电力系统断线阻抗扫描方法和装置

摘要

本发明涉及一种电力系统断线阻抗扫描方法和装置，其中方法包括如下步骤：获取电力系统网络的线路信息，根据线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，根据节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；确定电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并分别映射到图形处理器的对应线程中；在图形处理器的各个线程中，并行计算得到各个目标线路的断线阻抗。上述技术方案，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

权利要求

1.一种电力系统断线阻抗扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；

确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；

根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中；

在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗；包括：对所述节点导纳矩阵进行LDU分解处理；在图形处理器的各个线程中，分别根据当前线程中的目标线路信息，获取该目标线路两端对应的两个目标节点信息，并根据两个目标节点信息计算两个目标节点之间的点位向量；其中，所述点位向量由下述公式算得：b＝{… 0i-1 1i 0i+1 … 0j-1 -1j 0j+1 …}上式中，b为点位向量，b共有n项，n为电力系统网络节点的节点数目，i、j分别为两个目标节点在n个节点中的序号；

在图形处理器的各个线程中，分别根据点位向量和LDU分解后的节点导纳矩阵处理得到各目标线路的断线阻抗；其中，所述目标线路的断线阻抗由求解下述公式算得：上式中，Yn×n为节点导纳矩阵，(Yn×n)LDU为LDU分解后的节点导纳矩阵，n为电力系统网络所有节点的节点数目，X为设置的向量，xi为X向量中的第i项，xj为X向量中的第j项，Zi-j为目标线路的断线阻抗。

2.根据权利要求1所述的电力系统断线阻抗扫描方法，其特征在于，所述预设的约束条件包括线路的区域范围和线路的电压等级。

3.根据权利要求2所述的电力系统断线阻抗扫描方法，其特征在于，所述确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路的步骤包括：根据设置的线路的区域范围，获取电力系统网络所有线路中属于所述区域范围的区域线路；

根据设置的线路的电压等级，获取区域线路中属于所述电压等级的目标线路。

4.一种电力系统断线阻抗扫描装置，其特征在于，包括：

矩阵计算模块，用于获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；

线路筛选模块，用于确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；

任务映射模块，用于根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中；

阻抗获取模块，用于在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗；所述阻抗获取模块，包括：矩阵分解模块，用于对所述节点导纳矩阵进行LDU分解处理；

节点获取模块，用于在图形处理器的各个线程中，分别根据当前线程中的目标线路信息，获取该目标线路两端对应的两个目标节点信息，并根据两个目标节点信息计算两个目标节点之间的点位向量；其中，所述点位向量由下述公式算得：b＝{… 0i-1 1i 0i+1 … 0j-1 -1j 0j+1 …}上式中，b为点位向量，b共有n项，n为电力系统网络节点的节点数目，i、j分别为两个目标节点在n个节点中的序号；

阻抗计算模块，用于在图形处理器的各个线程中，分别根据点位向量和节点导纳矩阵算得各目标线路的断线阻抗；其中，所述目标线路的断线阻抗由求解下述公式算得：上式中，Yn×n为节点导纳矩阵，(Yn×n)LDU为LDU分解后的节点导纳矩阵，n为电力系统网络所有节点的节点数目，X为设置的向量，xi为X向量中的第i项，xj为X向量中的第j项，Zi-j为目标线路的断线阻抗。

5.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至

3任意一项所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

6.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任意一项所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

说明书

电力系统断线阻抗扫描方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电力系统断线阻抗扫描方法和装置。

背景技术

[0002] 近年来，随着对电力系统运行的要求越来越精细化，对电力系统的实时分析和在线校核就显得尤为重要，所以对分析电力系统的速度要求也越来越高。断线阻抗扫描是电气设备选择、电气保护整定计算的前提，是电力系统规划、设计和运行的重要基础。

[0003] 随着电力系统的发展和扩大联网，电力系统网络的规模越来越大，断线阻抗扫描的计算量越来越大。提高断线阻抗扫描的计算速度，能够提高电力系统网络分析的速度。

[0004] 基于电力系统的电磁暂态模型进行断线阻抗扫描可以得到精确的结果，但是计算速度过慢，效率低下，而且扫描规模受到了限制，不能满足结构复杂的大型电力系统网络的断线阻抗扫描需求。

发明内容

[0005] 基于此，有必要针对传统的电力系统断线阻抗扫描方法效率低的问题，提供一种电力系统断线阻抗扫描方法和装置。

[0006] 一种电力系统断线阻抗扫描方法，包括如下步骤：

[0007] 获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；

[0008] 确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；

[0009] 根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中；

[0010] 在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。

[0011] 一种电力系统断线阻抗扫描装置，包括：

[0012] 矩阵计算模块，用于获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；

[0013] 线路筛选模块，用于确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；

[0014] 任务映射模块，用于根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中；

[0015] 阻抗获取模块，用于在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。

[0016] 上述电力系统断线阻抗扫描方法和装置，获取电力系统的节点导纳矩阵以及目标线路信息，根据节点导纳矩阵以及目标线路信息生成目标线路的断线阻抗计算任务，并将各个断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的各个线程中，分别并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。由于各个目标线路的断线阻抗计算是在各线程中并行处理获得的，相较于传统的电磁暂态模型进行断线阻抗扫描，本发明上述技术方案，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0017] 一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

[0018] 上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了多线程扫描获取多个目标线路的断线阻抗，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0019] 一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

[0020] 上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了多线程扫描获取多个目标线路的断线阻抗，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

附图说明

[0021] 图1为电力系统断线阻抗扫描方法流程图；

[0022] 图2为电力系统断线阻抗扫描任务映射示意图；

[0023] 图3为电力系统断线阻抗扫描装置结构示意图；

[0024] 图4为一个实施例的电力系统断线阻抗扫描装置结构示意图。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0026] 参见图1，图1为电力系统断线阻抗扫描方法流程图，本发明的电力系统断线阻抗扫描方法包括如下步骤：

[0027] S101，获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵。

[0028] 上述步骤中，所述线路信息可以为一个电力系统网络中所有线路的相关信息，例如该网络中所有线路的线路端节点数目，各节点的位置，线路的电压等级等等。根据这些线路信息，可以获取该电力系统网络中所有的节点信息，计算得到所有节点的节点导纳矩阵，即为该电力系统网络的节点导纳矩阵。

[0029] S102，确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息。

[0030] 在一个电力系统网络中，往往包含很多线路，这些线路中，一般只有部分线路是需要计算断路阻抗的，或者有时候只需要计算某区域例如某个小区、某电压等级的线路的断线阻抗。因此，可以根据实际需求预设约束条件，筛选出符合该预设的约束条件的目标线路，并获取这些目标线路的参数信息。

[0031] 在一个实施例中，所述预设的约束条件包括线路的区域范围和线路的电压等级。具体地，在一个实施例中，所述确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路的步骤包括：根据设置的线路的区域范围，获取电力系统网络所有线路中属于所述区域范围的区域线路；根据设置的线路的电压等级，获取区域线路中属于所述电压等级的目标线路。

[0032] S103，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中。

[0033] 在断线阻抗扫描过程中，需要分别运算每个目标线路的断线阻抗扫描，如果一一进行运算，运算效率低下，在进行大型电力网络的多目标线路运算时，需要耗费很长时间，且占用系统资源大。

[0034] 上述步骤，根据前述步骤获得的各个目标线路的参数信息和节点导纳矩阵，生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将各个目标线路的断线阻抗计算任务一一对应的映射到图形处理器(Graphics Processing Unit，CPU)的各个对应线程中，可参见图2所示，若有N个目标线路，则将N个目标线路的断线阻抗计算任务一一对应的映射到图形处理器的N个线程中，其中N为正整数。其中，在一个实施例中，所述各个目标线路的断线阻抗计算任务可根据统一计算设备架构(Compute Unified Device Architecture，CUDA)映射到图形处理器的各个对应线程中。

[0035] S104，在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。

[0036] 上述步骤，在图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵，分别并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。由于各个目标线路的断线阻抗运算是在各线程中并行处理获得的，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升断线阻抗扫描速度。

[0037] 具体地，在一个实施例中，所述在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行处理得到各个目标线路的断线阻抗的步骤包括：

[0038] 对所述节点导纳矩阵进行LDU分解处理；

[0039] 在图形处理器的各个线程中，分别根据当前线程中的目标线路信息，获取该目标线路两端对应的两个目标节点信息，并根据两个目标节点信息计算两个目标节点之间的点位向量；在一个实施例中，所述点位向量由下述公式算得：

[0040] b＝{…0i-1 1i 0i+1…0j-1 -1j 0j+1…}

[0041] 上式中，b为点位向量，b共有n项，n为电力系统网络节点的节点数目，i、j分别为两个目标节点在n个节点中的序号，其中b向量中各个数值的下标代表该数值在b向量中的项数，例如0i-1为b向量的第i-1项，其值为0，1i为b向量的第i项，其值为1，0i+1为b向量的第i+1项，其值为0，0j-1为b向量的第j-1项，其值为0，0j为b向量的第j项，其值为-1，0j+1为b向量的第j+1项，其值为0；

[0042] 在图形处理器的各个线程中，分别根据点位向量和LDU分解后的节点导纳矩阵处理得到各目标线路的断线阻抗。在一个实施例中，所述目标线路的断线阻抗由求解下述公式算得：

[0043]

[0044] 上式中，Yn×n为节点导纳矩阵，(Yn×n)LDU为LDU分解后的节点导纳矩阵，n为电力系统网络所有节点的节点数目，X为设置的向量，xi为X向量中的第i项，xj为X向量中的第j项，Zi-j为目标线路的断线阻抗。

[0045] 上述电力系统断线阻抗扫描方法，获取电力系统的节点导纳矩阵以及目标线路信息，根据节点导纳矩阵以及目标线路信息生成目标线路的断线阻抗计算任务，并将各个断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的各个线程中，分别并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。由于各个目标线路的断线阻抗计算是在各线程中并行处理获得的，相较于传统的电磁暂态模型进行断线阻抗扫描，本发明上述技术方案，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0046] 参见图3，图3为电力系统断线阻抗扫描装置结构示意图，本发明的电力系统断线阻抗扫描装置包括：

[0047] 矩阵计算模块301，用于获取电力系统网络的线路信息，根据所述线路信息获取电力系统网络中的各个节点的节点信息，并根据所述节点信息计算电力系统网络的节点导纳矩阵；

[0048] 线路筛选模块302，用于确定所述电力系统网络的线路中符合预设的约束条件的目标线路，并获取各个目标线路的参数信息；

[0049] 任务映射模块303，用于根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵生成各个目标线路的断线阻抗计算任务，并将所述断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的对应线程中；

[0050] 阻抗获取模块304，用于在所述图形处理器的各个线程中，根据各个目标线路的参数信息和所述节点导纳矩阵并行计处理得到各个目标线路的断线阻抗。

[0051] 上述电力系统断线阻抗扫描方法和装置，获取电力系统的节点导纳矩阵以及目标线路信息，根据节点导纳矩阵以及目标线路信息生成目标线路的断线阻抗计算任务，并将各个断线阻抗计算任务分别映射到图形处理器的各个线程中，分别并行处理得到各个目标线路的断线阻抗。由于各个目标线路的断线阻抗计算是在各线程中并行处理获得的，相较于传统的电磁暂态模型进行断线阻抗扫描，本发明上述技术方案，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0052] 在一个实施例中，所述预设的约束条件包括线路的区域范围和线路的电压等级。

[0053] 参见图4，图4为一个实施例的电力系统断线阻抗扫描装置结构示意图，在一个实施例中，所述线路筛选模块包括：

[0054] 区域选择模块302a，用于根据设置的线路的区域范围，获取电力网络所有线路中属于所述区域范围的区域线路；

[0055] 电压选择模块302b，用于根据设置的线路的电压等级，获取区域线路中属于所述电压等级的目标线路；

[0056] 参数获取模块302c，用于获取目标线路的参数信息。

[0057] 参见图4，在一个实施例中，所述阻抗获取模块包括：

[0058] 矩阵分解模块304a，用于对所述节点导纳矩阵进行LDU分解处理；

[0059] 节点获取模块304b，用于在图形处理器的各个线程中，分别根据当前线程中的目标线路信息，获取该目标线路两端对应的两个目标节点信息，并根据两个目标节点信息计算两个目标节点之间的点位向量；在一个实施例中，所述点位向量由下述公式算得：

[0060] b＝{…0i-1 1i 0i+1…0j-1 -1j 0j+1…}

[0061] 上式中，b为点位向量，b共有n项，n为电力系统网络节点的节点数目，i、j分别为两个目标节点在n个节点中的序号，其中b向量中各个数值的下标代表该数值在b向量中的项数，例如0i-1为b向量的第i-1项，其值为0，1i为b向量的第i项，其值为1，0i+1为b向量的第i+1项，其值为0，0j-1为b向量的第j-1项，其值为0，0j为b向量的第j项，其值为-1，0j+1为b向量的第j+1项，其值为0；

[0062] 阻抗计算模块304c，用于在图形处理器的各个线程中，分别根据点位向量和节点导纳矩阵处理得到各目标线路的断线阻抗；在一个实施例中，所述目标线路的断线阻抗由求解下述公式算得：

[0063]

[0064] 上式中，Yn×n为节点导纳矩阵，(Yn×n)LDU为LDU分解后的节点导纳矩阵，n为电力系统网络所有节点的节点数目，X为设置的向量，xi为X向量中的第i项，xj为X向量中的第j项，Zi-j为目标线路的断线阻抗。

[0065] 本发明的电力系统断线阻抗扫描装置与本发明的电力系统断线阻抗扫描方法一一对应，在上述电力系统断线阻抗扫描方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于电力系统断线阻抗扫描装置的实施例中，特此声明。

[0066] 一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

[0067] 上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了多线程扫描获取多个目标线路的断线阻抗，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0068] 一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的电力系统断线阻抗扫描方法。

[0069] 上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了多线程扫描获取多个目标线路的断线阻抗，在进行多个目标线路尤其是结构复杂的大型电力网络线路的断线阻抗扫描时，能够显著提升运算速度，快速获取电力系统网络目标线路的断线阻抗。

[0070] 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行装置、装置或设备(如基于计算机的装置、包括处理器的装置或其他可以从指令执行装置、装置或设备取指令并执行指令的装置)使用，或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行装置、装置或设备或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用的装置。

[0071] 计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

[0072] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。

[0073] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0074] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0075] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。