文档介绍：重庆大学
博士学位论文
大规模电力系统并行处理技术及可靠性评估Web计算系统研究
姓名:刘洋
申请学位级别:博士
专业:电气工程
指导教师:周家启
20060301
中文摘要

摘要

本文受到教育部 211 工程项目大电力系统可靠性并行分析系统研究课题
的资助论文对电力系统并行处理技术特别是当前尚未取得实质性进展的前沿
性课题——大电力系统可靠性并行计算模型进行了深入的研究
论文以 Linux+MPI 和 COTS 模式构建高性能价格比的 Beowulf 集群平台处理
电力系统并行求解问题接着基于 Krylov 子空间方法理论提出一种新的适应电
力网络矩阵求解的预条件处理技术结合 PCG 迭代有效降低了大规模电力系统高
维稀疏线性方程求解的计算复杂度并基于 Beowulf 集群和 MPI 编程模型将其运
用到并行求解大规模电力潮流状态估计以及电力系统静态安全分析问题中然
后针对大电力系统可靠性评估问题提出两种 Monte-Carlo 并行仿真模型建立
配合收敛控制的异步化模拟过程设计消息传递编程模型下的粗粒度算法并对
算法近似线性的加速性能作出理论分析通过 MPI 编程在 Beowulf 集群上实现了
大电力系统可靠性评估的快速并行计算利用并行处理技术成功缓解了大电力系
统可靠性评估的计算灾最后以大电力系统可靠性评估并行程序为核心建
立基于 B/S 三层模型的 Web 计算系统基本结构提出对应的网络数据库设计和计
算模块装载模型开发出大电力系统可靠性评估 Web 计算系统以 Web Service
的形式实现了大电力系统可靠性评估的在线计算
论文研究的具体内容如下
(1) 以 OpenSource 的 Linux+MPI 和 COTS 模式构建了高性能价格比的 Beowulf
集群平台处理电力系统并行求解问题基于最新的 IT 技术以实际的构建过程为
例详细分析了电力系统 Beowulf 计算集群的基本体系结构从硬件网络和软
件三个方面解析其高性价比的构建技术同时运用基准测试程序(LinPACK NPB
和 PMB)对这一高性能计算平台进行测试显示该平台高效的并行计算性能以及
对程序可移植性的良好支持论文介绍的基于集群技术构建的电力系统高性能计
算平台为进行大规模电力系统快速详细的并行仿真计算奠定了基础
(2) 研究了预条件处理的 Krylov 子空间方法求解大规模电力系统方程的问题
采用 PCG 迭代法代替传统的 LU 直接法对高维稀疏潮流方程进行求解并详细比
较各种预条件处理技术对 CG 法潮流方程求解的效果结合电网络矩阵求解的特
点提出一种新的节点优化排序的 plete Cholesky 预处理方法通过对电网
络矩阵条件数的明显改变有效降低了 CG 迭代次数实验分析证明它是 CG 法快
速求解潮流的一种高效的预处理方法对 IEEE30 IEEE118 和多个合成的大规模
电力系统进行潮流计算结果表明这种预处理比其它的预处理需要更少的迭代次
I
重庆大学博士学位论文
数和浮点运算次数对超大规模电力系统的潮流问题也比传统 LU 直接法更具速度
和存储优势在电力系统互联程度的不断增加使其潮流计算面临大规模甚至超大
规模计算压力时论文中的方法能够成为传统方法的一个替代
(3) 将大规模电力系统方程 PCG 求解问题推广到 Beowulf 并行集群基于构
建的 Beowulf 分布式集群环境彻底摒弃矩阵的传统直接分解算法提出以易并
行化实现的多项式预处理 PCG 法并行求解大规模电力系统方程论文中的方法无
需进行任何形式的电网络划分也无需进行任何的矩阵三角分解和前推回代过程
适合各种类型的大规模电力系统方程的并行求解论文分别在潮流计算状态估
计中对大规模电力系统方程实现了并行求解并获得一定的加速比和并行效率
特别在静态安全分析中论文提出的结合完全分解因子预处理的 PCG 法甚至强于
传统补偿法对预想事故分析的计算论文在大规模电力系统方程并行求解方面的
研究为大规模电力系统快速仿真计算提供了一种新途径
(4) 研究大电力系统可靠性评估并行仿真问题分别采用状态采样法和系统状
态转移采样法进行 Monte-Carlo 并行仿真首先提出了与收敛判据相结合的任务
分配拓扑结构并根据两种方法并行模拟的不同需要改进了现有的串行伪随机数
生成方式以适应并行性接着建立了能有效屏蔽并行进程间模拟溢出的配合收敛
控制的异步化模拟过程完整设计出消息传递编程模型下的粗粒度算法并对算
法近似线性的加速性能作出理论分析最后基于构建的 Beowulf 集群环境开发出
大电力系统可靠性评估 MPI 并行程