CPU+GPU架构下节点阻抗矩阵生成及节点编号优化方法
发布时间：2021-03-30 17:43
随着电网规模不断扩大,快速形成大电网节点阻抗矩阵具有重要实用价值。为了加速阻抗矩阵的生成,针对中央处理器（CPU）+图形处理器（GPU）协同计算架构设计了基于GPU的并行支路追加法。通过分析电网拓扑结构与链支的关系,基于图论最小环设计了节点编号优化算法;通过厂站连接关系,提取厂站级别最小环,利用拓扑排序,确定群追加顺序。在群基础上确定厂站追加顺序,进而进行节点编号顺序优化。试验结果表明,相比串行计算方法,所提方法在计算效率方面有显著提高,在大电网计算中,可获得数十倍的加速比,追加链支的加速比达百倍。
【文章来源】：电力系统自动化. 2020,44(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
多核支路追加算法
以图3为例，3个环分别为：节点a,b,c和边2,3,7组成的环R1、节点b,c,d,e,f和边1,4,5,6,7组成的环R2、节点a,b,c,d,e,f和边1,2,3,4,5,6组成的环R3。如果先追加R1的所有支路，将产生1条链支，需要修改3阶矩阵全部元素，再追加R2剩余支路，又将产生1条链支，需要修改6阶矩阵全部元素，R3中已无剩余支路；而如果先追加R3的所有支路，将产生1条链支，需修改6阶矩阵全部元素，再追加R1剩余支路，又产生1条链支，需要再次修改6阶矩阵全部元素，R2则无须计算。可以看出，先R1再R2比先R3再R1少修正27个元素。原因在于环R3包含了环R1和R2所有节点，环R3可以拆分成2个更小的环R1和R2。在计算机科学中，对图3中最小环问题也有描述[22]，并给出了最小环的概念：从1个点出发，经过1条简单路径回到起点成为环，图的最小环就是所有环中长度最小的。
图4(a）为实际电网中的片段截取，绿色圆为普通厂站，通过遍历得α，β，γ，δ这4个最小环。假设α环中存在接地支路，先追加α环中厂站的支路；图4(b）为完成α环追加时的状态，蓝色圆代表完成追加的所有最小环，记为Ra，此时需要修正Ra=[α]中3个厂站包含支路所形成的节点阻抗矩阵；接着追加与Ra相邻的β环，追加后状态如图4(c）所示，须修正Ra=[α，β]中8个厂站的数据；同样在完成γ环追加时，状态如图4(d）所示，须修正Ra中11个厂站的数据；完成δ环追加时的状态如图4(e），此时图4(a）中的所有厂站均被追加，须修正Ra中13个厂站的数据。完成4个环追加需要修正的数据总计为35个厂站中节点的数据，修正厂站数记为MSn。以上过程可总结为：每追加1个环，须修正的数据为已经形成的节点阻抗矩阵中的元素，即图4中蓝色圆代表的厂站中支路所形成的节点阻抗矩阵。为了后续论证方便，本节将若干个环组成的集合定义为群，并记为Gr，群Gr包含的环数记为rn，包含的厂站数记为sn。
【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于CPU+GPU协同架构的大规模病态潮流求解方法[J]. 王明轩,陈颖,黄少伟,魏巍,常晓青. 电力系统自动化. 2018(10)
[2]基于线程池的GPU任务并行计算模式研究[J]. 李涛,董前琨,张帅,孔令晏,康宏,杨愚鲁. 计算机学报. 2018(10)
[3]调控云架构及应用展望[J]. 许洪强. 电网技术. 2017(10)
[4]基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术[J]. 陈颖,宋炎侃,黄少伟,于智同,魏巍. 电力系统自动化. 2017(19)
[5]适应多级调度安全稳定分析资源共享的分布式计算管理平台[J]. 方勇杰,王胜明. 电力系统自动化. 2016(23)
[6]基于云计算的电磁问题并行计算方法[J]. 金亮,邱运涛,杨庆新,牛萍娟,祝丽花. 电工技术学报. 2016(22)
[7]节点导纳矩阵和阻抗矩阵的互感支路组整体追加方法[J]. 陈明,李银红,石东源,柳焕章,王若曦,段献忠. 电工技术学报. 2016(21)
[8]基于MSHC继电保护一体化智能分区算法的研究[J]. 邱智勇,韩学军,李雪冬,崔晓慧,金小波. 电力系统保护与控制. 2016(19)
[9]智能电网与能源网融合的模式及其发展前景[J]. 李立浧,张勇军,陈泽兴,蔡泽祥,韩永霞,杨苹. 电力系统自动化. 2016(11)
[10]继电保护一体化整定计算数据模型拼接新思路[J]. 孙月琴,王同文,王栋,王海港,李崇瞻,仇向东. 电力系统保护与控制. 2014(17)
本文编号：3109889
【文章来源】：电力系统自动化. 2020,44(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
多核支路追加算法
以图3为例，3个环分别为：节点a,b,c和边2,3,7组成的环R1、节点b,c,d,e,f和边1,4,5,6,7组成的环R2、节点a,b,c,d,e,f和边1,2,3,4,5,6组成的环R3。如果先追加R1的所有支路，将产生1条链支，需要修改3阶矩阵全部元素，再追加R2剩余支路，又将产生1条链支，需要修改6阶矩阵全部元素，R3中已无剩余支路；而如果先追加R3的所有支路，将产生1条链支，需修改6阶矩阵全部元素，再追加R1剩余支路，又产生1条链支，需要再次修改6阶矩阵全部元素，R2则无须计算。可以看出，先R1再R2比先R3再R1少修正27个元素。原因在于环R3包含了环R1和R2所有节点，环R3可以拆分成2个更小的环R1和R2。在计算机科学中，对图3中最小环问题也有描述[22]，并给出了最小环的概念：从1个点出发，经过1条简单路径回到起点成为环，图的最小环就是所有环中长度最小的。
图4(a）为实际电网中的片段截取，绿色圆为普通厂站，通过遍历得α，β，γ，δ这4个最小环。假设α环中存在接地支路，先追加α环中厂站的支路；图4(b）为完成α环追加时的状态，蓝色圆代表完成追加的所有最小环，记为Ra，此时需要修正Ra=[α]中3个厂站包含支路所形成的节点阻抗矩阵；接着追加与Ra相邻的β环，追加后状态如图4(c）所示，须修正Ra=[α，β]中8个厂站的数据；同样在完成γ环追加时，状态如图4(d）所示，须修正Ra中11个厂站的数据；完成δ环追加时的状态如图4(e），此时图4(a）中的所有厂站均被追加，须修正Ra中13个厂站的数据。完成4个环追加需要修正的数据总计为35个厂站中节点的数据，修正厂站数记为MSn。以上过程可总结为：每追加1个环，须修正的数据为已经形成的节点阻抗矩阵中的元素，即图4中蓝色圆代表的厂站中支路所形成的节点阻抗矩阵。为了后续论证方便，本节将若干个环组成的集合定义为群，并记为Gr，群Gr包含的环数记为rn，包含的厂站数记为sn。
【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于CPU+GPU协同架构的大规模病态潮流求解方法[J]. 王明轩,陈颖,黄少伟,魏巍,常晓青. 电力系统自动化. 2018(10)
[2]基于线程池的GPU任务并行计算模式研究[J]. 李涛,董前琨,张帅,孔令晏,康宏,杨愚鲁. 计算机学报. 2018(10)
[3]调控云架构及应用展望[J]. 许洪强. 电网技术. 2017(10)
[4]基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术[J]. 陈颖,宋炎侃,黄少伟,于智同,魏巍. 电力系统自动化. 2017(19)
[5]适应多级调度安全稳定分析资源共享的分布式计算管理平台[J]. 方勇杰,王胜明. 电力系统自动化. 2016(23)
[6]基于云计算的电磁问题并行计算方法[J]. 金亮,邱运涛,杨庆新,牛萍娟,祝丽花. 电工技术学报. 2016(22)
[7]节点导纳矩阵和阻抗矩阵的互感支路组整体追加方法[J]. 陈明,李银红,石东源,柳焕章,王若曦,段献忠. 电工技术学报. 2016(21)
[8]基于MSHC继电保护一体化智能分区算法的研究[J]. 邱智勇,韩学军,李雪冬,崔晓慧,金小波. 电力系统保护与控制. 2016(19)
[9]智能电网与能源网融合的模式及其发展前景[J]. 李立浧,张勇军,陈泽兴,蔡泽祥,韩永霞,杨苹. 电力系统自动化. 2016(11)
[10]继电保护一体化整定计算数据模型拼接新思路[J]. 孙月琴,王同文,王栋,王海港,李崇瞻,仇向东. 电力系统保护与控制. 2014(17)
本文编号：3109889
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3109889.html
