電力系統(tǒng)分析中并行處理的應用分析

閆麗花 劉健

摘 要：因為電力系統(tǒng)本身具有較為復雜且龐大的特性，因此我們要注重電力系統(tǒng)平時的分析數(shù)據(jù)，因為我們的日常生活越來越離不開電，所以對電力系統(tǒng)的監(jiān)控工作也就變得越發(fā)重要。在進行電力監(jiān)控的時候，我們要注意保持技術的時效性以及高效性。為了達到這個目標，我們對于電力系統(tǒng)分析的重要性就凸現(xiàn)出來了。本篇文章主要是通過技術處理以及電力系統(tǒng)相結合的方式來進行的，其中可能會添加一些專業(yè)性的術語，都會進行詳細的解釋。電力分析系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的相互結合，可以使電力系統(tǒng)的分析更加專業(yè)。

關鍵詞：電力系統(tǒng)；分析；并行處理；應用分析

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0170-02

在電力分析系統(tǒng)當中，還包含有很多內(nèi)容復雜的計算方式，其中計算方式有潮流計算、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析、電磁暫態(tài)實時仿真等多個種類。但是隨著科學技術的快速發(fā)展，我們的電力系統(tǒng)也變得越來越復雜，電力系統(tǒng)的分析也開始趨向于復雜化。為了能夠切實地提升計算機的運算能力，許多專業(yè)人士開始對計算算法入手，展開研究，力求能夠更新出一種全新的算法來幫助我們實現(xiàn)提高分析計算效率的目的。不過，目前串行計算技術依舊無法解決單個處理器在運算速度上較慢的問題。但是我相信，隨著我們科學技術的迅速發(fā)展，我們的軟硬件持續(xù)的更新，遲早我們能夠?qū)崿F(xiàn)提高分析效率的目標，從而為新的發(fā)展奠定基礎。

1 并行處理技術

電子計算機從20世紀40年代問世以來，基本上是按照馮·諾依曼的計算機系統(tǒng)結構設計的，這是一種串行處理計算機。然而隨著計算機應用的逐步擴大，傳統(tǒng)串行計算機系統(tǒng)已經(jīng)不能適應新環(huán)境下的計算性能需求。因此，并行處理技術也應運而生。微電子、超大規(guī)模集成電路、高性能處理機、封裝技術的發(fā)展為并行處理技術打下了基礎。

1.1 并行處理技術概述

通常情況下，我們所說的并行都要求要在時間相同的前提條件下進行。常見的并行處理技術可以分為三個類型，第一種：時間并行，第二種：空間并行，第三種：前兩種并行方式的結合。

第一種：時間并行，指的是相同時間條件下，實現(xiàn)對硬件計算機的操作，這種并行方式在相關領域十分常見。第二種：空間并行。空間并行指的是在資源重復的前提下，利用多個處理機系統(tǒng)，利用空間上的優(yōu)勢，將幾個指令一并處理。時間并行+空間并行綜合使用上述兩種方法，這樣子處理數(shù)據(jù)分析時，速度可以得到有效的提升。

1.2 并行處理技術的要點

并行數(shù)據(jù)處理技術實際上需要運用到多種技術的結合，其中包含有軟硬件技術或者是操作系統(tǒng)技術。其中研究的熱門課題包括有：并行系統(tǒng)、算法以及操作系統(tǒng)等方面的知識。

并行操作系統(tǒng)一般情況下實在并行系統(tǒng)間的通信以及同步過程中使用的，其過程需要系統(tǒng)能夠進行并行計算，能夠滿足進程間的通行要求，同時還要均衡的分配計算人付給每一個系統(tǒng)，這樣才能夠使系統(tǒng)的計算能力得到最大限度的提升。并行操作系統(tǒng)的主要功能并行操作系統(tǒng)，或者是多臺計算機的并行操作。

對于并行技術的研究而言，研究并新算法可以說是所有課題中最引人矚目的的一個課題之一。通常情況下，傳統(tǒng)的串行算法不能夠在并行系統(tǒng)之中一直循環(huán)的運行，在運行過程中必須要經(jīng)過并行化的處理才可以繼續(xù)運行。因此我們必須要設計出一個新的算法，可以能夠進行并行計算。所謂的并行算法的主要研究內(nèi)容為，如何將計算任務分配給各個操作系統(tǒng)，并在系統(tǒng)上進行處理。

2 并行處理在電力系統(tǒng)分析中的應用

之所以要對電力系統(tǒng)的并行處理方式進行研究，主要是為了能夠提升電力系統(tǒng)的計算分析能力，使計算的實時性能夠有所提升。由于非電力系統(tǒng)其實是屬于一個快速變化的非線性系統(tǒng)。對于不同的電力系統(tǒng)而言，都有其獨特的數(shù)據(jù)相關性以及并行，對于每一個電力系統(tǒng)所提出的不同要求，我們都要認真的去對待，通過仔細地研究以及精確地計算過程，我們才能找到最適合的方式，才可以得到最好的應算結果。

2.1 并行處理在潮流計算中的應用

對于潮流計算的功能來說，其主要是為了能夠更好的表述出電力系統(tǒng)的穩(wěn)定情況，是構成電力系統(tǒng)分析計算的一個重要的組成部分。

傳統(tǒng)的串行解法在計算的時候必須要使用到稀疏矩陣、三角分解前代和回代、節(jié)點編號優(yōu)化等多種不一樣的數(shù)學解題方法與解題技巧。在潮流計算當中，串行算法已經(jīng)算得上是一種較為成熟的算法了。從現(xiàn)在的情況看來，對于并行化的潮流算法看來，研究的重點還是應該放在并行化三角分解前代以及回代這方面上。利用矩陣分塊發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)其實還是可以實現(xiàn)并行的。由于這樣可以大大的減低最大因子的路徑長度，這樣我們就可以有效地減少在計算過程中的計算步驟，這樣我們就可以使用向量法來進行并行計算。利用超立方體結構，我們可以找到穩(wěn)定性強的較大矩陣，包括求出這個較大矩陣的特征值以及它的特征向量。通過實踐的方式我們可以知道，快速分解牛頓法的并行化算法，能夠得到的加速比差不多可以是10。通過對現(xiàn)在使用的一些并行化算法的研究，我們可以得出一個結果，新的并行算法在計算的過程中，都會希望可以利用前代或者是回步代的方式實現(xiàn)步驟的最少花。不過這樣的并行算法也會有一定的限制，盡管有一些加速算法的加速比可以達到十附近，不過這個加速比是以犧牲性能為代價得到的。由于在進行前后迭代時所要克服的前后依賴性比較大，再加上并行潮流化的局限性很難被突破，有的時候如果強行運用并行算法，得到的效果可能還會更差。

2.2 并行處理在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定中的應用

我們在描述暫態(tài)穩(wěn)定性的時候，通常可以說是為了求得一組非線性的微積方程或者說是代數(shù)方程。利用并行處理的方式，可以最大限度的提高計算的速度。暫態(tài)穩(wěn)定性問題的并行化處理有兩種方式：

第一種，把系統(tǒng)的變量分組，采取空間并行化的處理方式。

第二種，通過求解幾個不同的時間段，這種方式叫做時間并行化。最直接的并行化處理方式就是，參考發(fā)電機將微分方程進行分組，從而形成多個方程組，從而實現(xiàn)多個代數(shù)組之間的耦合。時間并行是利用每個時間段建立起來的牛頓方程，同時得出方程的解實現(xiàn)計算。

2.3 并行處理在能量管理中的應用

對于分布式系統(tǒng)而言，利用并行處理的方式，能夠?qū)⒄麄€能量管理系統(tǒng)之間的合作做一個更好地規(guī)劃統(tǒng)籌，從而提升工作的效率，在并行化計算方面，提供更加明顯的硬件優(yōu)勢。所以，分布式系統(tǒng)能夠得到更加良好的市場前景。

3 結論及展望

隨著科技的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)開始走入我們的生活，對于越來越復雜的電力系統(tǒng)而言，使用計算機電力系統(tǒng)分析有兩個領域開始變得越來越突出，主要的潛在研究點包括以下幾個方面：

（1）未來電力系統(tǒng)從源一網(wǎng)一荷一儲都將產(chǎn)生海量的大數(shù)據(jù)，考慮新能源隨機特性的大數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化計算方向，將成為并行計算的應用熱點。（2）特高壓交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的逐漸形成，大規(guī)模、系統(tǒng)級機電一電磁暫態(tài)混合仿真，或者全電磁暫態(tài)仿真方向，將成為并行計算的應用熱點。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，基于PMU和WAMS實時設備與電網(wǎng)信息的電力系統(tǒng)在線實時分析應用方向，亦將成為并行計算的應用熱點。

4 結語

電力系統(tǒng)對于一個國家而言相當?shù)闹匾?，其建設的過程中，我們要考慮到整個國家經(jīng)濟的規(guī)劃，同時還要結合城市的建設，考慮到資源的配置問題。在設備的配合上，我們也需要經(jīng)過大量精確的計算，并對系統(tǒng)提出更高的標準來滿足人們增長的需求，所以在應用并行技術的過程中，我們要不斷的進行改良，通過改良算法的方式來解決計算速度提升的問題，并將技術應用到電力系統(tǒng)當中。

參考文獻

[1]肖長春.并行處理在電力系統(tǒng)分析中的應用分析[J].科技資訊，2015，（09）：23.

[2]范文濤，薛禹勝.并行處理在電力系統(tǒng)分析中的應用[J].電力系統(tǒng)自動化，1998，22（2）：64-67.