面向GPU的電力系統電磁暫態並行計算方法研究

《面向GPU的電力系統電磁暫態並行計算方法研究》是依託清華大學，由陳來軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向GPU的電力系統電磁暫態並行計算方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：陳來軍
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

現代電力系統正面臨動態過程日益複雜和仿真規模迅速擴大的嚴峻挑戰。GPU（Graphic Process Unit）自進入科學計算領域以來，展示出了巨大的計算潛力。為此，研究面向GPU的電磁暫態並行計算方法，在理論和工程兩方面均具有重要意義。.本項目擬結合GPU並行計算的特點，將並行計算理論加以發展並套用於電力系統電磁暫態仿真分析。首先，研究影響GPU並行計算效率的關鍵因素，在此基礎上建立面向GPU的並行計算效率分析模型。進一步，從並行網路切分，分解協調計算和計算負載均衡三個方面研究適合於GPU體系架構的多層次細粒度並行算法。最後，以模型和算法研究成果為依據，構建基於GPU的高性能電磁暫態並行仿真平台。.開展本項目研究，有望系統地建立面向GPU的並行計算研究架構，對電力系統並行計算的理論和實踐帶來重大變革，為滿足未來電力系統日益增長的仿真計算需求提供理論基礎和技術支撐。

結題摘要

現代電力系統正面臨動態過程日益複雜和仿真規模迅速擴大的嚴峻挑戰。GPU（Graphic Process Unit）自進入科學計算領域以來，展示出了巨大的計算潛力。為此，研究面向GPU的電磁暫態並行計算方法，在理論和工程兩方面均具有重要意義。 本項結合GPU 並行計算的特點，從效率分析、模型研究、算法設計和平台構建方面將並行計算理論加以發展並套用於電力系統電磁暫態仿真分析。在效率分析方面，提出了適用於電磁暫態計算的GPU基本運算耗時評估模型，研究影響GPU 並行計算效率的關鍵因素，在此基礎上為分配GPU計算任務提供理論支撐。在模型研究方面，面向變流器外特性研究，提出了PWM變流器的分段平均化模型，使開關過程的處理並行化；面向變流器內部特性研究，提出了小步長開關模型的參數配置方法，消除了小步長模型帶來的數值震盪問題。在算法設計方面，提出了面向GPU的電磁暫態細粒度仿真算法，並設計了兼容分段平均模型的EMTP算法，利用GPU實現了電磁暫態仿真的並行加速。最後，本項目設計了基於GPU的電磁暫態仿真平台。所設計的風電場算例仿真結果表明，該仿真平台對於大規模電力系統電磁暫態仿真具有極高的加速比。 本項目研究，系統地建立面向GPU 的並行計算研究架構，並為滿足未來電力系統日益增長的仿真計算需求提供理論基礎和技術支撐。