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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
《基于MATLAB及GPU的風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析》
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
論文致力于探討基于MATLAB平臺(tái)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算與優(yōu)化的問(wèn)題：將風(fēng)力發(fā)電模型納入傳統(tǒng)潮流計(jì)算領(lǐng)域，使風(fēng)力發(fā)電更好的融入現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)；同時(shí)獨(dú)特地將GPU并行單元分配入潮流計(jì)算中，以加快潮流計(jì)算速度，縮短冗余時(shí)間。 以經(jīng)典的牛拉法和P-Q分解法為基礎(chǔ)，探討用于潮流計(jì)算的風(fēng)電模型，文章提出GPU引擎加速潮流計(jì)算的新思路，在“N-1”和“補(bǔ)償法”的靜態(tài)安全分析中實(shí)現(xiàn)加速和電腦仿真。
詳細(xì)介紹：
本文主要研究基于MATLAB平臺(tái)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算與優(yōu)化的問(wèn)題：將風(fēng)力發(fā)電模型納入傳統(tǒng)潮流計(jì)算領(lǐng)域，使風(fēng)力發(fā)電更好的融入現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)；同時(shí)獨(dú)特地將GPU并行單元分配入潮流計(jì)算中，以加快潮流計(jì)算速度，縮短冗余時(shí)間。 通過(guò)計(jì)算機(jī)潮流仿真實(shí)驗(yàn)獲得了較為成功的結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示在GPU加速的情況下，靜態(tài)安全分析獲得了最高1.958的加速比。這較好地解釋了風(fēng)電的潮流模型，證實(shí)了GPU在對(duì)于多節(jié)點(diǎn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算速度明顯高于傳統(tǒng)單純CPU計(jì)算。 此研究成果充分考慮了風(fēng)電的穩(wěn)態(tài)分析，開(kāi)拓了潮流優(yōu)化的新思路，加快了含風(fēng)電機(jī)組的電力潮流和靜態(tài)安全分析的計(jì)算速度，對(duì)含風(fēng)電電力系統(tǒng)的研究和計(jì)算具有較大意義?？紤]到目前GPU性能和軟件支持的限制，我們有理由相信未來(lái)更為強(qiáng)大的GPU和相關(guān)支持軟件的推出必將使電力系統(tǒng)潮流計(jì)算進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域。

作品圖片

  • 《基于MATLAB及GPU的風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析》
  • 《基于MATLAB及GPU的風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析》
  • 《基于MATLAB及GPU的風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析》

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

撰寫(xiě)目的： ①基于MATLAB平臺(tái)，將風(fēng)力發(fā)電建模納入傳統(tǒng)潮流計(jì)算領(lǐng)域，使風(fēng)力發(fā)電更好的融入現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)。 ②基于MATLAB平臺(tái)，將GPU引擎并行單元分配入潮流計(jì)算中，加快潮流計(jì)算速度。 基本思路： 論文以穩(wěn)態(tài)分析為基礎(chǔ)，在MATLAB軟件中實(shí)現(xiàn)仿真。提出了GPU加速潮流計(jì)算的新思路，在“N-1”和“補(bǔ)償法”的靜態(tài)安全分析中實(shí)現(xiàn)加速，并對(duì)GPU優(yōu)勢(shì)和不足做出分析結(jié)論。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性和先進(jìn)性： 選題正確：對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行探索符合電力學(xué)科發(fā)展方向；基礎(chǔ)架構(gòu)科學(xué)：選擇MATLAB平臺(tái)提高了研究的可行性；研究方法科學(xué)：算例基于計(jì)算機(jī)編程，以數(shù)據(jù)為原則推導(dǎo)結(jié)論。 研究課題先進(jìn)不落伍。潮流計(jì)算的優(yōu)化問(wèn)題是目前電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。 獨(dú)特之處： 將GPU大膽地運(yùn)用到潮流計(jì)算編程中是本文的獨(dú)特亮點(diǎn)。本文將GPU并行單元合理分配到潮流計(jì)算，獲取速度提升。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本作品的研究成果有助于使風(fēng)力發(fā)電更好地融入現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)。它使用GPU加快了潮流計(jì)算速度，使“N-1”、“補(bǔ)償法”的靜態(tài)安全分析的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更加快捷及時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)時(shí)代電力系統(tǒng)分析開(kāi)拓了一條新思路。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文致力于探討基于MATLAB平臺(tái)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算與優(yōu)化的問(wèn)題：將風(fēng)力發(fā)電模型納入傳統(tǒng)潮流計(jì)算領(lǐng)域，使風(fēng)力發(fā)電更好的融入現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)；同時(shí)獨(dú)特地將GPU并行單元分配入潮流計(jì)算中，以加快潮流計(jì)算速度，縮短冗余時(shí)間。 以經(jīng)典的牛頓拉夫遜法和P-Q分解法為基礎(chǔ)，在探討用于潮流計(jì)算的風(fēng)電模型的前提下，文章提出了GPU引擎加速潮流計(jì)算的新思路，在“N-1”和“補(bǔ)償法”的靜態(tài)安全分析中實(shí)現(xiàn)加速并實(shí)現(xiàn)電腦仿真。 仿真實(shí)驗(yàn)獲得了較為成功的結(jié)果，在GPU加速的情況下，靜態(tài)安全分析獲得了最高1.958的加速比，較好地解釋了風(fēng)電的潮流模型，證實(shí)了GPU在對(duì)于多節(jié)點(diǎn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算速度明顯高于傳統(tǒng)單純CPU計(jì)算。 關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 風(fēng)電異步電機(jī) MATLAB GPU 并行運(yùn)算 靜態(tài)安全分析 N-1準(zhǔn)則

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[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] 劉洋， 康凱，王邦惠， 張波;，韓學(xué)山. 含風(fēng)電系統(tǒng)的潮流計(jì)算分析[J]，山東電力技術(shù)：2009，（04）. [6]唐　滔,林一松.Jacobi 和Laplace 算法在GPU 平臺(tái)上的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2009，31. [7] 吳宏斌. 基于風(fēng)力機(jī)特性的風(fēng)電機(jī)組潮流計(jì)算[J]，電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28(11). [8] 夏俊峰，楊帆，李靜，鄭秀玉. 基于GPU的電力系統(tǒng)并行潮流計(jì)算的實(shí)現(xiàn) [J]，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010(9). [9]鄭漳華,艾　芊,顧承紅,蔣傳文.考慮電壓穩(wěn)定約束含風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)動(dòng)態(tài)最優(yōu)潮流研究[J],華東電力，2008，36（10）. [10白洪濤，歐陽(yáng)丹彤等. 基于GPU的稀疏矩陣向量乘優(yōu)法[J]，計(jì)算機(jī)科學(xué)：2010，8

同類(lèi)課題研究水平概述

Matlab作為一種強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算工具，內(nèi)建豐富高效的矩陣運(yùn)算函數(shù)庫(kù)。這使得在Matlab環(huán)境下編制潮流計(jì)算程序時(shí)，若能充分利用其提供的矩陣運(yùn)算功能，不僅可以很容易地獲取簡(jiǎn)潔高效的程序代碼，提高了編程效率，而且可令計(jì)算速度大為提高，使得編制高質(zhì)量的潮流計(jì)算程序的復(fù)雜度大為降低。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持,可以直接調(diào)用。目前,Matlab在電力系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)、信號(hào)和圖像處理、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 目前，圖形處理器(GPU)用于通用計(jì)算(GPGPU)及其相關(guān)方面的問(wèn)題目前已成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。事實(shí)上，整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)敏銳地意識(shí)到了GPU通用計(jì)算將給PC帶來(lái)革命性的變化，進(jìn)而影響到CPU的發(fā)展。因?yàn)榫邆鋸?qiáng)大的并行處理能力和極高的存儲(chǔ)器帶寬，GPU如果用于處理諸如金融分析、地震預(yù)報(bào)、醫(yī)學(xué)影像、電力系統(tǒng)分析等需要大量重復(fù)數(shù)據(jù)集運(yùn)算的應(yīng)用程序，就有可能獲得比CPU強(qiáng)大得多的計(jì)算能力。 2010年在GPU技術(shù)大會(huì) (GTC) 上，MathWorks 宣布通過(guò)使用 Parallel Computing Toolbox 或MATLAB Distributed Computing Server 實(shí)現(xiàn)在MATLAB 應(yīng)用中提供對(duì) NVIDIA 圖形處理器(GPU) 的支持。這項(xiàng)支持可使工程師和科學(xué)家加快多種 MATLAB 計(jì)算的速度，而無(wú)需執(zhí)行底層編程。 作為一種新型的可再生能源,現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有環(huán)境友好、技術(shù)成熟、全球可行的特點(diǎn)。專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2020年，風(fēng)力發(fā)電將能夠滿(mǎn)足世界電力需求總兩的12%，而如果發(fā)展得當(dāng)，屆時(shí)中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電將能夠占到全球風(fēng)電總量的14%。經(jīng)過(guò)對(duì)風(fēng)力資源、技術(shù)、市場(chǎng)潛力和政策環(huán)境綜合評(píng)估，專(zhuān)家認(rèn)為，中國(guó)的風(fēng)能資源非常豐富，尤其是西北、東北和沿海地區(qū)，有著建設(shè)風(fēng)場(chǎng)的天然優(yōu)勢(shì)。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院估計(jì)，我國(guó)十米高度層實(shí)際可開(kāi)發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53億千瓦。 大中型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，已經(jīng)成為世界風(fēng)能利用的主要形式，隨著并網(wǎng)機(jī)組需求持續(xù)增長(zhǎng)，生產(chǎn)量上升，機(jī)組更新?lián)Q代，單機(jī)容量提高，機(jī)組性能優(yōu)化，故障降低，生產(chǎn)成本下降，風(fēng)電已經(jīng)基本具備與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的能力。對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)的分析研究，已成為熱門(mén)話(huà)題。
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