基于多核并行计算的电力系统故障计算方法研究

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随着电力系统规模越来越大,节点数目越来越多,故障计算的计算量也逐渐增大。在大批量故障计算的求解过程中通常需要消耗大量的时间,无法满足工程实际中快速求解的要求。而目前CPU的时钟频率等性能的提升难度越来越大,所以想要单纯依靠提升CPU性能来加快计算速度变得更加困难。随着计算机多核CPU的出现和发展,并行计算为分析解决电力系统故障计算问题提供了有效的思路和方法。传统的单线程故障计算程序在多核计算机中无法直接获得并行加速效果,只能由其中一个执行核心运行,其余核心处于闲置状态。所以必须采用并行编程方法来对程序进行多线程开发,才能使其在多核计算机中并行执行。本文首先对电力系统故障计算的原理和方法进行了介绍,分析了故障计算程序的设计方法和步骤。之后介绍了并行计算的理论,并行计算分为共享内存模型的单机并行和分布式存储模型的多机并行,分析了二者的编程方法及适用情况,选择采用基于共享内存模型的OpenMP并行技术,并对其程序设计方法与性能进行了分析。本文重点研究并实现了故障计算程序的并行化处理方法。对故障计算程序的多个部分进行了并行化开发,其中包括多核并行读取电力系统各个区的数据并分别进行处理;针对节点导纳矩阵转换成节点阻抗矩阵过程的特点,多核独立并行生成阻抗矩阵的各个列向量;阻抗矩阵生成之后,针对大量故障计算过程采用并行的方式执行。本文利用3000余节点的某实际电网系统模型对并行故障计算程序进行测试。结果表明:采用基于OpenMP技术的多核并行计算方法能够有效地提高故障计算的效率,并且随着并行核心数的增加,并行加速比会相应提升。
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