本文關(guān)鍵詞：基于GPU的電力系統(tǒng)靜態(tài)安全評估的研究

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【摘要】：在電力學(xué)科中,靜態(tài)安全分析技術(shù)是保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行的一項關(guān)鍵技術(shù),由于包含非常龐大的計算量,所以通常需要借助于高性能計算機幫助計算。而在經(jīng)典的計算機架構(gòu)下計算機的計算能力難以保證其業(yè)務(wù)的實時性。隨著GPU技術(shù)的不斷發(fā)展,NVIDIA公司推出的CUDA架構(gòu)讓GPU在通用計算領(lǐng)域越來越普及,由于GPU在硬件上的特點,擁有良好并行計算能力,能很好應(yīng)對需要大規(guī)模計算量的場景。在靜態(tài)安全分析系統(tǒng)中引入GPU來加速系統(tǒng)的運行,可以迅速得到計算結(jié)果,并可以解決在更大規(guī)模的電網(wǎng)上進行靜態(tài)安全分析速度過慢的問題。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的本質(zhì)是進行多次開斷潮流計算,而潮流計算的本質(zhì)是求解稀疏非線性方程組。求解非線性方程組通常需要復(fù)雜度很高的迭代才能收斂,GPU并不擅長于做迭代運算。研究降低迭代層數(shù),保持代碼的高度并行性的方法,并選擇將合適的任務(wù)分配給GPU計算來達到較高效率。結(jié)合靜態(tài)安全分析算法的特性和GPU硬件的特點,選擇適合于GPU上進行計算的靜態(tài)安全分析方法,并提出了一種將稀疏矩陣分塊并拆分為小矩陣的方法,通過合并訪問的方式優(yōu)化小維度矩陣運算。因為單GPU的運算能力和存儲空間有限,所以拓展了在多GPU上進行計算的解決方法。選取多線程靜態(tài)安全分析方法在CPU上的實現(xiàn)程序進行對比,系統(tǒng)基于GPU在靜態(tài)安全分析上的速度可提高70%甚至更多。而這種優(yōu)化的思想并不僅限于在靜態(tài)安全分析這一個應(yīng)用場景中,可以推廣到其他具有相似計算特點的高性能計算領(lǐng)域,具有普遍意義。
【關(guān)鍵詞】：GPU計算 靜態(tài)安全分析 潮流計算 分塊矩陣 并行編程
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM712
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 1.4 文章組織結(jié)構(gòu)15-17
• 2 基于GPU的靜態(tài)安全分析系統(tǒng)設(shè)計17-29
• 2.1 前言17
• 2.2 基于GPU的潮流計算的算法17-21
• 2.3 基于GPU的靜態(tài)安全分析法的算法21-23
• 2.4 基于GPU的靜態(tài)安全分析系統(tǒng)架構(gòu)與模塊設(shè)計23-27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 3 基于GPU的靜態(tài)安全分析系統(tǒng)優(yōu)化29-43
• 3.1 基于GPU的矩陣操作優(yōu)化29-33
• 3.2 矩陣操作的訪存優(yōu)化33-39
• 3.3 多GPU集群方案39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 4 測試和分析43-50
• 4.1 實驗環(huán)境和測試方法43-44
• 4.2 小維度矩陣運算優(yōu)化測試44-46
• 4.3 靜態(tài)安全分析性能測試與分析46-48
• 4.4 多GPU集群計算測試48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 5 總結(jié)與展望50-52
• 致謝52-54
• 參考文獻54-58
• 附錄1攻讀學(xué)位期間參與的項目58

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本文編號：1004694