基本信息
- 项目名称：
- 《基于MATLAB及GPU的风电并网稳态运行分析》
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 论文致力于探讨基于MATLAB平台的电力系统潮流计算与优化的问题：将风力发电模型纳入传统潮流计算领域，使风力发电更好的融入现代电网建设；同时独特地将GPU并行单元分配入潮流计算中，以加快潮流计算速度，缩短冗余时间。 以经典的牛拉法和P-Q分解法为基础，探讨用于潮流计算的风电模型，文章提出GPU引擎加速潮流计算的新思路，在“N-1”和“补偿法”的静态安全分析中实现加速和电脑仿真。
- 详细介绍：
- 本文主要研究基于MATLAB平台的电力系统潮流计算与优化的问题：将风力发电模型纳入传统潮流计算领域，使风力发电更好的融入现代电网建设；同时独特地将GPU并行单元分配入潮流计算中，以加快潮流计算速度，缩短冗余时间。 通过计算机潮流仿真实验获得了较为成功的结果。数据显示在GPU加速的情况下，静态安全分析获得了最高1.958的加速比。这较好地解释了风电的潮流模型，证实了GPU在对于多节点大规模网络的潮流计算速度明显高于传统单纯CPU计算。 此研究成果充分考虑了风电的稳态分析，开拓了潮流优化的新思路，加快了含风电机组的电力潮流和静态安全分析的计算速度，对含风电电力系统的研究和计算具有较大意义。考虑到目前GPU性能和软件支持的限制，我们有理由相信未来更为强大的GPU和相关支持软件的推出必将使电力系统潮流计算进入一个新的发展领域。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的： ①基于MATLAB平台，将风力发电建模纳入传统潮流计算领域，使风力发电更好的融入现代电网建设。 ②基于MATLAB平台，将GPU引擎并行单元分配入潮流计算中，加快潮流计算速度。 基本思路： 论文以稳态分析为基础，在MATLAB软件中实现仿真。提出了GPU加速潮流计算的新思路，在“N-1”和“补偿法”的静态安全分析中实现加速，并对GPU优势和不足做出分析结论。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性和先进性： 选题正确：对电力系统优化问题进行探索符合电力学科发展方向；基础架构科学：选择MATLAB平台提高了研究的可行性；研究方法科学：算例基于计算机编程，以数据为原则推导结论。 研究课题先进不落伍。潮流计算的优化问题是目前电力系统研究的热点。 独特之处： 将GPU大胆地运用到潮流计算编程中是本文的独特亮点。本文将GPU并行单元合理分配到潮流计算，获取速度提升。
应用价值和现实意义
- 本作品的研究成果有助于使风力发电更好地融入现代电网建设。它使用GPU加快了潮流计算速度，使“N-1”、“补偿法”的静态安全分析的风险评估更加快捷及时，对计算机时代电力系统分析开拓了一条新思路。
学术论文摘要
- 本文致力于探讨基于MATLAB平台的电力系统潮流计算与优化的问题：将风力发电模型纳入传统潮流计算领域，使风力发电更好的融入现代电网建设；同时独特地将GPU并行单元分配入潮流计算中，以加快潮流计算速度，缩短冗余时间。 以经典的牛顿拉夫逊法和P-Q分解法为基础，在探讨用于潮流计算的风电模型的前提下，文章提出了GPU引擎加速潮流计算的新思路，在“N-1”和“补偿法”的静态安全分析中实现加速并实现电脑仿真。 仿真实验获得了较为成功的结果，在GPU加速的情况下，静态安全分析获得了最高1.958的加速比，较好地解释了风电的潮流模型，证实了GPU在对于多节点大规模网络的潮流计算速度明显高于传统单纯CPU计算。 关键词 电力系统 风电异步电机 MATLAB GPU 并行运算 静态安全分析 N-1准则
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] F. Rossi and P. So, Parallelized Computational Electromagnetics TLMAlgorithms on NVIDIA Graphics Processing Units[R],IEEE Pacific RimConference on Communications, Computers and Signal Processing, 2009. [2] John D. Owens, Mike Houston, David Luebke, Simon Green,John E. Stone, and James C. Phillips.GPU Computing[J],Proceedings of the IEEE,2008,96(5) [3]Michael Milligan, Kevin Porter,Edgar DeMeo, Paul Denholm.Wind Power Myths Debunked[J],IEEE power & energy magazine,2009 [4] Norberto Garcia.Parallel Power Flow Solutions Using a Biconjugate Gradient Algorithm and a Newton Method: a GPU-Based Approach[J],IEEE Power Tech,2010. [5] 刘洋， 康凯，王邦惠， 张波;，韩学山. 含风电系统的潮流计算分析[J]，山东电力技术：2009，（04）. [6]唐 滔,林一松.Jacobi 和Laplace 算法在GPU 平台上的设计与实现[J]，计算机工程与科学，2009，31. [7] 吴宏斌. 基于风力机特性的风电机组潮流计算[J]，电力自动化设备，2008，28(11). [8] 夏俊峰，杨帆，李静，郑秀玉. 基于GPU的电力系统并行潮流计算的实现 [J]，电力系统保护与控制，2010(9). [9]郑漳华,艾 芊,顾承红,蒋传文.考虑电压稳定约束含风电场的电网动态最优潮流研究[J],华东电力，2008，36（10）. [10白洪涛，欧阳丹彤等. 基于GPU的稀疏矩阵向量乘优法[J]，计算机科学：2010，8
同类课题研究水平概述
- Matlab作为一种强大的矩阵运算工具，内建丰富高效的矩阵运算函数库。这使得在Matlab环境下编制潮流计算程序时，若能充分利用其提供的矩阵运算功能，不仅可以很容易地获取简洁高效的程序代码，提高了编程效率，而且可令计算速度大为提高，使得编制高质量的潮流计算程序的复杂度大为降低。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持,可以直接调用。目前,Matlab在电力系统控制设计、信号和图像处理、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多领域得到广泛的应用。 目前，图形处理器(GPU)用于通用计算(GPGPU)及其相关方面的问题目前已成为一个热门话题。事实上，整个IT产业都已经敏锐地意识到了GPU通用计算将给PC带来革命性的变化，进而影响到CPU的发展。因为具备强大的并行处理能力和极高的存储器带宽，GPU如果用于处理诸如金融分析、地震预报、医学影像、电力系统分析等需要大量重复数据集运算的应用程序，就有可能获得比CPU强大得多的计算能力。 2010年在GPU技术大会 (GTC) 上，MathWorks 宣布通过使用 Parallel Computing Toolbox 或MATLAB Distributed Computing Server 实现在MATLAB 应用中提供对 NVIDIA 图形处理器(GPU) 的支持。这项支持可使工程师和科学家加快多种 MATLAB 计算的速度，而无需执行底层编程。 作为一种新型的可再生能源,现代风力发电产业具有环境友好、技术成熟、全球可行的特点。专家预测，到2020年，风力发电将能够满足世界电力需求总两的12%，而如果发展得当，届时中国的风力发电将能够占到全球风电总量的14%。经过对风力资源、技术、市场潜力和政策环境综合评估，专家认为，中国的风能资源非常丰富，尤其是西北、东北和沿海地区，有着建设风场的天然优势。据中国气象科学研究院估计，我国十米高度层实际可开发风能储量为2.53亿千瓦。 大中型风电机组并网发电，已经成为世界风能利用的主要形式，随着并网机组需求持续增长，生产量上升，机组更新换代，单机容量提高，机组性能优化，故障降低，生产成本下降，风电已经基本具备与常规能源竞争的能力。对风电并网的分析研究，已成为热门话题。
