Abstract
Real-time dynamics simulation of large-scale power systems is a computational challenge because of the need to solve a large set of stiff, nonlinear differential-algebraic equations. The main bottleneck in these simulations is the solution of the linear system during each nonlinear iteration of Newton's method. We present a parallel linear solution scheme using the Krylov subspace-based iterative solver GMRES with a BlockJacobi preconditioner. The scheme shows promise for real-time dynamics simulation, with a good speed up for a 2383-bus, 327-generator test case. Results obtained for both stable and unstable operating conditions show that real-time simulation speed can be realized by using the proposed parallel linear solution scheme
چکیده
شبیه‌سازی زمان واقعی دینامیک‌های سیستم‌های قدرت مقیاس بزرگ در واقع یک چالش محاسباتی است به این خاطر که این شبیه‌سازی، مستلزم حل حجم بالایی از معادلات جبری-دیفرانسیلی غیرخطی و دشوار است. چالش اصلی در این شبیه‌سازی‌ها، حل سیستم خطی در هر تکرار روش غیرخطی نیوتن می‌باشد. ما در این مقاله، یک الگوی حل خطی موازی را با استفاده از روش حل تکراری مبتنی بر زیر فضای Krylov تحت عنوان GMRES تحت شرط از پیش تعریف شده Block-Jacobi ارائه می‌کنیم. این الگو در شبیه‌سازی زمان واقعی دینامیک‌های سیستم قدرت، عملکرد قابل‌اعتمادی را به همراه سرعت مناسب تحلیل برای یک سیستم تست 2383 باس و 327 ژنراتوری، از خود نشان می‌دهد. نتایج حاصل تحت شرایط پایدار و ناپایدار نشان می‌دهد که سرعت شبیه‌سازی زمان واقعی سیستم را می‌توان با استفاده از الگوی حل خطی موازی پیشنهاد شده در این مقاله، افزایش داد.
1-مقدمه
لزوم شبیه‌سازی سریع و دقیق دینامیک‌های شبکه قدرت (و یا تحلیل حالت گذرا) در واقع موضوع اصلی سازمان‌های وابسته به سیستم قدرت در سال‌های اخیر بوده است. این دیدگاه در تحقیقات اخیر DOE و EPRI در [14], [20] بیشتر مورد تأکید قرار گرفته است. در واقع، بیش از دو دهه قبل، شبیه‌سازی دینامیک‌های سیستم به صورت زمان واقعی به عنوان یک چالش محاسباتی مهم شناخته می‌شد. با افزایش سرعت پردازش پروسسورها، شبیه‌سازی‌های زمان واقعی دینامیک‌های سیستم قدرت در آینده‌ای نه‌چندان دور، امکان‌پذیر شد. متأسفانه، افزایش سرعت کلاک در پروسسورها طی دهه گذشته دچار رکود شد و شبیه‌سازی زمان واقعی دینامیک‌های سیستم همچنان به عنوان یک چالش محاسباتی عظیم، باقی ماند. شبیه‌سازی دینامیک‌های سیستم قدرت مقیاس بزرگ از نظر محاسباتی یک چالش عظیم است که دلیل آن وجود حجم بالایی از معادلات جبری-دیفرانسیلی غیرخطی (DAEs), است که در آن‌ها، معادلات دیفرانسیلی در واقع دینامیک‌های ماشین‌های چرخان را مدل‌سازی می‌کنند (یعنی ژنراتورها و موتورها) و معادلات جبری نیز بیانگر بارهای شبه استاتیکی و سیستم انتقال هستند. سیستم توان الکتریکی به صورت مجموعه‌ای از DAEs های غیرخطی بیان می‌شود که در آن f و g توابع غیرخطی برداری هستند....