CN104142810A - 一种形成节点导纳矩阵的并行方法 - Google Patents

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CN104142810A CN201410334960.1A CN201410334960A CN104142810A CN 104142810 A CN104142810 A CN 104142810A CN 201410334960 A CN201410334960 A CN 201410334960A CN 104142810 A CN104142810 A CN 104142810A
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admittance matrix
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parallel method
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Inventor
门锟
武志刚
林亚君
杨诚
甄鸿越
王长香
赵利刚
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CSG Electric Power Research Institute
Power Grid Technology Research Center of China Southern Power Grid Co Ltd
Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
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Power Grid Technology Research Center of China Southern Power Grid Co Ltd
Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
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Abstract

本发明是一种形成节点导纳矩阵的并行方法。包括有如下步骤：1)将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行；2)枚举网络所有支路根据支路信息，判断支路类型，在节点导纳矩阵中相应的位置加上相应的值；3)将节点导纳矩阵结果返回到主机中。本发明主要是根据不同支路对节点导纳矩阵的贡献相互独立的原理枚举网络所有支路进行叠加来形成节点导纳矩阵。随着电网的发展和扩大联网，电网的规模越来越大，要形成节点导纳矩阵计算量相对较大，同时节点导纳矩阵在电网潮流计算、短路计算、机电暂态仿真等方面都是必不可少的。本发明利用并行计算来形成节点导纳矩阵可以大大加快计算速度。

Description

一种形成节点导纳矩阵的并行方法
技术领域
本发明是一种形成节点导纳矩阵的并行方法，属于电力系统分析的创新领域。
背景技术
电力系统网络模型可用网络元件参数和网络元件连接关系确定。在实际电力系统网络计算中，我们希望有更为简单的网络模型的描述方法，即用一个既包含网络元件参数又包含了元件的连接关系的矩阵来描述电力系统网络模型。节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵具有这样的特点，其中节点导纳矩阵由于具有稀疏性而被广泛使用。电网的节点导纳矩阵是电力系统的重要属性之一，不管对电力系统进行什么分析(比如潮流计算，暂态分析等)都离不开节点导纳矩阵的形成。随着电网的发展和扩大联网，电网的规模越来越大，形成节点导纳矩阵的计算量越来越大。近年来，随着对电网运行的要求越来越精细化，对电网的实时分析和在线校核就显得尤为重要，所以对分析电网的速度要求也越来越高。提高节点导纳矩阵的形成速度，必然会提高电力系统分析的速度。所以考虑采用并行方式实现提高形成节点导纳矩阵的速度。
并行计算技术从最早的分布式计算发展到后来的多核CPU，再到近几年发展迅速的GPU，相对比较成熟。GPU具有低成本，高计算效率的优点，所以其在计算领域的地位越来越显著。随着NVIDIA推出的通用并行计算构架CUDA(Compute Unified Device Architecture)，使得GPU解决复杂的计算问题能够充分发挥其优势。综上所述，基于CUDA并行计算形成节点导纳矩阵，具有可执行性强、速度快的优势。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种执行简单、速度快的形成节点导纳矩阵的并行方法。本发明比常规的形成节点导纳矩阵的时间要短，具有速度快的优点。
本发明的技术方案是：本发明形成节点导纳矩阵的并行方法,包括有如下步骤：
1)将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行；
2)枚举网络所有支路根据支路信息，判断支路类型，在节点导纳矩阵中相应的位置加上相应的值；
3)将节点导纳矩阵结果返回到主机中。
上述步骤1)中，是基于通用并行计算构架将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行。
上述步骤2)中各支路的分析是并行的。
本发明形成节点导纳矩阵的并行方法，利用并行计算实现能在速度上更快地形成节点导纳矩阵。
本发明将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行，比常规的形成节点导纳矩阵的时间要短，具有速度快的优点。本发明是一种具有高效率、易执行的形成节点导纳矩阵的并行方法。
附图说明
图1为算法流程图；
图2为接地支路示意图；
图3为非标准变比的变压器支路示意图；
图4为普通非接地支路示意图。
具体实施方式
本发明形成节点导纳矩阵的并行方法,包括有如下步骤：
1)基于CUDA(Computer Unified Device Architecture)将形成节点导纳矩阵的任务映射到GPU(Graphic Processing Unit图形处理器)中进行。
2)枚举网络所有支路根据支路信息，判断支路类型，在节点导纳矩阵中相应的位置加上相应的值(各支路的分析是并行的)。
3)将节点导纳矩阵结果返回到主机中。
上述步骤1)中是将形成节点导纳矩阵的任务基于CUDA(ComputerUnified Device Architecture)映射到GPU中进行。
节点导纳矩阵Y的对角线元素Yii称为节点i的自导纳，其值等于接于节点i的所有支路导纳矩阵之和。非对角元素Yij称为节点i、j之间的互导纳，它等于直接联接于节点i、j间的支路导纳的负值。若节点i、j间不存在直接支路，则有Yij＝0。根据支路信息(包括开始节点编号、终止节点编号、支路等效导纳)计算节点导纳矩阵，各个支路之间互不干扰，故可用并行计算实现。下面分析网络中不同支路对节点导纳矩阵的贡献。
对于一个网络中有三种类型的支路：
1、接地支路即开始节点编号等于终止节点编号，假设节点编号为i，支路等效导纳值为yi(如图2所示)。则只需把yi加到行号和列号都是i的导纳矩阵元素Yii上,即Yii＝Yii+yi。
2、非标准变比的变压器支路，假设其开始节点编号为i，终止节点编号为j，变压器的非标准变比为k，变压器的等效导纳为yt(如图3所示)。则需要在行号为i列号为j和行号为j列号为i的导纳矩阵元素Yij、Yji上减去kyt即、；在行号和列号都为j的导纳矩阵元素上加上k2yt即Yjj＝Yjj+k2yt；在行号和列号都为i的导纳矩阵元素上加上yt，即Yii＝Yii+yt。
3、普通非接地支路，假设其开始节点编号为i，终止节点编号为j，支路导纳为yij(如图4所示)。则需要在行号为i列号为j和行号为j列号为i的导纳矩阵元素Yij、Yji上减去yij即、；在行号和列号都为j的导纳矩阵元素上加上yij即Yjj＝Yjj+yij；在行号和列号都为i的导纳矩阵元素上加上yij，即Yii＝Yii+yij。
根据上述原理，把形成节点导纳矩阵的任务映射到GPU中执行需要以下工作：
假设该网络有n条支路，则需要有n个线程，每个线程处理一条支路。在GPU中，各个线程同步进行，先判断该线程所处理支路的类型，按照上述原理修改节点导纳矩阵中的对应元素。直到穷举所有支路，节点导纳矩阵形成。把节点导纳矩阵返回到主机中。

Claims (4)

1.一种形成节点导纳矩阵的并行方法，其特征在于包括有如下步骤：
1)将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行；
2)枚举网络所有支路根据支路信息，判断支路类型，在节点导纳矩阵中相应的位置加上相应的值；
3)将节点导纳矩阵结果返回到主机中。
2.根据权利要求1所述的形成节点导纳矩阵的并行方法，其特征在于上述步骤1)中，是基于通用并行计算构架将形成节点导纳矩阵的任务映射到图形处理器中进行。
3.根据权利要求1所述的形成节点导纳矩阵的并行方法，其特征在于上述步骤2)中各支路的分析是并行的。
4.根据权利要求1所述的形成节点导纳矩阵的并行方法，其特征在于利用并行计算实现能在速度上更快地形成节点导纳矩阵。
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