電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程并行算法研究及潮流并行計算的實現(xiàn)

《電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程并行算法研究及潮流并行計算的實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、清華大學學報(自然科學版)第34卷第4期JOURNALOFTSINGHUAUNIVERSITYVol.34No.41994電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程并行算法研究及潮流并行計算的實現(xiàn)鑄清華大學電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系周紅宇馬維新袁斌顧永昌‘文摘g結(jié)合Transputer硬、軟件的特點，研究了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程的并行算法。在撕裂節(jié)點法、系數(shù)矩陣寫成對角加邊的基礎(chǔ)上，發(fā)展了系數(shù)矩陣完全分解算法。在由4片T800-20組成的并行計算機系統(tǒng)上，實現(xiàn)了快速分解潮流的并行計算，并針對不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)進行了試算，計算結(jié)果表明，上述算法有較好的效果，證明并行算

2、法能顯著提高電力系統(tǒng)計算的速度，有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)計算;并行計算分類號TM731主口O引電力系統(tǒng)計算往往是解一組代數(shù)方程或聯(lián)解代數(shù)方程與微分方程。由于電網(wǎng)規(guī)模越來越大，考慮的因素越來越多，因此方程數(shù)目巨大，階數(shù)很高，即使采用了許多先進技術(shù)，采用傳統(tǒng)的性能很高的計算機，計算仍十分耗時。但電力系統(tǒng)的運行迫切要求能在短時間內(nèi)迅速進行靜態(tài)和動態(tài)安全分析計算，判斷當時電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，作為采取調(diào)整和防范措施的依據(jù)，這對提高電網(wǎng)運行的可靠性，防止大的系統(tǒng)性事故發(fā)生是十分重要的?？s短計算時間的一種方法是對系統(tǒng)進行簡化，如用簡化模

3、型、等值以及計算暫態(tài)穩(wěn)定的擴展等面積法等。但過分簡化，計算精度會下降，某些情況誤差會大到無法接受的程度。計算機速度大幅度提高的關(guān)鍵在于并行處理技術(shù)的采用和發(fā)展。并行處理是指在同一時刻和同一時間間隔內(nèi)進行多個數(shù)的操作。為并行處理而設(shè)計的計算機稱為并行計算機。按結(jié)構(gòu)它可分為兩類:單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)和多指令多數(shù)據(jù)流(MIMD)計算機。SIMD計算機有陣列處理機、流水線處理機(包括向量機)等，而MIMD計算機是指多處理機，它是當今研究和開發(fā)的熱點。多處理機按結(jié)構(gòu)又可分為緊楠合與松散捐合多處理機。前者各處理機通過共享內(nèi)存進行信息交

4、換，并受統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理。后者每個處理機都有自己的較大容量的存貯器，有自己的操作系統(tǒng)，通過相互連接的1/0通道進行通訊。用并行計算機求解問題的過程稱為并行計算。并行計算是比較年輕的領(lǐng)域，著名的IlliacN陣列處理機1975年開始運行，第一臺Cray-1流水線向量處理機1976年才交付使用，而多處理機到80年代中期才開始流行，但已顯示出廣闊的發(fā)展前景。收稿日期1993-05-17禱國家自然科學基金資助課題96清華大學學報第34卷電力系統(tǒng)計算中的并行計算技術(shù)，主要解決以下幾個問題z1)潮流并行計算如何高效地并行求解修正方程式;2

5、)暫穩(wěn)并行計算如何充分利用空間和時間上的并行性，并行求解微分一代數(shù)方程組;3)井行算法如何充分利用稀疏技術(shù);4)如何選擇處理機數(shù)目與計算速度之間的最佳匹配。解決上述問題，就要綜合研究被解問題的特性，并行機結(jié)構(gòu)以及并行算法。本文結(jié)合Transputer硬、軟件恃點，研究了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程的并行算法，用撕裂節(jié)點法，將系數(shù)短陣寫成對角加邊形式，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了系數(shù)矩陣完全分解法。理論分析和實測結(jié)果表明，這是一種較好的網(wǎng)絡(luò)方程并行求解法。在由4片T800-20組成的并行計算機系統(tǒng)上用并行Fortran語言編制了程序，實現(xiàn)了'快速分解潮流

6、的并行計算，并針對不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)進行了試算，試算結(jié)果表明，對東北486節(jié)點系統(tǒng)快速潮流并行計算對常規(guī)計算的加速比達到2.230本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)方程的并行解法，可作為快速有效地并行求解電力系統(tǒng)潮流以及暫態(tài)穩(wěn)定問題的基礎(chǔ)。1Transputer的結(jié)構(gòu)與特點Transputer是英國Inmos公司80年代中期推出的并行計算機，它將CPU、存貯器及通訊鏈路接口都集成在一個處理器芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10CPU采用RISC技術(shù)，具有10MIPS和1.5MFLOPS運算能力。有4組串行通訊鏈路，傳輸率為10M/20M波特率。用普通導線將Tra

7、nsputer芯片的鏈路連接起來，就可構(gòu)成Transputer網(wǎng)絡(luò)。圖2是一種具有二維超立方體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，每個黑點代表一個Transputer處理器。!"位浮點處理糖!一召豆ELinkInOLinkOutOLinkInlLinkOutlLinkIn2LinkOut2LinkIn3LinkOut3l事件處理??圖1T800-20內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立Transputer網(wǎng)絡(luò)應(yīng)注意兩點:1)只能有一個處理器(稱根處理器)與主機相連，其余處理器稱子處理器。第4期周紅字等g電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程并行算法研究及潮流并行計算的實現(xiàn)972)網(wǎng)絡(luò)的每個結(jié)點與相

8、鄰結(jié)點連接的數(shù)目不能大于4。Transputer配有并行Fortran、并行C等語言，其中曰并行Fortran除與Fortran77兼容外，主要支持并行計口算。它提供了一套配置語言，用以確定硬件配置及任務(wù)配主機Transputer網(wǎng)絡(luò)置，確定每個任務(wù)運行的處理器