一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法及相关装置与流程

本发明属于电磁暂态实时仿真，具体涉及一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法及相关装置。

背景技术：

1、电力系统实时仿真是认识电力系统特性，支撑电力系统研究、规划、运行、生产、装备制造，以及保障电力系统安全可靠运行的有效手段。节点电压方程的求解是电磁暂态实时仿真技术中的重要环节，节点电压方程中的等值电导矩阵通常为稀疏矩阵，现有求解方法种类繁多，未针对矩阵的计算性能进行分析，无法从理论上量化不同求解方法的性能优劣，也无法量化电磁暂态实时仿真中节点电压方程的计算量对仿真性能的影响。

2、因此，如何得到一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间，是需要关注的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提供一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法及相关装置，计算电磁暂态实时仿真中等值电导矩阵元素置换时间和求解时间，量化节点电压方程的计算性能，有利于电力系统电磁暂态实时仿真。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，包括如下步骤：

4、针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，确定等值电导矩阵中每一列非零元素的个数和零元素的个数；

5、基于等值电导矩阵中每一列非零元素的个数，求解等值电导矩阵元素置换时间；

6、针对置换后的等值电导矩阵，求解等值电导矩阵元素求解时间及第一矩阵求解时间；

7、针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，求解基于lu分解的第二矩阵求解时间；

8、根据第一矩阵求解时间和第二矩阵求解时间，求解等值电导矩阵的阶数阈值，根据等值电导矩阵的阶数选择矩阵求解时间较少的求解方法并得到相应的求解时间。

9、进一步地，记等值电导矩阵中第n列零元素的个数记为kn，第n列非零元素个数记为n-kn，则等值电导矩阵元素置换时间按照下式计算：

10、ta=[n*min((n-1), (n-k1))+(n-1)*min((n-2), (n-k2))+……+2*1]*ta

11、式中，ta为通过元素置换将等值电导矩阵调整为上三角矩阵所需时间，即等值电导矩阵元素置换时间；ta为单个元素的置换时间。

12、进一步地，等值电导矩阵元素求解时间按照下式计算：

13、te=n*(n+1)*te/2

14、式中，te为等值电导矩阵元素求解时间；te为单个元素的求解时间，n为元素列数。

15、进一步地，第一矩阵求解时间按照下式计算：

16、tc= ta + te

17、式中，tc为第一矩阵求解时间，ta为等值电导矩阵元素置换时间，te为等值电导矩阵元素求解时间。

18、进一步地，第二矩阵求解时间按照下式计算：

19、tlu=n*(n+1)*te

20、式中，tlu为第二矩阵求解时间，te为单个元素的求解时间，n为元素列数。

21、进一步地，等值电导矩阵的阶数阈值按照下式计算：

22、nk=[min((n-1), (n-k1))+(n-1)/n*min((n-2), (n-k2))+……+2/n *1]*2ta/te-1

23、式中，nk为等值电导矩阵的阶数阈值，n为元素列数，kn为等值电导矩阵中第n列零元素的个数，ta为单个元素的置换时间，te为单个元素的求解时间。

24、进一步地，等值电导矩阵的表达式为：

25、；

26、式中，a为电磁暂态实时仿真计算中节点电压方程的等值电导矩阵；g11为等值电导矩阵中第一行的第一个电导；g12为等值电导矩阵中第一行的第二个电导；g1n为等值电导矩阵中第一行的第n个电导；g21为等值电导矩阵中第二行的第一个电导；g22为等值电导矩阵中第二行的第二个电导；g2n为等值电导矩阵中第二行的第n个电导；gn1为等值电导矩阵中第n行的第一个电导；gn2为等值电导矩阵中第n行的第二个电导；gnn为等值电导矩阵中第n行的第n个电导。

27、第二方面，本发明提供一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算装置，包括：

28、元素数量计算模块，用于针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，确定等值电导矩阵中每一列非零元素的个数和零元素的个数；

29、第一时间计算模块，用于基于等值电导矩阵中每一列非零元素的个数，求解等值电导矩阵元素置换时间；

30、第二时间计算模块，用于针对置换后的等值电导矩阵，求解等值电导矩阵元素求解时间及第一矩阵求解时间；

31、第三时间计算模块，用于针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，求解基于lu分解的第二矩阵求解时间；

32、阶数阈值求解模块，用于根据第一矩阵求解时间和第二矩阵求解时间，求解等值电导矩阵的阶数阈值，根据等值电导矩阵的阶数选择矩阵求解时间较少的求解方法并得到相应的求解时间。

33、相应地，本发明还提供一种计算机设备，设备包括处理器以及存储器：

34、存储器用于存储计算机程序，并将计算机程序的指令发送至处理器；

35、处理器根据计算机程序的指令执行如第一方面的一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法。

36、相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法。

37、综上，本发明提供了一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法及相关装置，通过针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，确定等值电导矩阵中每一列非零元素的个数和零元素的个数；基于等值电导矩阵中每一列非零元素的个数，求解等值电导矩阵元素置换时间；针对置换后的等值电导矩阵，求解等值电导矩阵元素求解时间及第一矩阵求解时间；针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，求解基于lu分解的第二矩阵求解时间；根据第一矩阵求解时间和第二矩阵求解时间，求解等值电导矩阵的阶数阈值，根据等值电导矩阵的阶数选择矩阵求解时间较少的求解方法并得到相应的求解时间。本发明给出了电磁暂态仿真中节点电压方程等值电导矩阵的矩阵求解时间和基于lu分解的等值电导矩阵求解时间，可以量化节点电压方程的计算性能，从理论上量化了不同求解方法的性能优劣。

技术特征：

1.一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，记所述等值电导矩阵中第n列零元素的个数记为kn，第n列非零元素个数记为n-kn，则所述等值电导矩阵元素置换时间按照下式计算：

3.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，所述等值电导矩阵元素求解时间按照下式计算：

4.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，所述第一矩阵求解时间按照下式计算：

5.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，所述第二矩阵求解时间按照下式计算：

6.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，所述等值电导矩阵的阶数阈值按照下式计算：

7.根据权利要求1所述的电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法，其特征在于，所述等值电导矩阵的表达式为：

8.一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法。

技术总结本发明提供了一种电磁暂态仿真中节点电压方程求解时间的计算方法及相关装置，通过针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，确定等值电导矩阵中每一列非零元素的个数和零元素的个数；基于等值电导矩阵中每一列非零元素的个数，求解等值电导矩阵元素置换时间；针对置换后的等值电导矩阵，求解等值电导矩阵元素求解时间及第一矩阵求解时间；针对电磁暂态仿真中节点电压方程的等值电导矩阵，求解基于LU分解的第二矩阵求解时间；根据第一矩阵求解时间和第二矩阵求解时间，求解等值电导矩阵的阶数阈值，根据等值电导矩阵的阶数选择矩阵求解时间较少的求解方法并得到相应的求解时间。本发明给出了电磁暂态仿真中节点电压方程等值电导矩阵的矩阵求解时间和基于LU分解的等值电导矩阵求解时间，可以量化节点电压方程的计算性能，从理论上量化了不同求解方法的性能优劣。技术研发人员：郭天宇,郭琦,郭海平,黄立滨,卢远宏,涂亮受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29