Responsive image
博碩士論文 etd-0707117-160535 詳細資訊
Title page for etd-0707117-160535
論文名稱
Title
以平行計算求解電力潮流方程組
Parallel Computing for Solving the Power Flow Equations
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
34
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2017-06-29
繳交日期
Date of Submission
2017-08-11
關鍵字
Keywords
平行計算、牛頓法、同倫連續法、電力潮流方程組
Power flow equations, homotopy continuation method, parallel computing, Newton’s iteration method
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5793 次,被下載 0
The thesis/dissertation has been browsed 5793 times, has been downloaded 0 times.
中文摘要
電力潮流方程組是電力系統分析中重要的一環。它描述一個電網各節點的狀態。一個電網在相同的供給與負載下也存在著不同的穩定態。找出其他的解將可降低營運風險與成本。本文使用牛頓灑點法與同倫連續法求解方程組。牛頓撒點法隨機給定初始值執行牛頓疊代法,若收斂即為一解。同倫連續法對於欲求根的方程組 P(x) 建立一個類似的方程組 Q(x) 經過同倫連到 P(x)。使用同倫連續法求解電力潮流方程組。根據同倫連續法性質,將不只得到其他解還會得到所有解。

近幾十年來,電腦逐漸朝多核心跟顯示卡加速發展。如何有效地調用電腦資源將大幅影響計算速度。CPU 核心數量 10 核、20 核已為高階處理器,核心性能強大。GPU 有數以百計的核心,核心性能較弱。文末執行牛頓撒點法與同倫連續法程式並比較 CPU 與 GPU 實際運算時間。
Abstract
The power flow equations are an important part of the power system analysis. It describes the status of nodes in an electrical grid. A grid has different solutions under the same supply and load. Identifying other solutions will reduce operational risk and cost.

This paper uses the Newton iteration method and the homotopy continuation method to solve the equations. To solve the roots for a system of equations P(x) by the homotopy continuous method is making an equation system Q(x). The roots of Q(x) and P(x) are connected by homotopy paths. After tracing all the roots of Q(x) to P(x), we will obtain all the roots of P(x).

In recent years, multi-core CPU and the GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units) are developed. Effective call to computer resources will significantly affect the speed of calculation. A CPU has less but stronger cores, while a GPU has many but weak cores. At the end of this paper, the numerical solutions of the power flow equations are computed by parallel computing on CPU and GPU. This paper shows the efficiency of parallel computing.
目次 Table of Contents
1 簡介 1
2 電力潮流問題 1
2.1 電網簡介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.2 導纳矩陣 Admittance Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.3 電力潮流方程式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.4 節點種類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.5 電力潮流方程組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 計算方式 7
3.1 牛頓撒點法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.1 牛頓法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.2 高維度牛頓法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.3 演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 同倫連續法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2.1 計算方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.2 全次數同倫 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2.3 係數同倫 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 平行計算 13
4.1 CPU 平行計算:pthread/openMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1.1 牛頓灑點 CPU 平行演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1.2 同倫連續法 CPU 平行演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 GPGPU 顯示卡加速:CUDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.1 牛頓灑點 GPU 平行演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.2 同倫連續法 GPU 平行演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5 結果 21
5.1 Cyclic-5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.2 Power flow: bus-6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
6 結論 25
Reference 27
參考文獻 References
[1] T. Y. Li (2003), “Solving polynomial systems by the homotopy continuation method", Handbook of numerical analysis, Vol. XI, Edited by P. G. Ciarlet, North-Holland, Amsterdam.
[2] T. L. Lee, T. Y. Li and C. H. Tsai (2008), “HOM4PS-2.0, A software package for solving polynomial systems by the polyhedral homotopy continuation method”, Computing,83,pp109-133.
[3] D.K. Molzahn, B.C. Lesieutre and H. Chen (2013), Counterexample to a Continuation-based Algorithm for Finding all Power Flow Solutions. IEEE Transactions on Power Systems, Vol.28, No.1, February 2013
[4] W. Ma and J.S. Thorp (1993),“An Efficient Algorithm to Locate all the Load Flow Solutions”. IEEE Transactions on Power Systems, Vol.8, No.3, August 1993
[5] J. Sanders and E. Kandrot (2010), “CUDA by Example: An Introduction to General Purpose GPU Programming”. Addison-Wesley Professional
[6] X.F. Wang, Y. Song and M. Irving (2008). “Modern Power Systems Analysis”. Springerpp.73-76
[7] R. D. Zimmerman, C. E. Murillo-Sánchez,and R. J. Thomas (2011), “MATPOWER: Steady-State Operations, Planning and Analysis Tools for Power Systems Research and Education,” Power Systems, IEEE Transactions on, vol.26, no.1, Feb. 2011 pp. 12-19.
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:自定論文開放時間 user define
開放時間 Available:
校內 Campus:永不公開 not available
校外 Off-campus:永不公開 not available

您的 IP(校外) 位址是 3.133.141.6
論文開放下載的時間是 校外不公開

Your IP address is 3.133.141.6
This thesis will be available to you on Indicate off-campus access is not available.

紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 永不公開 not available

QR Code