本发明专利技术公开了一种基于GPU的多波前潮流计算方法，该方法包括：1)波前矩阵链异步并发执行；2)CPU-GPU间任务的分配；3)GPU上矩阵乘法、减法算法的优化。波前矩阵链采用异步并发执行的模式处理，GPU的资源得到了充分的利用；根据矩阵的大小决定采用CPU还是GPU处理，使得单个矩阵的处理时间最少，结合波前矩阵链的异步并发执行，能尽可能的减少CPU、GPU的空闲等待时间；在GPU上对矩阵乘法、减法进行优化，并适时的利用shared memory，使程序的性能达到最优。上述3种方法的结合，可以显著地提升分解矩阵的性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于GPU的多波前潮流计算方法，该方法包括：1)波前矩阵链异步并发执行；2)CPU-GPU间任务的分配；3)GPU上矩阵乘法、减法算法的优化。波前矩阵链采用异步并发执行的模式处理，GPU的资源得到了充分的利用；根据矩阵的大小决定采用CPU还是GPU处理，使得单个矩阵的处理时间最少，结合波前矩阵链的异步并发执行，能尽可能的减少CPU、GPU的空闲等待时间；在GPU上对矩阵乘法、减法进行优化，并适时的利用shared memory，使程序的性能达到最优。上述3种方法的结合，可以显著地提升分解矩阵的性能。【专利说明】一种基于GPU的多波前潮流计算方法和系统
本专利技术属于计算机高性能计算领域，更具体地，涉及一种基于GPU的多波前潮流 计算方法和系统，该方法能够在GPU上利用多波前算法高效求解潮流计算。
技术介绍
如今，各行各业都已离不开电，在一个大城市中，一次意外的断电事故将会造成巨 大的损失，因此，对电网能否安全稳定的运行进行预测显得尤为重要。电力系统潮流计算是 对电力系统进行安全分析的基础，其实质是求解一组多元非线性方程组。牛顿-拉夫逊法 因收敛速度快的特性，是求解潮流方程最常用的方法，它通过引入雅可比矩阵将非线性方 程组的求解转变为相应的线性方程组的求解。由于雅可比矩阵非常的稀疏，当电网的规模 非常大时，如何对雅可比矩阵进行快速的分解是一个具有挑战性的研宄课题。 目前，求解上述线性方程组主要有两种方案：⑴稀疏三角分解技术：利用电力系 统中方程组的稀疏特性，尽量减少不必要的计算以提高求解的效率，但该方案不太易并行 化；（2)多波前方法：将大的稀疏的雅可比矩阵转化为一系列小的稠密矩阵（波前矩阵）， 然后处理这些稠密矩阵，该方案可以很好的并行化。由于稀疏三角分解技术的原理较简单， 如今还是稀疏三角分析技术应用的比较多，因为不易并行化的特点，也就无法与GPU很好 的结合。而多波前方法因并行性好，可以很好的发挥GPU的计算能力，但目前研宄的还比较 少。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于GPU的多波前潮流 计算方法和系统，其目的在于解决现有方法中存在的并行性程度不高及GPU资源没充分利 用的技术问题。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于GPU的多波前潮流计 算方法，包括以下步骤： (I)CPU端读取潮流计算的原始数据，对其进行处理得到线性方程组的系数矩阵J 和常数项b，并构建波前矩阵链的拓扑关系图TG; (2)在CPU和GPU上分配计算资源处理线性方程组J·ΔX=b:在CPU上对波前 矩阵作预处理；在GPU上作矩阵-矩阵乘法、减法的数值运算； (3)根据TG为每个CPU端线程分配一个待处理的波前矩阵链，之后每个CPU端线 程开始处理其对应波前矩阵链中的波前矩阵；(4)-(9)表示第cthread-i个CPU线程处理 波前矩阵链的过程，CPU中各个线程并行执行（4)-(9)步； (4)cthread-i号线程判断波前矩阵链中的波前矩阵是否都已被处理，如果没有则 转入步骤（6);否则转入步骤（5); (5)cthread-i号线程判断TG中的所有波前矩阵链是否都已被处理，如果是则转 入步骤（10);否则根据TG判断目前是否有可以被处理的波前矩阵链j，如果有则将波前矩 阵链j分配给cthread-i，然后进入步骤（6)，否则再次转（5)，进行循环查询； (6)cthread-i号线程从为其分配的波前矩阵链中取一个波前矩阵F处理，将F分 为4块小矩阵：13、4、0、(3，其维度分别为1^*1^、1^*11、111*1^、111*11，1^、111、11为任意值，？的分解过程 如下所5， 【权利要求】1. 一种基于GPU的多波前潮流计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： (1) CPU端读取潮流计算的原始数据，对其进行处理得到线性方程组的系数矩阵J和常 数项b，并构建波前矩阵链的拓扑关系图TG; (2) 在CPU和GPU上分配计算资源处理线性方程组J?AX=b:在CPU上对波前矩阵 作预处理；在GPU上作矩阵-矩阵乘法、减法的数值运算； (3) 根据TG为每个CPU端线程分配一个待处理的波前矩阵链，之后每个CPU端线程开 始处理其对应波前矩阵链中的波前矩阵；(4)-(9)表示第cthread-i个CPU线程处理波前 矩阵链的过程，CPU中各个线程并行执行（4)-(9)步； (4) cthread-i号线程判断波前矩阵链中的波前矩阵是否都已被处理，如果没有则转入 步骤（6);否则转入步骤（5); (5)Cthread-i号线程判断TG中的所有波前矩阵链是否都已被处理，如果是则转入步 骤（10);否则根据TG判断目前是否有可以被处理的波前矩阵链j，如果有则将波前矩阵链 j分配给cthread-i，然后进入步骤（6)，否则再次转（5)，进行循环查询； (6) cthread-i号线程从为其分配的波前矩阵链中取一个波前矩阵F处理，将F分为4 块小矩阵：13、4、0、(]，其维度分别为1^*1^、1^*11、111*1^、111*11，1^、111、11为任意值，？的分解过程如下 所示：(7) 确定计算量为Cal=m*k*n,在cthread-i号线程中判断Cal与阈值Threshold的 大小关系；若Cal〈 =Threshold,则转入步骤（8)，否则转入步骤（9); (8) cthread-i号线程执行矩阵L2、U2的乘法运算，利用得到的结果与矩阵C做减法运 算，再将结果存储在矩阵C中，之后转入步骤（4); (9) cthread-i号线程将矩阵L2、U2、C存放在SQ的第sq-i个存储单元中，然后GPU中 的第gblock-i个线程块从第sq-i个存储单元中取数据执行，处理完成后将结果传回给CPU 端的第cthread-i个线程；之后转入步骤（4); (10) 终止GPU程序的运行； (11) 利用分解得到的矩阵L、U进行前代回代计算求得AX，然后利用AX去更新X，之 后判断AX中绝对值最大的|AX」是否小于10,如果小于则转入步骤（12);否则转入步 骤⑶； (12) 根据所求得的X去更新潮流计算中的功率变量。2. 根据权利要求1所述的多波前潮流计算方法，其特征在于，所述步骤（1)包括以下子 步骤： (1-1)读取潮流计算的原始数据，根据电路理论中的基尔霍夫第一定律得到非线性方 程组I=YV，I、V、Y分别为电流、电压、导纳矩阵； (1-2)利用牛顿-拉夫逊法通过求导将非线性方程组转化为线性方程组，转化的公式(1-3)对J作行列变换，之后根据多波前算法理论对J进行符号分解，得到消去树T、每 个波前矩阵的信息、波前矩阵链的结构及波前矩阵之间的依赖关系； (1-4)根据波前矩阵链的结构、波前矩阵之间的依赖关系得到波前矩阵链的拓扑关系 图TG。3. 根据权利要求1或2所述的多波前潮流计算方法，其特征在于，所述步骤（2)具体包 括： (2-1)在CPU端分配n个线程，每个线程处理一个波前矩阵链； (2-2)在GPU端分配n个线程块，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于GPU的多波前潮流计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)CPU端读取潮流计算的原始数据，对其进行处理得到线性方程组的系数矩阵J和常数项b，并构建波前矩阵链的拓扑关系图TG；(2)在CPU和GPU上分配计算资源处理线性方程组J·ΔX＝b：在CPU上对波前矩阵作预处理；在GPU上作矩阵‑矩阵乘法、减法的数值运算；(3)根据TG为每个CPU端线程分配一个待处理的波前矩阵链，之后每个CPU端线程开始处理其对应波前矩阵链中的波前矩阵；(4)‑(9)表示第cthread‑i个CPU线程处理波前矩阵链的过程，CPU中各个线程并行执行(4)‑(9)步；(4)cthread‑i号线程判断波前矩阵链中的波前矩阵是否都已被处理，如果没有则转入步骤(6)；否则转入步骤(5)；(5)cthread‑i号线程判断TG中的所有波前矩阵链是否都已被处理，如果是则转入步骤(10)；否则根据TG判断目前是否有可以被处理的波前矩阵链j，如果有则将波前矩阵链j分配给cthread‑i,然后进入步骤(6)，否则再次转(5)，进行循环查询；(6)cthread‑i号线程从为其分配的波前矩阵链中取一个波前矩阵F处理，将F分为4块小矩阵：B、A、D、C，其维度分别为k*k、k*n、m*k、m*n，k、m、n为任意值，F的分解过程如下所示：F=BADC;]]>(7)确定计算量为Cal＝m*k*n,在cthread‑i号线程中判断Cal与阈值Threshold的大小关系；若Cal<＝Threshold,则转入步骤(8)，否则转入步骤(9)；(8)cthread‑i号线程执行矩阵L2、U2的乘法运算，利用得到的结果与矩阵C做减法运算，再将结果存储在矩阵C中，之后转入步骤(4)；(9)cthread‑i号线程将矩阵L2、U2、C存放在SQ的第sq‑i个存储单元中，然后GPU中的第gblock‑i个线程块从第sq‑i个存储单元中取数据执行，处理完成后将结果传回给CPU端的第cthread‑i个线程；之后转入步骤(4)；(10)终止GPU程序的运行；(11)利用分解得到的矩阵L、U进行前代回代计算求得ΔX，然后利用ΔX去更新X，之后判断ΔX中绝对值最大的|ΔXi|是否小于10‑8；如果小于则转入步骤(12)；否则转入步骤(3)；(12)根据所求得的X去更新潮流计算中的功率变量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐得超，陈勇，王伟，江涵，郑然，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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