Comparação de métodos de armazenamento de matrizes esparsas para contribuição à simulação em tempo real de redes elétricas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Pinho, Raphael Dantas
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Informática
Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e computacional
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26802
Resumo: Real-time digital simulation (RTDS) of electrical networks is an important analysis tool, with applications in the operation, design, planning, and expansion of electrical systems. Among the simulators, the Real-Time Digital Simulator (RTDS®), developed by RTDS Technologies, and the HYPERSIM and eMEGASIM, produced by OPAL-RT Technologies stand out. To make SDTR viable, it is necessary the computational modeling of the components of the electrical networks and their characteristics, from the generation of energy and distribution and transmission circuits to the loads. This modeling represents a major obstacle for RTDS since it consists of solving systems of large linear equations, arising from the high number of bars that make up the networks. Invariably, the matrices that describe the behavior of the passive network are sparse and, in this work, emphasis is given to the storage techniques of these matrices, to optimize the processing, operating only with values other than zero. Through the collection of processing time and computational memory use, the performance of five of these techniques is compared: Compressed Sparse Row (CSR), Compressed Sparse Column (CSC), Compressed Sparse Vector (CSV), Skyline, and DFA2, which are associated with the iterative methods of Jacobi and Gauss-Seidel to obtain the solutions of the system of equations that describes the behavior of the electrical network. As a reference for this comparison, OpenDSS, through the OpenDSSDirect.py, was also submitted to the proposed analyses. The results obtained show that the CSR and CSC storage methods, associated with the Gauss-Seidel method, demonstrate the ability to collaborate with the simulation in real-time.
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spelling Comparação de métodos de armazenamento de matrizes esparsas para contribuição à simulação em tempo real de redes elétricasRede Elétrica - Modelagem computacional Método de armazenamento CSC.SDTR - Simulação em Tempo RealMatrizes esparsasSistema de equaçõesMétodo de armazenamento CSRMétodo de armazenamento CSCCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOReal-time digital simulation (RTDS) of electrical networks is an important analysis tool, with applications in the operation, design, planning, and expansion of electrical systems. Among the simulators, the Real-Time Digital Simulator (RTDS®), developed by RTDS Technologies, and the HYPERSIM and eMEGASIM, produced by OPAL-RT Technologies stand out. To make SDTR viable, it is necessary the computational modeling of the components of the electrical networks and their characteristics, from the generation of energy and distribution and transmission circuits to the loads. This modeling represents a major obstacle for RTDS since it consists of solving systems of large linear equations, arising from the high number of bars that make up the networks. Invariably, the matrices that describe the behavior of the passive network are sparse and, in this work, emphasis is given to the storage techniques of these matrices, to optimize the processing, operating only with values other than zero. Through the collection of processing time and computational memory use, the performance of five of these techniques is compared: Compressed Sparse Row (CSR), Compressed Sparse Column (CSC), Compressed Sparse Vector (CSV), Skyline, and DFA2, which are associated with the iterative methods of Jacobi and Gauss-Seidel to obtain the solutions of the system of equations that describes the behavior of the electrical network. As a reference for this comparison, OpenDSS, through the OpenDSSDirect.py, was also submitted to the proposed analyses. The results obtained show that the CSR and CSC storage methods, associated with the Gauss-Seidel method, demonstrate the ability to collaborate with the simulation in real-time.NenhumaA simulação digital em tempo real (SDTR) de redes elétricas consiste numa importante ferramenta de análise, com aplicações na operação, projeto, planejamento e ampliação dos sistemas elétricos. Dentre os simuladores, destacam-se o Real-Time Digital Simulator (RTDS®), desenvolvido pela RTDS Technologies, e o HYPERSIM e eMEGASIM, produzidos pela OPAL-RT Technologies. Para viabilizar a SDTR, faz-se necessária a modelagem computacional dos componentes das redes elétricas e suas características, desde a geração de energia e circuitos de distribuição e transmissão, até as cargas. Essa modelagem representa grande obstáculo para a SDTR, visto que ela consiste na solução de sistemas de equações lineares de grandes dimensões, advindas do alto número de barras que compõem às redes. Invariavelmente, as matrizes que descrevem o comportamento da rede passiva são esparsas e neste trabalho, dá-se ênfase às técnicas de armazenamento destas matrizes, com o intuito de otimizar o processamento, operando somente com os valores diferentes de zero. Através da coleta do tempo de processamento e uso da memória computacional, compara-se o desempenho de cinco destas técnicas: Compressed Sparse Row (CSR), Compressed Sparse Column (CSC), Compressed Sparse Vector (CSV), Skyline e DFA2, que se associaram aos métodos iterativos de Jacobi e Gauss-Seidel para obter as soluções do sistema de equações que descreve o comportamento da rede elétrica. Como referência para essa comparação, o OpenDSS, através da OpenDSSDirect.py, também foi submetido as análises propostas. Os resultados obtidos mostram que os métodos de armazenamento CSR e CSC, associados ao método de Gauss-Seidel, demonstram capacidade para colaborar com a simulação em tempo real.Universidade Federal da ParaíbaBrasilInformáticaPrograma de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e computacionalUFPBBarros, Luciano Saleshttp://lattes.cnpq.br/5175817442792763Barros, Camila Mara Vitalhttp://lattes.cnpq.br/1315327332959469Pinho, Raphael Dantas2023-04-26T17:05:12Z2023-02-112023-04-26T17:05:12Z2022-11-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26802porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-04-27T06:03:59Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/26802Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2023-04-27T06:03:59Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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description Real-time digital simulation (RTDS) of electrical networks is an important analysis tool, with applications in the operation, design, planning, and expansion of electrical systems. Among the simulators, the Real-Time Digital Simulator (RTDS®), developed by RTDS Technologies, and the HYPERSIM and eMEGASIM, produced by OPAL-RT Technologies stand out. To make SDTR viable, it is necessary the computational modeling of the components of the electrical networks and their characteristics, from the generation of energy and distribution and transmission circuits to the loads. This modeling represents a major obstacle for RTDS since it consists of solving systems of large linear equations, arising from the high number of bars that make up the networks. Invariably, the matrices that describe the behavior of the passive network are sparse and, in this work, emphasis is given to the storage techniques of these matrices, to optimize the processing, operating only with values other than zero. Through the collection of processing time and computational memory use, the performance of five of these techniques is compared: Compressed Sparse Row (CSR), Compressed Sparse Column (CSC), Compressed Sparse Vector (CSV), Skyline, and DFA2, which are associated with the iterative methods of Jacobi and Gauss-Seidel to obtain the solutions of the system of equations that describes the behavior of the electrical network. As a reference for this comparison, OpenDSS, through the OpenDSSDirect.py, was also submitted to the proposed analyses. The results obtained show that the CSR and CSC storage methods, associated with the Gauss-Seidel method, demonstrate the ability to collaborate with the simulation in real-time.
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