Este artigo investiga o desempenho do método iterativo GMRES no subproblema linear de uma das etapas de solução das EDAs presentes em análises no domínio do tempo de estabilidade de sistemas elétricos. Mostra-se que o GMRES sem pré-condicionamento falha devido ao fenômeno da "estagnação". Foi testado um pré-condicionador de fatores incompletos tipo ILUT, sem êxito. Através do número de condicionamento da matriz imagem do pré-condicionador (matriz Jacobiana do sistema elétrico), comprovou-se o seu mau condicionamento, resultando, portanto, num pré-condicionador de baixa qualidade, justificando a falha do GMRES. Optou-se por pré-processar (escalonamento, normalização e reordenamento) a matriz imagem o que, de fato, melhorou as suas características refletindo positivamente na qualidade do pré-condicionador. Após essas ações, o GMRES solucionou eficientemente os sistemas lineares associados a cada experimento numérico, todos apresentando inicialmente matrizes Jacobianas muito mal-condicionadas.

This paper investigates the GMRES iterative method performance for solving the sublinear problem associated to the DAEs solution present in power system stability analysis in time domain. It is shown that the unpreconditioned GMRES fails due to a phenomenon known as "stagnation". It was used an incomplete factors preconditioner with threshold - ILUT, unsuccessfully. Through the preconditioner image matrix (original power system Jacobian matrix) condition number, it was checked its bad condition, resulting, therefore, in a low quality preconditioner, justifying the GMRES failure. The image matrix was then preprocessed (scaling, normalizing and reordering) improving its characteristics acting positively over the preconditioner quality. After these actions, the GMRES solved efficiently the linear systems associated to each numerical experiment, all presenting bad conditioned original Jacobian matrices.

Este trabalho propõe uma estratégia de eliminação de elementos não-nulos durante a construção de um pré-condicionador ILU fazendo uso de dois critérios; um baseado no erro gerado para eliminar os elementos do fator L e o outro numa tolerância relativa para eliminar os elementos de U. Normalmente, esses critérios estão baseados nos níveis dos elementos não-nulos, nos seus valores absolutos, quantidade, ou numa combinação dessas duas últimas. Para o subproblema linear do fluxo de carga esta última combinação pode introduzir elevados erros devido à eliminação inadequada de elementos não-nulos grandes em valor absoluto, aumentando o número de operações efetuadas pelo método iterativo e, conseqüentemente, o tempo de CPU, comprometendo o seu desempenho. É mostrada a influência do esquema de reordenamento neste cenário e experimentos numéricos tipificam o problema e corroboram a melhor qualidade da regra proposta.

This paper proposes a fill-in dropping strategy during ILU preconditioner construction making use of two criteria; one to eliminate the L factor fill-ins based on the resulting error and the other based on a relative tolerance for U fill-ins. Normally, the fill-in dropping rule is based on levels of fills, numerical values, amount, or a combination of the former two. This combination rule is very well-documented in the literature but for solving the load flow sublinear problem this conventional rule may introduce large errors due to inadequate droppings, increasing the number of operations and the CPU time as well, turning poor the iterative method performance. It is shown the influence of the reordering scheme over that scenario and numerical experiments typify the problem and corroborate the better quality of the proposed rule.

Este artigo investiga causas associadas ao baixo desempenho de um pré-condicionador ILU e propõe uma metodologia para melhorar a sua qualidade e a taxa de convergência do método iterativo GMRES. O objetivo é solucionar o subproblema linear do fluxo de carga, com destaque para condições de carga pesada e de difícil convergência. A metodologia está baseada em duas etapas. Na primeira, um pré-condicionador é construído a partir da matriz Jacobiana da primeira iteração Newton-Raphson reordenada. A segunda etapa só é considerada se o GMRES falhar no início do processo de solução devido à baixa qualidade do pré-condicionamento. Nela, o processo é reiniciado e um pré-condicionador de melhor qualidade é construído a partir da matriz Jacobiana pré-processada via escalonamento e permutações não-simétricas e simétricas (reordenamento). A fim de amenizar o custo computacional associado a sua construção, uma estratégia para manter o pré-condicionador fixo sempre que possível é incluída. Experimentos numéricos corroboram a robustez numérica e a eficiência computacional da metodologia proposta.

This paper investigates the causes associated to the low performance of an ILU preconditioner and proposes a methodology to improve its quality and the GMRES iterative method convergence rate as well. The goal is solve the load flow sublinear problem, emphasizing heavy load scenarios of difficult convergence. The methodology is based on two steps. On the first one, a preconditioner is constructed based on the Jacobian matrix calculated and reordered at the first Newton-Raphson iteration. The second step is taking into account only in case of GMRES failure due to low quality preconditioning. The process is restarted an a better quality preconditioner is constructed based on the preprocessed Jacobian matrix through scaling and nonsymmetric and symmetric (reordering) permutations. In order to reduce the computational cost associated to the construction of the preconditioner, it is proposed a strategy for keeping it fixed as long as possible. Numerical experiments corroborate the numerical robustness and the computational efficiency of the proposed methodology.

O presente trabalho investiga e compara o desempenho de técnicas numéricas aplicadas na solução de Equações Diferenciais e Algébricas (EDAs) representando sistemas elétricos e seus componentes. Entre os métodos considerados, destaca-se o método conhecido como Método de Diferenciação Regressiva Modificado Estendido (MEBDF), por este apresentar propriedades de estabilidade numérica que os Métodos de Diferenciação Regressiva (BDF) convencionais não apresentam, sendo que estas propriedades podem evitar problemas numéricos durante a solução das EDAs. As técnicas são comparadas através de testes envolvendo simulações computacionais no domínio do tempo de fenômenos de estabilidade de curta-, e de longa-duração (angular e de tensão, respectivamente) em sistemas-teste do IEEE. O objetivo principal foi verificar a eficiência dessas técnicas numéricas sob o ponto de vista computacional, sem comprometer a precisão. O aspecto computacional está relacionado com o tempo de cpu gasto nas simulações.

The present work investigates and compares the computational performance of numerical techniques applied to the solution of algebraic and differential equations (DAEs) representing power systems and their components. Among the considered techniques, emphasis was given to the method known as Modified Extended Backward Differentiation Formulae (MEBDF), due to its numerical stability properties that conventional Backward Differentiation Formulae (BDF) methods do not have, and these properties may avoid numerical troubles during DAEs solution. The comparison is made through computational tests related to simulations of power system short- and long-term stability phenomena (transient angular stability and long-term voltage stability), using IEEE system-test. The main objective was to check the computational efficiency of these numerical techniques. The computational aspect is related to the simulation CPU time.