基于广义向后差分方法的电力系统暂态稳定性快速数值计算方法

为满足电力系统暂态稳定性实时分析计算的需求,将边界值类方法中的广义向后差分方法应用于暂态稳定性数值计算,提出了一种新的暂态稳定性快速数值计算方法。该方法利用广义向后差分方法对微分方程进行连续的时间差分离散,然后对离散后的非线性方程组采用牛顿法进行整体求解。利用雅克比矩阵所具有的带状结构特征,采用矩阵方程分裂—组合技巧,避免了对整体雅可比矩阵或多个分块子矩阵进行三角分解,从而提高了暂态稳定性数值计算的效率。对两个算例系统的测试结果表明:相对于经典的隐式梯形积分方法,所提出的算法在计算效率上具有明显的优势。

黏性Cahn-Hilliard方程的二阶BDF数值格式

采用有限元方法对黏性Cahn-Hilliard方程进行数值求解.首先,引入辅助变量Lagrange乘子r,得到黏性Cahn-Hilliard方程的等价形式;其次,在空间上采用混合有限元逼近,时间上采用隐式向后差分公式(BDF)进行离散,给出黏性Cahn-Hilliard方程的二阶线性有限元数值格式,并分析所给格式的无条件能量稳定性和误差估计;最后,通过一系列数值算例验证所给格式的精确性和有效性.结果表明,该数值格式是理想的,并具有同时满足线性、无条件能量稳定和二阶精度的特点.

多体系统动力学的常用积分器算法

本文将以单步法中的广义α族积分器和多步法中的BDF族积分器为主要讨论对象,详细介绍大型多体系统动力学软件中常见类型的积分器的算法细节.每族积分器都给出了不止一套计算公式,而且其对应求解微分代数方程组(DAE)的index可以为1、2或者3.除此以外,本文还着重介绍了微分代数方程组的误差估计、变阶变步长策略等关键技术;并讨论了大型DAE问题求解过程中的初始条件分析、Jacobian矩阵复用等重要环节的算法实现;对于BDF积分器族,文中还详细描述了高阶格式的非绝对稳定性、速度变量的误差估计等瓶颈问题的解决方案.全文以多体系统动力学软件的积分器程序实现为目标,强调在满足给定精度的条件下,如何提高计算效率和保证仿真运行的鲁棒性.另外,本文也简要介绍了在某些应用场合中有很大潜力的显式积分器族.通过分析和比较,文中还将指出各种算法的优缺点以及可能的改进方向,希望能够为研究人员和程序开发者提供一定的参考.由于篇幅限制,本文只列出了几个标准的算例比较,作为文中内容的补充;并给出了几种积分器性能比较的一般性结论.文中几乎所有方法都经由作者程序实现、测试和比较,并且相关算法的实现细节也都已尽量列出,可以很容易地编程实现并应用到实际问题的求解中去.