基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法
【专利摘要】本发明公开了电力系统能量管理【技术领域】中的一种基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法。按照多控制中心分解协调计算方法，将互联的系统通过联络线划分为多个子系统，子系统之间联络线及其两端节点作为边界节点进行重复建模；从实用化角度考虑设计分布式并行计算系统管理机制，应用分解协调计算机制、子系统主从机制、并行计算机制，以时间、空间、应用三维坐标标注的方式，实现数据分层与隔离；使用注册、激活、计算的分布式管理机制管理子系统状态，并用分级对象实现，形成完整的系统机制执行流程，达到多用户、多控制中心、多应用并发启动计算的目标。本发明解决了多控制中心分解协调计算应用于实践的系统管理问题。
【专利说明】基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统能量管理【技术领域】，尤其涉及一种基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法。
【背景技术】
[0002]我国的电力生产管理已经形成了一整套“分级管理，分层控制，分步处理”的体系。各级调度中心都针对所辖区域内的电网建立较为详细的电力系统模型，但各个分区电网并不了解其他分区电网的运行参数和状态。而从物理结构上来看，电网是互联的，各个电网不可忽略其他网络孤立的对本区电网进行计算和管理。电力元件上的物理变化通过电网连接相互影响，相互制约，使电力系统逐渐呈现模型复杂，数据广域分布的特点。另一方面，电力市场的出现对于电网的运行又提出了许多非技术性的要求。电网的互联与电力系统分层分区的管理体制之间的矛盾决定了需要进行多控制中心之间的分解协调计算。
[0003]与此同时，电力系统的安全不仅有赖于电力系统的运行、分析和控制技术，还受制于信息系统的有效性和可靠性，并与规划设计、市场运营、博弈、监管、科技投入和人才培养等因素密切相关，坚强的电网结构仍有可能在一系列相继故障和不当操作的打击下发生震荡，甚至系统范围的停电。对于电力系统来说，实现在线安全定量评估和各道防线自适应优化及协调，构建时空协调的安全稳定防御框架的任务极其紧迫。对于几次大的停电事故的反思启示，新一代的能量管理系统要建立完整地时空协调运算机制:从孤立防御到综合防御，基于时空协调的调度与管理。这就要求在空间上分布式存在的多控制中心分解协调计算能够在时间上以及应用上并发实现。
[0004]综上所述，电力系统技术层面、管理层面、市场层面上的问题交织在一起，人类很难直接驾驭，需要借助控制中心高度自动化、高度智能化的能量管理系统的帮助，将新的理念、新的分析控制技术引入EMS (能量管理系统)。
[0005]文献1(张伯明，张海波.多控制中心之间分解协调模式研究[J].《中国电机工程学报》，2006，26 (22):1-5)从实际应用的角度出发，考虑了分布式计算环境下的特殊要求，给出了我国实现多控制中心的分解协调计算应遵循的发展规律，系统阐述了同步迭代、异步迭代、实时等值三种分布式计算模式的实现原理与特点。提出了基于同步迭代模式的分布式潮流算法，该算法模型相对独立，对同步通讯要求不很苛刻；提出了在现有广域网通讯条件下可实现的基于异步迭代模式的分布式潮流算法；开发出了实时等值模式下分布式计算的实际应用系统，并对其相关理论问题进行研究，提出了一种新的拓扑可观测性分析方法。
[0006]文献2 (张伯明，张海波，孙宏斌.分布式潮流计算异步迭代模式的改进和补充[J].《电力系统自动化》，2006，26(22):12-16)考虑将分布式分解协调计算机制应用于动态潮流计算，提出了互联系统分布式动态潮流分解协调计算的一种新的异步迭代计算模式，通过在外层迭代过程中不断修正等值注入功率模拟外网对内网的响应，使各地子系统不需改变现有潮流计算模型，即可获得整个潮流计算结果。[0007]以多控制中心分解协调计算模式为基础，实际应用中考虑多个控制中心的不同用户同时启动不同应用运算问题，实用化设计将时空三维坐标应用于并行计算的系统管理机制，解决新一代的能量管理系统多个控制中心、多个用户及多个应用之间的并行协调问题。文献3(张伯明，孙宏斌，吴文传.三维协调的新一代电网能量管理系统[J].《电力系统自动化》，2007，31 (13): 1-6)提出了超级电网控制中心的概念，并从空间、时间和控制目标等3个维度进行新一代EMS的概念设计，加快了新一代EMS的研发过程。基于上述三维协调新一代EMS的构想，本发明将多控制中心分解协调计算机制进行实用化设计，考虑时空三维坐标进行分布式并行计算系统管理机制研究，实现多控制中心、多用户、多应用独立并发启动计算。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，提供一种基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法，将分解协调计算机制应用于电力系统的分布式并行计算，在分解协调计算理论基础上进行时空协调管理，满足未来电网对于新一代能量管理系统的要求。
[0009]为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法，通过协调子系统计算的协调层在子系统配合下实现，其特征是所述方法包括:
[0010]步骤1:协调层和子系统启动并初始化，协调层建立协调管理对象，子系统建立子系统管理对象；
[0011]步骤2:协调管理对象接收用户发送的子系统状态改变请求，协调管理对象根据子系统状态改变请求，判断并改变相应子系统的状态，并存储改变后的子系统状态；
[0012]所述子系统状态包括启动状态、注册状态和激活状态；
[0013]步骤3:协调管理对象将每个子系统的状态发送给所有处于激活状态的子系统；
[0014]步骤4:任意一个处于激活状态的子系统用户发起计算，处于注册状态和激活状态的子系统建立子系统计算对象，并建立新的计算线程；
[0015]步骤5:协调管理对象为每一个子系统计算对象赋予三维坐标，并将坐标下发给子系统；
[0016]步骤6:协调层建立与子系统计算对象数量相同的协调计算对象，并将子系统计算对象的三维坐标，依次赋予协调计算对象，使得协调计算对象与子系统计算对象一一对应起来；
[0017]步骤7:以发起计算的子系统作为主子系统，主子系统和从子系统的计算对象分别求取内网等值模型；
[0018]其中，主子系统将联络线外推得到缓冲网络，将缓冲网络计入内网后再求取内网等值模型；
[0019]步骤8:各子系统计算对象将求取的内网等值模型和联络线发送至与其对应的协调计算对象；
[0020]步骤9:协调计算对象根据对应子系统的内网等值模型和联络线，求取子系统的外网等值模型，再发送给对应的子系统计算对象，各子系统计算对象获得相应的外网等值模型；[0021]步骤10:各子系统计算对象获得外网等值模型后，将合并参数求取信息发送到协调层;
[0022]所述合并参数求取信息对不同应用并不相同，包括边界节点阻抗矩阵对角元、状态估计H矩阵对角元等；
[0023]步骤11:协调层根据各子系统发送的合并参数求取信息，利用相邻两个子系统的合并参数求取信息中边界节点的元素值计算合并参数；
[0024]步骤12:参与计算的各从子系统分别启动并进行计算，按照合并参数计算交换不平衡功率等边界协调信息，配合主子系统进行计算，多次迭代完成整个一次应用计算过程;
[0025]步骤13:每当有用户启动计算，用户所属子系统作为主子系统，重复上述步骤5-步骤12完成计算过程，需强调，不同子系统的各用户可以分别同时启动不同应用计算，相互不存在影响；
[0026]所述各子系统之间关系的处理采用多控制中心的分解协调机制:在一个子系统用户发起应用计算时，其他处于激活状态子系统也要参与并配合发起计算的主子系统完成计算；
[0027]所述配合计算的方式为:在协调层作用下，各从子系统参与计算过程中，与主子系统交换网络等值信息、合并参数求取信息以及边界不平衡功率等迭代计算信息；
[0028]所述系统管理方法应用子系统主从机制提高发起计算主子系统的应用计算精度；
[0029]所述子系统主从机制的实现方式包括:三维坐标中空间维坐标标注以区分发起计算的主子系统、主子系统联络线进行外推以获得更加精确的网络等值模型、从子系统调整参数以配合主子系统提高计算精度；
[0030]应用并行启动机制实现属于不同子系统的不同用户可以独立启动不同的应用计算，且相互不存在影响；
[0031]所述的并行启动机制的实现方式为对发起或参与的每一次应用计算建立新的计算线程，多线程运行不同的应用计算；三维坐标标注区分不同的计算对象，不属于同一次计算的计算对象之间不进行数据的交换，以形成数据隔离，防止计算过程中的数据混淆，从而可以多用户并行独立启动计算。
[0032]所述三维坐标包括时间维坐标、空间维坐标和应用维坐标。当子系统为主子系统时，时间维坐标为建立子系统计算对象的时间；空间维坐标为所述发起计算的主子系统的标号；应用维坐标为所启动的电力系统应用计算的标号；
[0033]所述电力系统应用计算包括状态估计计算、潮流计算和静态安全分析。
[0034]本发明将多控制中心分解协调计算模式应用于实践，解决了分解协调计算在实际EMS应用中的并行计算问题，使属于不同控制中心的不同用户可以并行的启动不同的应用计算。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是分解协调计算对象设置图；
[0036]图2是分解协调计算管理方法逻辑关系图；[0037]图3是主从机制缓冲网络示意图；
[0038]图4是对象三维坐标设置图；
[0039]图5是分布式并行计算系统管理逻辑图；
[0040]图6是分布式并行计算系统管理执行流程图；
[0041]图7是IEEE-118节点模型图；
[0042]图8是IEEE-118节点模型分割三个子系统图；
[0043]图9是协调层及各子系统计算对象的坐标赋予状况表；
[0044]图10是IEEE-118节点模型联络线外推后的新联络线与缓冲网络状况表；
[0045]图11是计算对象三维坐标的赋予模式表。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图，对分布式并行计算系统管理方法的实现作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0047]电力系统的分布式分解协调计算机制解决了电网互联与管理分层分区之间的矛盾。在实用化的过程中就要考虑两个问题:如何设计管理系统构架，将分解协调计算机制应用于实践；如何在分解协调理论基础上进行时空协调管理，满足未来电网对于新一代能量管理系统的要求。对于分布式并行计算机制的具体设计实现从如下三个角度考虑研究:
[0048](I)分解协调机制。
[0049]从实用化编程角度考虑，在设计实现一种运算机制时，往往要依赖对象的概念来完成。在分解协调计算机制中，各控制中心为了保证分布式计算结果的正确性，当参与计算的子系统较多时，需要有一个协调层来协调各个子系统的计算，同时管理各子系统间的数据通讯。在此过程中，协调层可以起到代理的作用，屏蔽了子系统与其它子系统间复杂的数据交换关系。
[0050]分布式并行计算管理方法设置协调层完成两方面作用:协调管理功能与协调计算功能。算法设置协调管理对象实现管理功能，一方面管理协调层的协调计算对象，另一方面管理子系统的子系统管理对象，进一步实现对子系统的管理，完成计算对象坐标管理、子系统状态管理等。设置协调计算对象，针对不同的主子系统读取不同的联络线信息，完成分解协调计算过程中的边界协调计算过程。
[0051]为完成实际的应用计算功能，子系统中同样设置子系统管理对象与子系统计算对象。子系统管理对象辅助协调管理对象完成对于本子系统状态的管理，子系统计算对象的管理，与协调管理对象为上下级管理关系。子系统计算对象完成具体的计算过程，与协调计算对象配合边界协调。
[0052]不同的对象对应的生命周期也应当是不同的。管理对象自始至终对于计算过程进行管理，所以其生命周期应当存在于整个运算过程，而不会因为一个应用计算实例的结束而消亡；相反的，计算对象主要实现完成一次计算过程，其生命周期应当与一次计算相当，当一个计算实例完成时，其生命周期结束。对应的对象设置如图1所示。
[0053]由上述对于各个对象功能的设定可知，协调管理对象、协调计算对象、子系统管理对象和子系统计算对象职能各不同，在分布式并行计算管理方法中所处的地位也不同。协调管理对象处于核心地位，是整个管理系统的大脑。类似于人的大脑支配整个神经系统的工作一样，协调管理对象支配着其他三个对象的工作，是整个并行计算管理方法的总指挥官，处于最顶级的位置。子系统管理对象就相当于管理系统周围的神经系统，具体对本子系统进行管理，包括子系统计算对象和子系统状态等等，其作用也应当在协调管理对象控制下实现。计算对象是运算的执行器，接收到管理对象管理命令后开始发起计算，并实际完成计算内容。整个系统的具体逻辑关系如图2所示。
[0054]由图2中不难看出，各个对象之间是分层排布的，并且由协调管理对象、子系统管理对象、计算对象由高级到低级实现管理的。通过上述的体系结构，协调计算对象配合协调管理对象进行各子系统之间的分解协调工作，发挥协调层的功能；子系统计算对象则在子系统管理对象的控制管理下进行实际运算过程。这些共同构成了分布式并行计算中的分解协调计算机制，实现不同控制中心的并发启动运算。
[0055](2)子系统主从机制。
[0056]在实际的电网分布式控制中，无论是潮流计算还是状态估计，一定都是由一个控制中心发起，其他控制中心配合计算的。在一次计算中，发起者更关心的一定是本控制中心所管辖区域电网内网的计算结果，而非整个电网的状态与计算结果。如何在其他控制中心配合协调下，提高本子系统的计算精度是分布式并行计算管理机制需要解决的问题。
[0057]分布式并行计算管理机制设置子系统的主从管理机制来解决上述问题。首先，本发明将发起计算的子系统称为主子系统；其他子系统称为从子系统，配合主子系统完成计算内容。协调层接受各子系统的内网等值模型，将从子系统进行外网等值后的模型发送给主子系统。主子系统以此外网等值模型为基础，再采用分解协调计算机制进行计算。不同的计算对象是通过三维坐标来进行区分的。在一个计算对象建立后，协调层会为其分配三维坐标，这其中的空间坐标即标志了发起计算的主子系统。在计算中，系统通过空间坐标区分主子系统进行处理，也就是要实现计算过程中的数据分层过程。
[0058]提高主子系统的计算精度，意味着更加详细的等值模型。对主子系统的模型，由实际的物理网络模型边界节点进行外推，设立缓冲网络以扩大其等值模型，从而达到提高计算精度的目的。由边界节点获得缓冲网络并计算入主子系统的内网等值模型，可以有效的提高一次应用计算的精确度。如图3所示，据判据获得某一主子系统的缓冲网络，将原联络线作为内网处理，缓冲网络的边界节点连接线路作为扩展联络线。对于扩展联络线外的网络，算作新的外网进行外网等值。缓冲网络的存在使得不同的主子系统区域划分不同，每一个子系统计算对象，都要建立一个协调计算对象与之对应，处理协调计算内容。
[0059](3)并行启动机制。
[0060]并行计算，即可以并行启动计算，要求管理机制能很好的处理好各对象之间的关系。上述分布式并行计算系统管理机制的分解协调计算机制，可以协调各个子系统在启动应用计算时交互配合关系。但是在实际应用中还要求属于同一子系统的不同用户能够并行的启动运算，相互之间独立不存在干扰，有必要设计并行启动机制实现上述要求。分布式并行计算实现并行启动的方式主要是通过三维坐标区分不同的计算对象，对于标注对象的三维坐标应当从时空维度上进行考虑。
[0061](3.1)时间维。
[0062]首先，对于每一个控制中心建立用户的概念。用户是指每一个控制中心中单独的一个客户端，按照用户权限的不同，不同权限用户可以完成不同的操作。在最高权限下，用户可以实现控制中心的所有应用功能运算。基于上述概念，每一个控制中心可以同时具有多个用户，在并行计算机制下，用户启动应用后可以并发独立完成运算，相互之间不能存在影响。
[0063]在实际的编程实现中，每一个用户的概念都应当是一个计算实例，即计算对象的概念。并行计算要区分同一控制中心的不同的用户，我们就以时间维度作为标志。这里的时间不是绝对意义上的时间，而是以每一个用户启动运算建立计算对象的时刻点作为一个相对的时间概念。具体的来说，我们在标志计算对象的三维坐标中设置时间坐标，以时间坐标来区分不同的计算对象，从而达到区分不同用户，实现不同用户之间的数据隔离分层的目的。
[0064](3.2)空间维。
[0065]电网在空间上的互联与电网分层、分区、分别独立进行运行和调度管理之间存在矛盾。所以我们在建模时就需要考虑本辖区电网与全局电网之间的协调。对于不同控制中心启动的运算，为提高计算的精度，我们在电网的等值中对于不同的子系统考虑选择缓冲网络的方法，进一步建立电网等值模型。多控制中心的分解协调计算机制通过设置协调层，采用分布式计算模式，通过彼此间的协同动作和数据交换来实现计算目标。
[0066]要完成上述的协调过程，要求我们必须区分由不同的控制中心建立的计算对象。所以在建立三维坐标时，考虑设置空间坐标，不同的控制中心所建立的计算对象以空间坐标的方式加以区分。计算对象在进行边界信息交换协调时，通过空间坐标实现数据的隔离与分层。
[0067](3.3)应用维。
[0068]对于一个调度中心来说，能量管理系统要实现包括状态估计、潮流计算等等多种高级应用。这要求分布式并行算法不仅要在时间空间的概念上完成并行任务，还要确保不同的计算对象启动不同应用时能够独立并行完成计算。从数据层面上来讲，时间空间坐标的标注更多的实现计算数据流的隔离，以确保不同计算对象之间不会出现数据的混淆干扰，保证运算的独立性、并行性。进一步来说应当考虑应用之间存在数据的交互与互调用时，不仅需要数据的隔离，还需要数据实现不同应用之间的分层。
[0069]三维坐标中应用维标注为其提供可能性，对于控制中心用户提出的不同的应用请求，并行算法为不同的计算对象赋予不同应用坐标。在计算发起后，拥有不同应用坐标的数据流就可以加以区分，进一步设计相应的接口与算法就可以实现不同应用之间数据的互调用，完成应用交互。
[0070]协调管理对象的生命周期贯穿整个计算过程，它完成对于计算对象坐标给定的管理。根据坐标三个维度具体作用，坐标的具体的管理方式为:以启动计算的时刻点为时间坐标赋值，从而区分不同用户启动的计算过程；以启动计算的子系统号作为空间坐标，区分计算中的主从子系统；以选择的应用号作为应用坐标，区分不同用户启动的不同应用过程。协调管理对象会给建立的每一个计算对象分配一个三维坐标，不同用户、不同子系统、不同应用计算对象之间三维坐标一定是不同的。如此，数据之间可以分层隔离，不存在相互影响，从而可以实现不同用户、子系统、应用并行启动计算。坐标设置示意如图4所示。
[0071](4)分布式并行计算管理方法由上述三个系统管理机制构成，并由对象的方式加以实现。如图5所示，分布性并行计算系统管理机制有如下特点:[0072]a)对象分级。当控制中心想要发起一个计算时，除了需要直接的计算程序来完成运算外，还需要相应的管理过程。并行计算机制下，多控制中心、多用户、多应用的特点使得这一管理过程变得尤其重要。以分级的观点来看，我们可以将对象分为管理级与应用级的对象，分别包含管理对象与计算对象。同时，为实现各种对象之间的数据通信，基层设计通信级作为数据通信的链路。具体关系如图2所示。不同对象级的对象完成不同的任务:用户级对象完成实际应用的运算任务；管理级对象完成对于应用级对象的管理任务；通信级对象则为上层对象提供数据链路。
[0073]b)数据分层。在对象分级概念的基础上，各对象之间的数据流也要实现分层。这里的分层包括两方面的含义:一方面是各个对象之间的数据要绝对隔离，独立运算互不影响；另一方面，通过通信级对象建立数据链路，各对象之间要能够相对通信，这主要是通过代理接口的设计实现的。实现分层的概念，则在运算过程不仅各个控制中心、各个用户、各个应用之间的数据不会出现混淆和相互影响，同时各应用之间还可以实现数据的互调用和交互。
[0074]实施例1
[0075]对于分布式并行计算系统管理方法的实施按照上述三个机制分别实现，以下结合具体事例对于本发明进行详细说明。需要强调的是下述说明仅仅作为事例性的，并不限制本发明的应用范围。
[0076](I)分解协调计算机制构建实现。
[0077]分布式并行计算算法为协调各个子系统之间的运算，设置协调层完成两方面作用:协调管理功能与协调计算功能，实用化编程中设置对应的协调管理对象、协调计算对象加以实现；在子系统中设置相应的子系统管理对象与计算对象配合协调层实现。为了完成各个对象之间的通信与交互，以公用对象请求代理体系(CORBA)实现异步通信。考虑到CORBA实现了对底层通信机制的包装，使得开发分布式程序变得容易，不用再去考虑不稳定的SOCKET通信模式带来的苦恼；实时C0RBA、容错CORBA很好的解决了分布式计算对实时性和鲁棒性的要求；具有独立于操作系统和开发语言的特点，多个应用程序不管是否用同一种语言编写，不管是否运行在同一种操作系统，只要符合CORBA标准，都能相互通信。分解协调计算机制的编程实现中应用CORBA命名服务与事件服务建立对象构建分级对象的通信级。
[0078]具体对象建立于实现流程如图6所示，左侧部分为子系统内实现的过程，右侧则为协调层完成的功能，具体如下:
[0079]a)系统启动。协调层与子系统分别完成启动，并进行相应的初始化。初始化过程包括:初始化三维坐标；读取命名、事件服务配置信息；启动命名服务、构建事件通道以形成通信级对象；构建软件程序界面。
[0080]b)建立管理对象。因为协调计算对象的生命周期是伴随协调层存在贯穿整个计算过程的，子系统管理对象则是伴随子系统存在的。所以协调层与子系统成功启动并完成初始化后，就建立相应的协调管理对象与子系统管理对象，准备接下来的管理工作。
[0081]c)管理对象根据用户请求对子系统状态进行管理。用户发出注册、激活或启动计算请求时，协调层处理相应请求并记录子系统状态，并向每个子系统发送当前各子系统状态，子系统根据接收信息刷新子系统状态。将子系统分为注册、激活与计算三种状态，在三种状态下分别启动三种进程完成如下任务:
[0082]注册进程:当前子系统加入，可以观测其他子系统状态，但是不参与到计算过程中。
[0083]激活进程:子系统参与到计算过程，完成CORBA通信准备，对各计算对象的坐标进
行管理。
[0084]计算进程:建立计算对象，判断子系统状态，准备启动计算过程。
[0085]d)启动计算。子系统启动计算进程后，建立相应的计算对象并进行初始化，获取完整的坐标信息及联络线信息。具体计算过程针对不同的应用使用不同的算法，计算中各子系统与协调层之间借助于事件通道的方式进行数据的推送通信。
[0086]按照如上流程安排程序的运行顺序，进行应用C++语言结合CORBA编程实现各对象功能，可构建实现分布式并行计算系统管理机制的分解协调计算机制。
[0087](2)分布式并行计算子系统主从机制主要分两部分实现:主子系统的确定；缓冲网络的建立。
[0088]首先是主子系统的确立。分布式并行计算系统管理机制中发起运算的用户所隶属的子系统作为此次计算的主子系统，是此次计算的核心和目的；其他子系统根据分解协调计算机制的要求配合主子系统进行应用计算。在实际编程中，无论是主子系统发起计算，还是从子系统配合计算，都会建立计算对象实现。为区分此次应用中发起计算的主子系统，对于一次应用计算中建立的所有计算对象，用发起计算的子系统号作为空间坐标，即用坐标标注的方式确定主子系统。
[0089]缓冲网络的建立。主子系统在计算中处于核心地位，主从机制应用的主要目的是提高发起计算主子系统应用计算的精确度，由原联络线外推建立缓冲网络计入计算内网，获得更加详细的内网等值模型可以提高计算精度。如图3所示，据判据获得某一主子系统的缓冲网络，将原联络线作为内网处理，外边界节点连接线路作为扩展联络线。对于扩展联络线外的网络，算作新的外网进行外网等值。
[0090]以IEEE-118节点模型为例说明主子系统确定与缓冲网络的建立，IEEE-118节点模型如图7所示:模拟现实中电网分层分区多控制中心状况，选取支路(15-33)、(19-34)、(30-38)、(23-24)、(70-74)、(70-75)、(75-69)、(77-69)、(68-81)为联络线，将原系统划分为三个独立子系统，分别标注为子系统1、子系统2、子系统3,如图8所不。假设由子系统2启动一次计算，则子系统2是主子系统。根据三维坐标赋予的方式，为三个子系统建立的计算对象赋予相同的空间坐标2，同时为对应的协调计算对象赋予空间坐标2。
[0091]图9所示的表中，坐标第一个元素t为时间坐标，是启动计算时刻序列值；x为应用坐标。显然可见由子系统2发起的计算所建立所有对象空间坐标为2。以上述标注方式，运算过程中可以确定主子系统。
[0092]由原联络线外边界节点进行外推，确定新的联络线，并将原内边界节点与外边界节点之间的网络作为缓冲网络。按照上述IEEE-118节点模型划分的子系统状况确定缓冲网络，对比图7与图8网络，由子系统2外边界节点进行外推。
[0093]如图10给出的表中的联络线外推方式确定新的联络线，扩展了子系统2的内网模型，从而提高启动应用计算的主子系统2的计算精度。以分布式动态潮流计算程序对于上述主从机制外推模式进行测试，程序的收敛迭代次数会降低，说明计算的精度得到了相应提高。除此以外，联络线的外推扩展并不限于外边界节点，可以由新的外边界节点和新的联络线继续外推，按照上述方式进一步扩大缓冲网络，以进一步提高主子系统的计算精度。
[0094](3)并灯启动机制的构建实现。
[0095]分布式并行计算系统管理机制通过计算对象三维坐标标注的方式实现多用户并行启动运算。三维坐标的时间、空间与应用坐标在并行计算中分别区分不同用户、不同主子系统与不同的应用。
[0096]由图11中给出的表中坐标赋予模式可见，通过三维坐标标注可以区分不同的计算对象，从而实现属于不同子系统的不同用户可以独立的启动不同应用不相互干扰。
[0097]用一个例子加以说明。假设将整个电网分为两个子系统，系统号为子系统I与子系统2。子系统I启动了动态潮流运算(应用号为I)，主子系统为I ;此时子系统1、子系统2与协调层分别建立一个计算对象。计算对象坐标设置如图4所示赋予时间、空间和应用坐标，三个计算对象坐标都为(1，1，D。同样的，由子系统2发起分布式状态估计运算(应用号为2)，则建立的三个对象的坐标都为(2，2，2)，如图8所示。由于每个子系统中每次计算生成的计算对象有不同的坐标，所以对象间数据不会发生混淆，实际编程中应用C++多线程编程可以实现多个用户独立并行启动不同应用而不相互影响。
[0098](4)综合构建分布式并行计算系统管理机制。
[0099]上面分别叙述了分解协调计算机制、子系统主从机制与并行启动机制的实施方式，三种机制可以由编程方式实现，显然分布式并行计算系统管理机制可以由编程的方式实现。编程中，以公用对象请求代理体系作为通信工具构建系统通信；以分解协调计算机制处理各个子系统之间的协调关系，解决分布式运算问题；计算模型中采用主从机制确定等值网络，提高计算精度；应用协调中采用并行启动机制，结合多线程编程实现并行功能。通过这些应用机制实现，构建完整分布式并行计算系统管理机制。以IEEE-118节点模型测试编程实现的分布式并行计算系统管理机制，属于不同子系统的不同用户可以独立启动不同应用运算，相互不存在影响且具有较高计算精度。
[0100]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于时空维度的电力系统分布式并行计算管理方法，通过协调子系统计算的协调层在子系统配合下实现，其特征是所述方法包括: 步骤1:协调层和子系统启动并初始化，协调层建立协调管理对象，子系统建立子系统管理对象； 步骤2:协调管理对象接收用户发送的子系统状态改变请求，协调管理对象根据子系统状态改变请求，判断并改变相应子系统的状态，并存储改变后的子系统状态； 所述子系统状态包括启动状态、注册状态和激活状态； 步骤3:协调管理对象将每个子系统的状态发送给所有处于激活状态的子系统； 步骤4:任意一个处于激活状态的子系统用户发起计算，处于注册状态和激活状态的子系统建立子系统计算对象，并建立新的计算线程； 步骤5:协调管理对象为每一个子系统计算对象赋予三维坐标，并将坐标下发给子系统； 步骤6:协调层建立与子系统计算对象数量相同的协调计算对象，并将子系统计算对象的三维坐标，依次赋予协调 计算对象，使得协调计算对象与子系统计算对象一一对应起来； 步骤7:以发起计算的子系统作为主子系统，主子系统和从子系统的计算对象分别求取内网等值模型； 其中，主子系统将联络线外推得到缓冲网络，将缓冲网络计入内网后再求取内网等值模型； 步骤8:各子系统计算对象将求取的内网等值模型和联络线发送至与其对应的协调计算对象； 步骤9:协调计算对象根据对应子系统的内网等值模型和联络线，求取子系统的外网等值模型，再发送给对应的子系统计算对象，各子系统计算对象获得相应的外网等值模型； 步骤10:各子系统计算对象获得外网等值模型后，将合并参数求取信息发送到协调层； 所述合并参数求取信息对不同应用并不相同，包括边界节点阻抗矩阵对角元和状态估计H矩阵对角元； 步骤11:协调层根据各子系统发送的合并参数求取信息，利用相邻两个子系统的合并参数求取信息中边界节点的元素值计算合并参数； 步骤12:参与计算的各从子系统分别启动并进行计算，按照合并参数计算交换不平衡功率边界协调信息，配合主子系统进行计算，多次迭代完成整个一次应用计算过程； 步骤13:每当有用户启动计算，用户所属子系统作为主子系统，重复上述步骤5-步骤12完成计算过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述各子系统之间关系的处理采用多控制中心的分解协调机制:在一个子系统用户发起应用计算时，其他处于激活状态子系统也要参与并配合发起计算的主子系统完成计算； 所述配合发起计算的主子系统完成计算的方式为:在协调层作用下，各从子系统参与计算过程中，与主子系统交换网络等值信息、合并参数求取信息以及边界不平衡功率迭代计算信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述各子系统采用主从机制提高发起计算主子系统的应用计算精度； 所述子系统主从机制的实现方式包括:三维坐标中空间维坐标标注以区分发起计算的主子系统、主子系统联络线进行外推以获得更加精确的网络等值模型以及从子系统调整参数以配合主子系统提高计算精度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述各子系统应用并行启动机制，实现属于不同子系统的不同用户独立启动不同的应用计算，且相互不存在影响； 所述并行启动机制的实现方式为对发起或参与的每一次应用计算建立新的计算线程，多线程运行不同的应用计算；三维坐标标注区分不同的计算对象，不属于同一次计算的计算对象之间不进行数据的交换，以形成数据隔离，防止计算过程中的数据混淆，从而实现多用户并行独立启动计算。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的方法，其特征是所述三维坐标包括时间维坐标、空间维坐标和应用维坐标；当子系统为主子系统时，时间维坐标为建立子系统计算对象的时间；空间维坐标为所述发起计算的主子系统的标号；应用维坐标为启动的电力系统应用计算的标号； 所述电力系统应用计算包括状态估计计算、潮流计算和静态安全分析。
【文档编号】G06Q10/06GK103955801SQ201410206022
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】张海波, 朱存浩 申请人:华北电力大学