多核并行和設(shè)計模式在海量電力暫態(tài)數(shù)據(jù)處理與分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)自動化的快速發(fā)展和COMTRADE數(shù)據(jù)的日益廣泛應(yīng)用，基于COMTRADE的高級電力系統(tǒng)故障分析軟件在電力系統(tǒng)安全運行中變得越來越重要。然而，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)暫態(tài)錄波逐步向高采樣率、連續(xù)記錄和海量存儲的方向發(fā)展，COMTRADE數(shù)據(jù)的海量化趨勢明顯，并已經(jīng)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中造成了各種亟不可待的問題。同時，目前多核技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模普及，引發(fā)了并行計算的技術(shù)革命，這就為解決由海量COMTRADE數(shù)據(jù)引發(fā)的各種問題，提

2、供了解決思路。另外，在軟件設(shè)計方法學方面，模式理論已經(jīng)成為當今指導先進軟件系統(tǒng)開發(fā)的重要方法學。于是，本論文將多核并行計算技術(shù)和模式方法學相結(jié)合，首次研究并提出了針對海量COMTRADE數(shù)據(jù)處理和計算的一系列并行算法和快速算法，并采用當今先進的計算機技術(shù)，構(gòu)建了一整套適應(yīng)電力系統(tǒng)未來發(fā)展的高級電力系統(tǒng)暫態(tài)信息并行處理和分析系統(tǒng)(一套全圖形化故障分析軟件，一套可跨平臺的在線自動故障分析軟件，一套可跨平臺的COMTRADE并行壓縮/解壓軟件

3、)。本文的研究成果解決了該領(lǐng)域內(nèi)各種棘手的關(guān)鍵算法和技術(shù)問題，為電力系統(tǒng)海量暫態(tài)信息處理開辟了新的途徑。目前，該系統(tǒng)已投入實際使用。 在海量COMTRADE數(shù)據(jù)處理方面，通過深入研究COMTRADE標準和大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提出了COMTRADE容錯解析算法，大量試驗證明該算法可明顯提高故障分析軟件的魯棒性。為解決海量COMTRADE數(shù)據(jù)加載過程中效率低下的問題，采用并行流水線和共享隊列的設(shè)計思想，并利用以往串行加載算法中沒有用到的序

4、號信息，針對二進制和ASCII碼數(shù)據(jù)文件分別提出了各自的并行加載算法，試驗證明該算法可顯著提高海量COMTRADE數(shù)據(jù)的加載效率。為解決海量COMTRADE數(shù)據(jù)大量占據(jù)磁盤空間和傳輸帶寬的問題，采用多種提升格式小波和熵編碼算法以及線程間競爭通道序號的思路，提出了面向COMTRADE格式的海量錄波數(shù)據(jù)并行壓縮/解壓算法，試驗證明該算法可獲得較大的壓縮比，且速度極快。為解決海量COMTRADE波形數(shù)據(jù)繪制效率低下的問題，以分圖層并行繪制而后

5、融合的思路，提出了海量COMTRADE波形數(shù)據(jù)并行繪制算法，試驗證明了此算法可顯著提高海量COMTRADE波形數(shù)據(jù)的繪制效率。 在海量COMTRADE數(shù)據(jù)計算分析方面，研究了快速傅里葉算法的并行化和加窗雙譜線插值諧波分析算法，試驗證明了該算法的有效性。在分析相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，提煉出了適合海量COMTRADE通道數(shù)據(jù)計算的各種遞推算法，并進一步提出了其通用的并行計算算法，試驗證明了該算法可顯著提高海量COMTRADE通道數(shù)據(jù)的計算

6、效率。通過研究高壓輸電線路線電壓幅值沿線分布規(guī)律，得出了現(xiàn)實中該分布曲線只可能最多由兩條單調(diào)方向不同的曲線段組成的結(jié)論，并利用此結(jié)論提出了一種可排除偽根、精確求解、大幅降低計算量和簡化程序設(shè)計的故障雙端測距算法，試驗證明了該算法的有效性。 在軟件系統(tǒng)研究方面，為解決目前各種第三方電力系統(tǒng)故障分析軟件中存在的一系列不足和缺陷，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式方法學，提煉出了適合電力系統(tǒng)故障分析軟件設(shè)計的各種模式。為提高全圖形分析環(huán)境的分析效

7、率，結(jié)合設(shè)計模式，提出了一種和海量通道數(shù)據(jù)無關(guān)的圖形記憶算法，實現(xiàn)了Undo/Redo功能。為提高電力系統(tǒng)故障分析的效率和直觀性，提出了其三維分析方法，給出了故障分析中三維矢量數(shù)據(jù)的生成算法。為解決現(xiàn)有故障分析軟件中二次分析環(huán)境的不足和缺陷，研究并設(shè)計了可擴展的電力系統(tǒng)故障集成分析環(huán)境。環(huán)境內(nèi)集成了大量的電力系統(tǒng)通用分析算法，并可采用插件技術(shù)進行算法擴展。為和保護信息系統(tǒng)進行無縫融合，實現(xiàn)在線自動故障分析，研究并設(shè)計了一套可跨平臺的CO