電力系統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平時的分析數據，因為我們的日常生活越來越離不開電，所以對電力系統的監控工作也就變得越發重要。在進行電力監控的時候，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，我們對于電力系統分析的重要性就凸現出來了。本篇文章主要是通過技術處理以及電力系統相結合的方式來進行的，其中可能會添加一些專業性的術語，都會進行詳細的解釋。電力分析系統與計算機系統的相互結合，可以使電力系統的分析更加專業。

關鍵詞：電力系統；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

在電力分析系統當中，還包含有很多內容復雜的計算方式，其中計算方式有潮流計算、電力系統暫態穩定分析、電磁暫態實時仿真等多個種類。但是隨著科學技術的快速發展，我們的電力系統也變得越來越復雜，電力系統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展，我們的軟硬件持續的更新，遲早我們能夠實現提高分析效率的目標，從而為新的發展奠定基礎。

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，傳統串行計算機系統已經不能適應新環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、超大規模集成電路、高性能處理機、封裝技術的發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，利用空間上的優勢，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，這樣子處理數據分析時，速度可以得到有效的提升。

1.2 并行處理技術的要點

并行數據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技術。其中研究的熱門課題包括有：并行系統、算法以及操作系統等方面的知識。

并行操作系統一般情況下實在并行系統間的通信以及同步過程中使用的，其過程需要系統能夠進行并行計算，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，這樣才能夠使系統的計算能力得到最大限度的提升。并行操作系統的主要功能并行操作系統，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，傳統的串行算法不能夠在并行系統之中一直循環的運行，在運行過程中必須要經過并行化的處理才可以繼續運行。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容為，如何將計算任務分配給各個操作系統，并在系統上進行處理。

2 并行處理在電力系統分析中的應用

之所以要對電力系統的并行處理方式進行研究，主要是為了能夠提升電力系統的計算分析能力，使計算的實時性能夠有所提升。由于非電力系統其實是屬于一個快速變化的非線性系統。對于不同的電力系統而言，都有其獨特的數據相關性以及并行，對于每一個電力系統所提出的不同要求，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的穩定情況，是構成電力系統分析計算的一個重要的組成部分。

傳統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、節點編號優化等多種不一樣的數學解題方法與解題技巧。在潮流計算當中，串行算法已經算得上是一種較為成熟的算法了。從現在的情況看來，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，我們可以發現其實還是可以實現并行的。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暫態穩定中的應用

我們在描述暫態穩定性的時候，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。暫態穩定性問題的并行化處理有兩種方式：

第一種，把系統的變量分組，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，參考發電機將微分方程進行分組，從而形成多個方程組，從而實現多個代數組之間的耦合。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計算。

2.3 并行處理在能量管理中的應用

對于分布式系統而言，利用并行處理的方式，能夠將整個能量管理系統之間的合作做一個更好地規劃統籌，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勢。所以，分布式系統能夠得到更加良好的市場前景。

3 結論及展望

隨著科技的快速發展，智能電網開始走入我們的生活，對于越來越復雜的電力系統而言，使用計算機電力系統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）未來電力系統從源一網一荷一儲都將產生海量的大數據，考慮新能源隨機特性的大數據分析與優化計算方向，將成為并行計算的應用熱點。（2）特高壓交直流混聯電力系統的逐漸形成，大規模、系統級機電一電磁暫態混合仿真，或者全電磁暫態仿真方向，將成為并行計算的應用熱點。

隨著能源互聯網、信息物理系統的蓬勃發展，基于PMU和WAMS實時設備與電網信息的電力系統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

電力系統對于一個國家而言相當的重要，其建設的過程中，我們要考慮到整個國家經濟的規劃，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，我們也需要經過大量精確的計算，并對系統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當中。

參考文獻

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

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