[发明专利]用于电力电子高效暂态仿真的图形处理器内存管理方法

摘要

本发明的用于电力电子高效暂态仿真的图形处理器内存管理方法，着眼于有限计算资源情况与大规模电力系统电磁暂态仿真计算需求之间的矛盾。仿真过程中，多个电力电子开关的快速变化使得系统状态频繁发生改变，进而需要多次对状态更新矩阵进行求解和存储，随之导致计算效率低以及计算资源占用过多的问题。基于最不经常使用算法的内存替换方法，能够保证在有限的计算资源下电磁暂态仿真的顺利进行，另一方面随着实际电力系统的规模不断增加，对仿真规模的要求也不断增加，使用内存替换方法之后，能够以牺牲很少仿真速度的条件下，极大地提高仿真规模的大小。

主权项

1.一种用于电力电子高效暂态仿真的图形处理器内存管理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在状态分析框架下，建立待仿真电力系统的暂态仿真模型，用如下的非线性微分方程组描述：其中，x为电气系统和控制系统的状态变量，状态矩阵A表示系统微分方程中线性部分的系数，包括各状态量子模块及相互耦合关系，反映系统中用于求取状态变量x的相关信息，而g(t，x)则代表系统微分方程中的非线性部分，y是由状态变量x决定的输出量；2)进行系统初始化，初始化对象包括：状态矩阵A、状态变量初值x₀、仿真起始时刻t₀、仿真时间T、仿真步长h和函数其中设定当前时刻为仿真起始时刻t_n＝t₀，设置状态变量初值x_n＝x₀；根据状态矩阵A的维度计算待仿真电力系统中的状态更新矩阵的大小，在图形处理器设备端给仿真程序开辟固定的显存空间，初始化最不经常使用算法的计数序列；3)根据暂态仿真模型中的状态矩阵A以及设定的仿真步长h，在主机端计算状态更新矩阵4)将并行计算时用到的状态矩阵A、状态更新矩阵以及系统状态变量x由主机端内存传输到对应的图形处理器设备端显存上，将当前状态下的状态更新矩阵存储在图形处理器设备端的全局存储器上，判断已存储的矩阵数据是否超过分配给仿真程序的显存空间，若超过则继续下一步，否则转到步骤6)；5)更新最不经常使用算法的计数序列，采用最不经常使用算法，在图形处理器设备端分配给仿真程序的显存空间占满时，用新数据替换显存中的数据，并初始化对应于开关状态的最不经常使用算法的计数序列；6)在图形处理器上利用并行计算资源，使用基于指数积分的电磁暂态仿真方法对电气系统进行求解，得出状态变量x以及开关状态向量S，并传回主机端；7)通过开关状态向量S判断开关状态在本时步内是否改变，若不变则转至步骤11)，否则继续下一步；8)开关状态改变时计算tn时刻状态变量x的值；9)根据开关状态向量S判断当前状态对应的状态更新矩阵在显存空间中是否存在，若存在则继续下一步，否则根据开关状态向量S对仿真模型中状态矩阵A的相应元素进行更新，转至步骤3)；10)调用图形处理器设备端存储器中储存的对应于当前状态的矩阵数据，并转至步骤6)；11)由yn＝f(tn，xn)得到tn时刻的输出向量并写入输出数据文件，更新当前时刻为下一时步tn＝tn+h，仿真向前推进一个步长；12)比较当前时刻tn与仿真时间T，判断是否已经抵达仿真结束时刻，若已经达到，则仿真结束；若未达到，则转到步骤6)。