随着电力系统规模的变化,潮流计算也不断复杂,手算已经无法满足,从二十世纪五十年代中期开始人们便试着借助计算机来简化运算。无论使用何种方法它都是一些简化的手段,都是要遵守潮流计算基本的一些要求的。这些要求可以总结到以下几点:30540
(1)算法的可靠性和收敛度
(2)计算的速度和占用容量
(3)计算方法是否灵活方便
对于系统元件的分析,不仅要分析它的稳态和动态特性,还要考虑它的过渡阶段,电力系统潮流计算主要针对元件处于稳态时的状态进行分析。所以电力系统潮流计算的方程就没有微分方程,它的方程主要是非线性高阶的方程。所以这就需要用到迭代的方法来求解,而迭代法必须确定有合理的收敛性而且这些非线性的方程都是高阶的,而且电力系统的规模越大它对应的方程的阶数也会越大,不是任意的方法就能轻松地得到方程的解的。所以作为电力系统潮流计算的研究人员,他们必须要找到比较合理高效的计算方法[2]。论文网
1 高斯-赛德尔迭代法
高斯-赛德尔迭代法是比较早出现的方法,在计算机刚刚加入潮流计算后这种方法更加为人们所普遍应用,它是基于节点导纳的一种迭代法,所以通常也可以将它简称为导纳法。相比于别的方法,导纳法比较容易被人理解,所以利用率很高,而且就当时的技术水平来说,计算机的内存还比较小,也不适合其他占内存大的复杂算法,和导纳法相近的还有阻抗法,也就是基于线路阻抗的一种迭代法。
计算机的变革也成了算法变革的关键因素,在二十世纪优尔十年代计算机就有了进一步发展,主要体现在内存的增长和运行时间的减少,这就成了阻抗法开始流行的前提。
阻抗法要利用计算机储存很多满矩阵,这些矩阵都是必不可少的,用来表征一些参数的,所以这会占用计算机很大的内存,而且利用迭代法的话,每次迭代都要将矩阵中每个元素提出计算,迭代次数一旦增高,计算量将会很大[3]。
当时在国内阻抗法也比较流行,它在收敛性方面又很突出的优势,这也是它渐渐取代导纳法的原因,我国也因为采用了阻抗法而在电力系统潮流计算方面有了进步,这也间接地为我国电力系统事业的发展起了推动的力量。但没有哪种方法能一直沿用下去,阻抗法因为迭代次数多,占用的内存比较大等原因也无法成为完美的算法,这也促使人们继续对阻抗法改善,比如后来出现的分块阻抗法,它的原理主要是在基于阻抗法的基础上,将一个大系统分块成一个个小系统,计算机中储存分出的各地区的阻抗矩阵,而不是大系统的所有矩阵,这样占用的计算机内存会减少,也会使得运算变得更加方便快捷。
2 牛顿-拉夫逊法和PQ分解法
当然不只是分块阻抗法,这还只是在阻抗法的基础上的小变化,而后出现的牛顿-拉夫逊法,则是一种新的方法,一般简称为牛拉法。牛拉法其实最初只是在数学上求解非线性方程的方法,它的特点是收敛性很好。和导纳法一样,还是在导纳矩阵的基础上来解决电力系统潮流计算问题,而不同的是针对稀疏矩阵,在使用迭代法时,尽可能保证稀疏性,这样程序会变得高效。而后到了二十世纪优尔十年代中期牛拉法凭借着最佳消去法的普及而更加为人们所重视,人们也越发觉得牛拉法在很多方面由于阻抗法很多,也从此变得流行起来,如今依然是很常用的算法。
牛拉法毕竟还是纯数学的算法,为了和电力系统相结合,人们将牛拉法进一步改进,加入一些电力系统元素,PQ法也就由此产生,PQ法也同样具有牛拉法的优势,甚至在运算的速度上更加出色,这也很快使得人们将眼球集中在了这一新兴算法上。
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