻 抗 扫 描 与 等 值 程 序 的 开 发, 对 6 个 电 力 系 统 的 测 试 结 果 表 明, 随 着 系 统 规 模 的 增 大, 所 提 方 法 与 传 统 方 法 及 NIMSCAN 程 序 相 比, 可 显 著 提 高 节 点 方 程 的 求 解 效 率, 适 用 于 大 规 模 电 力 系 统 的 分 析 与 计 算 关 键 词 : 改 进 邻 接 矩 阵 ; 稀 疏 技 术 ; 节 点 优 化 编 号 ; 非 零 注 入 元 ; 电 力 系 统 计 算 Improved adjacet matrix based sparse techology ad its applicatio i power system calclatio WANG Xiaofei 1, HU Zhijia 1, WU Fagjie 2, SHI Megmeg 3, TANG Peg 1, QIU Xiaoqi 1 (1. School of Electrical Egieerig, Wha Uiversity, Wha , Chia; 2. State Power Ecoomic Research Istitte, Beijig , Chia; 3. Jiagji Power Spply Brach Compay, State Grid Chogqig Electric Power Corporatio, Chogqig , Chia) Abstract: Accordig to the highly sparse characteristics of the adjacet matrix sed for the etworks topology storig, its maifestatio is improved, ad the improved adjacet matrix is applied to ode orderig optimizatio, determiatio of retrieval iformatio i advace ad the formatio of ode admittace matrix. Drig the process of factorizatio, to achieve the ozero retrievig i the colm directio, the stored iformatio of the colm directio is added ad the correspodig retrieval method is made. Accordig to the relatioships betwee ew added braches i ode orderig ad the ozero ijectios i factorizatio, i the meatime of orderig optimizatio, the positio of the ew added elemets is recorded ad the storage framework is formed. The proposed sparse techology is sed i the etwork impedace scaig ad eqivalece program, ad testig reslts for six power systems show that, with the icrease of system scale, the calclatio efficiecy of ode eqatios with the proposed method is greatly improved compared with the traditioal methods ad the NIMSCAN program, ad it is applicable to the aalysis ad calclatio for large scale power system. This work is spported by the Specialized Research Fd for Doctoral Program of Higher Edcatio of Chia (No ). Key words: improved adjacet matrix; sparse techology; ode orderig optimizatio; ozero ijectio elemet; power system calclatio 0 引 言 随 着 电 压 等 级 的 不 断 提 高, 新 系 统 元 件 的 不 断 基 金 项 目 : 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 项 目 ( ) 出 现, 现 代 电 力 系 统 规 模 庞 大, 节 点 数 动 辄 成 千 上 万, 如 何 有 效 提 高 其 计 算 效 率, 是 电 力 工 作 者 非 常 [1-2] 关 心 的 一 个 问 题 稀 疏 技 术 是 提 高 计 算 速 度 的 有 效 方 法, 目 前, 该 技 术 已 广 泛 应 用 于 电 力 系 统 很 多 方 面 的 分 析 计 算 中, 如 潮 流 计 算 [3] 暂 态 计 算 [4] 状 态 估 计 [5-6] [7] 谐 波 阻 抗 扫 描 等 因 此 结 合 计 算 机

2 王 小 飞, 等 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 及 其 在 电 力 系 统 计 算 中 的 应 用 技 术 和 电 力 系 统 的 特 点, 对 传 统 稀 疏 技 术 加 以 优 化, 进 一 步 提 高 计 算 效 率, 对 电 力 系 统 各 种 分 析 计 算 都 有 重 要 意 义 文 献 [8] 研 究 了 稀 疏 向 量 技 术 在 电 网 计 算 中 的 应 用 ; 文 献 [9] 将 一 个 阶 矩 阵 用 个 行 向 量 表 示, 但 在 存 取 技 术 上 并 没 有 明 显 改 进 ; 文 献 [10-12] 研 究 了 基 于 链 表 的 稀 疏 技 术, 针 对 因 子 分 解 中 的 新 增 非 零 元, 文 献 [10] 在 注 入 元 出 现 时 增 加 结 点, 文 献 [11] 在 数 组 尾 预 留 一 定 的 空 间 来 存 放 产 生 的 注 入 元, 文 献 [12] 采 用 不 完 全 模 拟 LU 分 解 预 测 注 入 元 位 置 这 些 方 法 的 使 用 有 效 提 高 了 稀 疏 技 术 的 性 能, 但 仍 存 在 两 个 缺 点 :(1) 在 稀 疏 矩 阵 结 构 确 定 的 情 况 下, 数 组 存 储 比 链 表 存 储 更 节 省 内 存 [13], 检 索 效 率 更 高 [14] ; (2) 节 点 优 化 编 号 的 过 程 中, 已 产 生 新 增 非 零 元 的 信 息, 可 提 前 确 定 因 子 表 结 构 随 着 将 STL(Stadard Template Library) 纳 入 C++ 标 准, 数 组 的 功 能 得 到 极 大 的 完 善 利 用 容 器 数 组 可 以 方 便 地 进 行 插 入 删 除 查 找 等 操 作, 且 不 会 出 现 维 数 不 足 的 情 况, 使 原 本 对 数 组 的 复 杂 操 作 变 得 简 单 本 文 以 BPA 数 据 为 基 础, 利 用 改 进 邻 接 矩 阵 对 电 力 网 络 的 拓 扑 结 构 进 行 存 储, 并 使 其 参 与 电 力 系 统 计 算 的 多 个 过 程, 如 节 点 优 化 编 号, 检 索 信 息 的 提 前 确 定 和 节 点 导 纳 矩 阵 的 形 成, 对 传 统 的 三 角 检 索 存 储 格 式 加 以 改 进, 记 录 首 次 迭 代 LU 分 解 列 方 向 非 零 元 位 置, 实 现 了 列 方 向 的 非 零 检 索, 形 成 了 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 最 后, 将 该 方 法 用 于 谐 波 阻 抗 扫 描 与 等 值 程 序 的 开 发, 对 2 个 标 准 IEEE 系 统 和 4 个 国 内 实 际 电 力 系 统 进 行 了 计 算, 验 证 了 本 文 方 法 的 有 效 性 1 改 进 的 邻 接 矩 阵 及 形 成 过 程 目 前 我 国 普 遍 使 用 的 潮 流 计 算 程 序 是 电 力 系 统 分 析 计 算 软 件 PSD-BPA PSASP 和 PSS/E, 不 同 商 业 软 件 之 间 的 数 据 可 以 进 行 转 换 [15-16], 利 用 已 有 数 据 可 以 方 便 地 进 行 电 力 系 统 仿 真 和 计 算 在 分 析 计 算 过 程 中, 需 要 经 常 用 到 电 网 的 拓 扑 结 构, 如 何 用 数 学 方 法 有 效 地 表 示 这 种 拓 扑 结 构 对 提 高 计 算 效 率 意 义 重 大 1.1 改 进 的 邻 接 矩 阵 在 图 论 中, 无 向 图 G ( V, E, ), 其 中, V { v i } 为 图 G 的 点 集, E { e k } 为 图 G 的 边 集, {( v, v )} 为 与 边 对 应 的 节 点 之 间 的 连 接 关 系 [17-18] i j 用 矩 阵 表 示 图 对 研 究 图 的 性 质 及 应 用 非 常 方 便, 邻 接 矩 阵 就 是 图 的 一 种 常 用 的 存 储 结 构 初 始 邻 接 矩 阵 是 一 个 维 布 尔 方 阵, 表 示 节 点 之 间 的 连 接 关 系 邻 接 矩 阵 直 观 易 懂, 很 容 易 判 断 任 意 两 个 节 点 之 间 是 否 直 接 相 连 然 而 邻 接 矩 阵 与 节 点 导 纳 矩 阵 有 着 完 全 相 同 的 结 构, 高 度 稀 疏, 因 此 考 虑 将 图 G 的 拓 扑 结 构 稀 疏 存 储 为 此 构 造 矩 阵 M, 改 变 邻 接 矩 阵 的 表 现 形 式, 为 表 述 方 便, 本 文 将 矩 阵 M 统 称 为 改 进 邻 接 矩 阵 改 进 邻 接 矩 阵 M 主 要 用 来 表 示 与 某 一 节 点 相 连 的 节 点 号 及 两 节 点 之 间 的 支 路 编 号, 以 非 接 地 支 路 两 端 的 节 点 号 和 支 路 编 号 作 为 矩 阵 的 行 向 量 矩 阵 M 共 有 三 列, 前 两 列 表 示 节 点 编 号, 第 三 列 是 对 应 的 支 路 编 号 以 IEEE 9 节 点 系 统 为 例, 电 网 的 拓 扑 结 构 和 相 应 的 改 进 邻 接 矩 阵 如 图 1 所 示 图 中, 系 统 共 有 9 条 支 路, 矩 阵 M 共 有 9 行, 第 一 行 表 示 节 点 1 和 节 点 2 相 连, 支 路 编 号 为 1, 最 后 一 行 表 示 节 点 8 和 节 点 9 相 连 节 点, 支 路 编 号 为 9 图 1 IEEE 9 节 点 系 统 拓 扑 结 构 和 改 进 邻 接 矩 阵 Fig. 1 IEEE 9-bs system topology ad improved adjacet matrix 1.2 形 成 过 程 BPA 数 据 包 含 了 一 个 系 统 潮 流 计 算 所 需 的 信 息, 其 中,B 卡 表 示 母 线,L 卡 E 卡 和 T 卡 分 别 表 示 对 称 线 路 不 对 称 线 路 和 变 压 器 支 路 扫 描 BPA 数 据 中 的 所 有 支 路, 即 可 得 到 完 整 的 拓 扑 信 息 BPA 数 据 以 字 符 形 式 存 储, 将 字 符 信 息 转 换 为 数 字 信 息, 才 能 进 行 后 续 的 计 算 扫 描 BPA 数 据, 将 B 卡 ( 母 线 ) 的 节 点 名 和 节 点 电 压 存 入 容 器 数 组 vecb, 其 在 vecb 中 的 行 号 就 是 其 节 点 编 号 将 L 卡 ( 对 称 线 路 ) 两 侧 的 节 点 名 和 节 点 电 压 存 入 容 器 数 组 vecl 扫 描 vecb, 找 到 L 卡 两 端 的 节 点 在 vecb 中 的 位 置, 转 化 为 数 字 后 存 入 矩 阵 M, 由 此 得 到 该 支 路 的 连 接 关 系, 每 记 录 一 条 支 路, 支 路 编 号 加 1 E 卡 T 卡 处 理 方 法 与 L 卡 相 同, 如 此 可 形 成 完 整 的 矩 阵 M 随 着 系 统 规 模 的 增 大, 母 线 之 间 会 出 现 多 回 输

3 电 力 系 统 保 护 与 控 制 电 线, 根 据 BPA 数 据 的 特 点, 并 不 影 响 改 进 邻 接 矩 阵 的 生 成, 矩 阵 M 仍 可 表 示 多 回 输 电 线 的 情 况 假 设 在 图 1 节 点 8 与 9 之 间 增 加 一 条 支 路, 只 需 在 矩 阵 M 末 尾 新 增 一 行 新 增 后 矩 阵 的 最 后 两 行 如 式 (1) 所 示 三 角 分 解 及 改 进 的 存 储 格 式 (1) 2.1 三 角 分 解 在 电 力 系 统 计 算 中, 需 要 频 繁 地 求 解 线 性 方 程 组 Ax = b, 对 于 规 模 巨 大, 节 点 数 成 千 上 万 的 电 力 网 络 来 说, 如 果 不 采 用 某 种 形 式 的 稀 疏 技 术 就 不 可 能 实 现 稀 疏 技 术 的 关 键 在 于 排 零 存 储 和 排 零 计 算 [19], 排 零 存 储 即 只 存 储 稀 疏 矩 阵 的 非 零 元 及 其 检 索 信 息 排 零 计 算 即 按 照 排 零 存 储 格 式 取 出 非 零 元, 避 免 无 用 的 零 元 素 参 与 计 算 求 解 节 点 方 程 时,LU 分 解 是 常 用 的 求 解 技 术, 首 先 对 A 进 行 LU 分 解, 形 成 因 子 表, 接 着 通 过 前 代 回 代 解 出 x 令 A 是 阶 方 阵 LU 分 解 过 程 如 下 (1) U 的 第 一 行 元 素 和 L 的 第 一 列 元 素 为 1i a1 i i 1,2,, li1 ai 1 11 i 1,2,, (2) (2) 因 A 是 对 称 矩 阵,U 的 第 r 行 元 素 和 L 的 第 r 列 元 素 为 r 1 ri ari lrkki i r, r 1,, k1 lir ri rr i r 1, r 2,, (3) (3) 前 代 与 回 代 令 Ly = b 及 Ux = y, 求 解 y 与 x 的 计 算 公 式 y1 b1 i1 yi bi lik yk i 2,3,, k 1 x y xi yi ik xk ii i 1,,2,1 k i1 (4) (5) 在 式 (2)~ 式 (5) 的 计 算 中, 只 对 非 零 元 进 行 计 算, 即 排 零 计 算 2.2 改 进 的 存 储 格 式 传 统 的 三 角 检 索 存 储 格 式 无 法 实 现 列 方 向 的 非 零 检 索, 本 文 在 此 基 础 上 作 如 下 改 进 :(1) 按 行 顺 序 存 储 矩 阵 U 对 角 元 与 非 对 角 元 ;(2) 考 虑 到 计 算 需 要 迭 代 多 次, 新 增 2 个 数 组 UA 和 UB, 记 录 首 次 迭 代 式 (3) 列 方 向 的 非 零 信 息 ;(3) LU 分 解 第 1 行 未 用 到 列 方 向 的 计 算, 因 此 UB 从 第 2 行 开 始 存 储 ; (4) 由 式 (3)LU 分 解 的 对 称 性, 只 存 储 矩 阵 U 及 其 检 索 信 息, 节 约 内 存 ;(5) 为 保 证 程 序 的 完 整 性,IU UB 各 增 加 一 个 元 素 各 存 储 数 组 格 式 为 YU: 按 行 顺 序 存 储 矩 阵 U 上 三 角 非 零 元 ; JU:JU[p] 存 储 元 素 YU[p] 所 在 的 列 号 ; IU:IU[k] 存 储 矩 阵 U 上 三 角 元 素 中 第 k 行 第 1 个 非 零 元 素 在 YU 中 的 位 置 ; UA: 计 算 公 式 (3), lrk ki 0 时, 存 放 ki 所 在 的 行 号 ; UB:UB[p] 存 储 计 算 YU[p] 时 列 方 向 第 1 个 非 零 元 素 在 UA 中 的 位 置 以 LU 分 解 后 矩 阵 U 为 例 进 行 说 明, 设 U C++ 语 言 的 数 组 下 标 从 0 开 始 计 数, 各 数 组 存 储 格 式 如 表 1 所 示 表 1 矩 阵 U 的 存 储 格 式 Table 1 Storage format of matrix U 序 号 YU JU IU UA UB 改 进 三 角 存 储 格 式 的 优 点 : (1) 增 加 了 列 方 向 的 检 索, 有 效 提 高 了 LU 分 解 的 效 率 ; (2) 按 计 算 顺 序 方 便 地 访 问 和 引 用 ; (3) 利 用 容 器 数 组, 无 需 事 先 定 义 数 组 大 小, 方 便 地 对 存 储 信 息 进 行 修 改 图 2 为 采 用 改 进 存 储 格 式 的 LU 分 解 流 程 图 3 因 子 表 结 构 及 检 索 信 息 的 确 定 通 过 对 LU 分 解 过 程 与 半 动 态 编 号 过 程 的 详 细 比 较 分 析, 得 到 与 文 献 [20] 相 同 的 结 论, 即 半 动 态 编 号 产 生 的 新 支 路 就 是 LU 分 解 的 非 零 注 入 元 由

4 王 小 飞, 等 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 及 其 在 电 力 系 统 计 算 中 的 应 用 图 3 半 动 态 法 节 点 优 化 编 号 流 程 图 Fig. 3 Flow chart of ode orderig optimizatio with semi-dyamic algorithm 图 2 改 进 存 储 格 式 下 LU 分 解 流 程 图 Fig. 2 Flow chart of LU factorizatio sig improved storage format 此 只 需 记 录 节 点 编 号 过 程 的 新 增 支 路, 就 可 以 在 LU 分 解 之 前 确 定 非 零 注 入 元 的 位 置, 提 前 形 成 存 储 框 架 及 检 索 信 息 3.1 优 化 编 号 与 因 子 分 解 的 关 联 半 动 态 优 化 法 是 在 节 点 消 去 的 过 程 中, 考 虑 节 点 间 连 接 关 系 动 态 改 变 的 情 况, 在 每 消 去 一 个 节 点 后 立 即 修 正 剩 余 未 消 去 节 点 的 出 线 度, 选 择 其 中 出 线 度 最 小 的 一 个 节 点 作 为 消 去 节 点 该 方 法 以 运 行 时 间 短 编 号 效 果 好 得 到 广 泛 应 用, 尤 其 是 在 系 统 规 模 庞 大 时, 其 优 化 效 率 要 明 显 高 于 其 他 算 法 矩 阵 M 包 含 了 原 始 网 络 的 拓 扑 信 息, 在 编 号 过 程 中, 需 及 时 更 新 拓 扑 信 息 以 反 映 拓 扑 结 构 的 变 化 基 于 M 进 行 优 化 编 号 的 具 体 过 程 如 下 : (1) 去 除 并 联 支 路 的 影 响, 提 取 矩 阵 M 前 两 列 互 不 相 同 的 行 存 放 到 矩 阵 M 0 ; (2) 扫 描 矩 阵 M 0, 统 计 每 个 节 点 的 出 线 度, 存 放 到 数 组 ND; (3) 消 去 出 线 度 最 小 的 一 个 节 点 i ; (4) 在 M 0 中 去 掉 与 节 点 i 相 关 的 所 有 支 路, 并 记 录 新 增 的 支 路 ; (5) ND[i]=0, 与 节 点 i 相 连 的 所 有 未 消 去 节 点 出 线 度 减 1, 新 增 支 路 两 端 节 点 的 出 线 度 加 1; (6) 重 复 执 行 步 骤 (3) 至 步 骤 (5), 直 到 所 有 节 点 均 被 消 去 半 动 态 法 节 点 优 化 编 号 流 程 图 如 图 3 所 示 以 IEEE 9 节 点 系 统 为 例, 半 动 态 法 优 化 后 的 节 点 消 去 顺 序 为 1,5,9,2,3,4,6,7,8, 新 增 支 路 数 为 3 消 去 过 程 中, 网 络 拓 扑 的 新 增 支 路 因 子 分 解 非 零 注 入 元 如 图 4 所 示 图 4 节 点 编 号 与 因 子 分 解 的 关 联 Fig. 4 Relatioship betwee ode orderig ad factorizatio 图 4(a) 反 映 节 点 编 号 过 程 拓 扑 结 构 的 变 化, 虚 线 3-6,4-6,6-7 是 消 去 过 程 中 的 新 增 支 路 ; 图 4(b) 反 映 LU 分 解 非 零 注 入 元 及 对 拓 扑 信 息 的 更 新,,, 是 矩 阵 U 非 零 注 入 元, 右 侧 改 进 邻 接 矩 阵 M 0 记 录 图 4(a) 的 新 增 支 路 比 较 图 4(a) 新 增 支 路 与 图 4(b) 非 零 注 入 元, 可 以 发 现 两 者 存 在 一 一 对 应

5 电 力 系 统 保 护 与 控 制 的 关 系 需 要 注 意 的 是, 矩 阵 U 是 按 照 优 化 编 号 后 的 顺 序 形 成 的 节 点 导 纳 矩 阵 因 子 分 解 得 到, 各 元 素 的 位 置 与 新 的 编 号 顺 序 对 应 3.2 检 索 信 息 的 确 定 节 点 编 号 完 成 后 的 矩 阵 M 0, 包 含 原 有 节 点 间 连 接 关 系 和 节 点 消 去 过 程 中 的 新 增 支 路, 由 此 确 定 存 储 框 架 和 检 索 信 息 对 照 节 点 编 号 后 的 节 点 顺 序, 通 过 扫 描 查 找 等 操 作 即 可 在 计 算 前 确 定 矩 阵 U 的 存 储 框 架 YU 和 检 索 信 息 JU IU 具 体 过 程 如 图 5 所 示 图 中, 数 组 BestTor 存 储 了 优 化 编 号 后 的 节 点 顺 序 得 到 与 节 点 i 相 连 的 另 一 节 点 m 及 支 路 编 号 d ; (2) 扫 描 BestTor, 找 到 节 点 m 的 位 置 j, 即 m BestTor[ j] ; (3) 根 据 支 路 编 号 d 判 断 支 路 类 型, 利 用 相 应 元 件 的 数 学 模 型 得 到 节 点 i 的 部 分 自 导 纳 及 节 点 i 与 节 点 m 之 间 的 互 导 纳 ; (4) 扫 描 发 电 机 与 负 荷 等 接 地 元 件, 得 到 节 点 i 的 部 分 自 导 纳 ; (5) 与 节 点 i 相 连 的 所 有 节 点 都 处 理 完 毕 后, 形 成 完 整 一 行 的 导 纳 矩 阵, 转 步 骤 (6), 否 则 转 步 骤 (1); (6) k k 1, 转 步 骤 (1), 直 到 k 1, 至 此 形 成 完 整 的 节 点 导 纳 矩 阵 5 算 例 分 析 计 算 机 硬 件 配 置 :CPU 为 Itel Core i5, 主 频 2.5 GHz, 内 存 4 GB, 操 作 系 统 Widows 7, 开 发 环 境 Microsoft Visal Stdio 2010 算 例 采 用 IEEE 162 IEEE 300 标 准 系 统 与 4 个 国 内 实 际 电 力 系 统 为 了 验 证 本 文 所 提 方 法 的 快 速 性 和 有 效 性, 对 以 下 三 种 方 法 进 行 了 比 较 方 法 一 : 传 统 的 稀 疏 技 术 ; 方 法 二 : 在 本 文 方 法 的 基 础 上 不 使 用 列 方 向 的 非 零 检 索 ; 方 法 三 : 基 于 本 文 方 法 的 稀 疏 技 术 对 比 了 三 种 方 法 完 成 一 次 形 成 节 点 导 纳 矩 阵 LU 分 解 和 前 代 回 代 计 算 的 时 间 三 种 方 法 所 用 时 间 如 表 2 所 示, 其 中, 方 法 二 加 速 比 = 方 法 一 计 算 时 间 / 方 法 二 计 算 时 间, 方 法 三 加 速 比 = 方 法 一 计 算 时 间 / 方 法 三 计 算 时 间 表 2 三 种 方 法 完 成 一 次 计 算 用 时 对 比 Table 2 Compariso of the time completig oe calclatio betwee three methods 图 5 确 定 检 索 信 息 Fig. 5 Determiatio of retrieval iformatio 检 索 信 息 确 定 后 在 整 个 计 算 过 程 中 不 再 发 生 改 变, 进 行 LU 分 解 及 前 代 回 代 时, 按 照 数 组 JU IU UA 和 UB 检 索 非 零 元 当 产 生 非 零 注 入 元 时, 只 需 在 数 组 YU 的 相 应 位 置 处 更 新 注 入 值, 整 个 分 解 过 程 不 需 要 再 对 注 入 元 的 检 索 信 息 进 行 额 外 处 理 4 节 点 导 纳 矩 阵 的 形 成 矩 阵 M 包 含 了 整 个 网 络 的 拓 扑 结 构, 利 用 矩 阵 M 及 元 件 的 电 气 参 数 形 成 系 统 的 节 点 导 纳 矩 阵 具 体 步 骤 如 下 : (1) k 0, 节 点 i BestTor[ k], 扫 描 矩 阵 M, 系 统 节 点 数 方 法 一 计 算 时 间 /s 方 法 二 加 速 比 方 法 三 由 表 2 可 以 看 出, 当 系 统 规 模 较 小 时, 三 种 方 法 的 计 算 用 时 差 别 不 大, 但 随 着 系 统 规 模 的 增 大, 三 者 的 差 距 越 来 越 大, 本 文 方 法 的 优 越 性 得 到 体 现, 列 方 向 的 非 零 检 索 对 计 算 速 度 的 提 高 贡 献 很 大, 在 计 算 中 应 当 引 起 重 视 将 本 文 提 出 的 方 法 应 用 于 交 流 系 统 谐 波 阻 抗 扫 描 与 等 值 程 序 利 用 本 文 方 法 传 统 稀 疏 技 术 和 加

6 王 小 飞, 等 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术 及 其 在 电 力 系 统 计 算 中 的 应 用 拿 大 太 西 蒙 公 司 的 NIMSCAN(Network Impedace Scaig Program) 程 序 进 行 阻 抗 扫 描, 扫 描 频 率 范 围 50~2 500 Hz, 扫 描 步 长 5 Hz 因 为 NIMSCAN 程 序 只 能 计 算 母 线 数 小 于 的 系 统, 故 NIMSCAN 只 计 算 前 4 个 系 统 各 个 频 次 下 的 计 算 结 果 均 在 允 许 的 误 差 范 围 之 内, 计 算 时 间 如 表 3 所 示, 归 一 化 后 的 用 时 对 比 如 图 6 所 示 表 3 三 种 方 法 计 算 用 时 对 比 Table 3 Compariso of the calclatio time betwee three methods 系 统 节 点 数 计 算 用 时 /s 传 统 方 法 本 文 方 法 NIMSCAN 图 6 归 一 化 后 计 算 用 时 对 比 Fig. 6 Compariso of the ormalized calclatio time 从 表 3 和 图 6 可 以 看 出, 本 文 提 出 的 方 法 较 传 统 的 稀 疏 技 术 和 NIMSCAN 程 序 用 时 更 短, 尤 其 在 系 统 规 模 较 大 时, 速 度 提 升 的 更 多, 表 明 了 本 文 方 法 的 高 效 性 同 时, 本 文 提 出 的 基 于 改 进 邻 接 矩 阵 的 稀 疏 技 术, 同 样 可 应 用 于 电 力 系 统 其 他 方 面 的 计 算, 以 提 高 程 序 的 计 算 速 度 6 结 论 (1) 通 过 对 传 统 的 三 角 检 索 存 储 格 式 加 以 改 进, 实 现 了 列 方 向 的 非 零 检 索, 使 计 算 速 度 提 高 约 一 倍, 在 计 算 中 须 加 以 考 虑 (2) 根 据 优 化 编 号 与 因 子 分 解 的 关 联 性 质, 提 前 形 成 检 索 信 息, 避 免 了 对 注 入 元 的 额 外 处 理 (3) 提 出 的 以 改 进 邻 接 矩 阵 存 储 电 网 拓 扑, 方 便 了 对 拓 扑 结 构 的 调 用, 结 合 计 算 机 技 术 和 电 力 网 络 特 点 形 成 的 稀 疏 技 术, 可 以 有 效 提 高 稀 疏 矩 阵 的 计 算 效 率 此 外, 该 方 法 具 有 普 适 性, 对 电 力 系 统 其 他 方 面 的 分 析 计 算 亦 具 有 借 鉴 意 义 参 考 文 献 [1] TINNEY W F, BRANDWAJN V, CHAN S M. Sparse vector methods[j]. IEEE Trasactios o Power Apparats ad Systems, 1985, PAS-104(2): [2] 张 伯 明. 稀 疏 矢 量 法 及 其 在 电 网 计 算 中 的 应 用 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报, 1987, 7(5): ZHANG Bomig. Sparse vector method with applicatios to power system calclatios[j]. Proceedigs of the CSEE, 1987, 7(5): [3] 尤 钟 晓, 金 勇, 李 述 茂. 十 字 链 表 在 电 力 系 统 潮 流 计 算 中 的 应 用 [J]. 电 力 自 动 化 设 备, 1999, 19(6): YOU Zhogxiao, JIN Yog, LI Shmao. The applicatio of orthogoal liked list i power flow calclatio[j]. Electric Power Atomatio Eqipmet, 1999, 19(6): [4] 江 涵, 江 全 元. 基 于 GPU 计 算 平 台 的 大 规 模 电 力 系 统 暂 态 稳 定 计 算 [J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制, 2013, 41(4): JIANG Ha, JIANG Qaya. A parallel trasiet stability algorithm for large-scale power system based o GPU platform[j]. Power System Protectio ad Cotrol, 2013, 41(4): [5] 徐 得 超, 李 亚 楼, 吴 中 习. 稀 疏 技 术 在 电 力 系 统 状 态 估 计 中 的 应 用 [J]. 电 网 技 术, 2007, 31(8): XU Dechao, LI Yalo, WU Zhogxi. Applicatio of sparse techiqes i power system state estimatio[j]. Power System Techology, 2007, 31(8): [6] 黄 知 超, 谢 霞, 王 斌. 结 合 模 糊 综 合 评 判 与 决 策 的 电 力 系 统 状 态 估 计 [J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制, 2015, 43(7): HUANG Zhichao, XIE Xia, WANG Bi. Power system state estimatio combied with fzzy comprehesive evalatio ad decisio-makig[j]. Power System Protectio ad Cotrol, 2015, 43(7): [7] 杨 志 栋, 李 亚 男, 殷 威 扬, 等. ±800 kv 向 家 坝 一 上 海 特 高 压 直 流 输 电 工 程 谐 波 阻 抗 等 值 研 究 [J]. 电 网 技 术, 2007, 31(18): 1-4. YANG Zhidog, LI Yaa, YIN Weiyag, et al. Stdy o harmoic impedace eqivalets sed for AC filter desig of ±800 kv UHVDC trasmissio project from Xiagjiaba to Shaghai[J]. Power System Techology, 2007, 31(18): 1-4. [8] 何 洋, 洪 潮, 陈 昆 薇. 稀 疏 向 量 技 术 在 静 态 安 全 分 析 中 的 应 用 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报, 2003, 23(1): HE Yag, HONG Chao, CHEN Kwei. Stdy of sparse

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