一种自适应并行策略的FPGA潮流计算系统和方法与流程

本发明涉及电力系统潮流计算，特别是涉及一种自适应并行策略的fpga潮流计算系统和方法。

背景技术：

1、电力系统的潮流计算是电网规划运行、优化及可靠性分析的重要手段，是保证电力系统安全、稳定及可靠运行的基础。潮流计算是求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程组，该非线性代数方程组也被称为潮流方程组。而电网系统主要分为输电系统网、配电系统网以及变态网等，为了应对复杂的电网环境，近年来基于潮流算法本身衍生出了多种改良的算法。虽然基于算法本身的优化在解决鲁棒性方面有较好的效果，但针对电网规模逐渐增大后的整体运行效率问题没有产生显著的提升。

2、现有专利文献cn111740424a公开了一种基于运算树gpu并行加速模型的电力系统潮流计算方法，该方法利用运算树gpu并行加速模型来加速电力系统潮流计算中的雅克比矩阵和量测修正量的生成，在系统规模较大时提升计算效率。该技术利用gpu的并行运算特点，实现了系统数据量较大时对运算效率的提升，但仍在灵活性、功耗以及实时性等方面存在一些不足。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应并行策略的fpga潮流计算系统和方法，能够根据电网数据随意切换潮流计算方法以及加速求解。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自适应并行策略的fpga潮流计算系统，包括服务器端和fpga加速器，所述fpga加速器上固化有多种基于不同潮流计算原理构建的矩阵计算模块，所述服务器端包括自适应并行调度模块，所述自适应并行调度模块用于对接收到的电网数据文件进行分析，确定执行计算任务的矩阵计算模块，并将计算任务传递至所述fpga加速器；所述fpga加速器将收到的计算任务分配至对应的矩阵计算模块进行多组数据并行计算。

3、所述矩阵计算模块包括：节点注入功率计算模块、雅克比计算模块、pq不平衡量计算模块、修正值及功率计算模块、前推计算模块以及回代计算模块；其中，所述节点注入功率计算模块和雅克比计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建而成，所述pq不平衡量计算模块和修正值及功率计算模块为基于pq分解潮流计算原理构建而成，所述前推计算模块和回代计算模块为基于前推回代潮流计算原理构建而成。

4、所述自适应并行调度模块包括：

5、解析单元，用于解析收到的电网数据文件，从所述电网数据文件中提取出电网数据；

6、计算任务生成单元，用于根据所述电网数据构建潮流方程组；

7、分析单元，用于根据所述电网数据生成电网数据的结构矩阵，并根据所述电网数据的结构矩阵和潮流方程组确定所述电网数据的体系结构和电网环境；

8、确定单元，用于根据所述电网数据的体系结构和电网环境确定执行计算任务的矩阵计算模块。

9、所述确定单元包括第一判断子单元、第二判断子单元，第三判断子单元、第一确定子单元、第二确定子单元、第三确定子单元和第四确定子单元；

10、所述第一判断子单元，用于判断所述电网数据的体系结构；

11、若所述第一判断子单元判定所述电网数据的体系结构为辐射网时，所述第一确定子单元用于确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于前推回代潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

12、若所述第一判断子单元判定所述电网数据的体系结构为非辐射网时，所述第二判断子单元用于判断所述电网数据的电网环境是否为高压网环境；

13、若所述第二判断子单元判定所述电网数据的电网环境为高压网时，所述第二确定子单元用于确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

14、若所述第二判断子单元判定所述电网数据的电网环境为非高压网时，所述第三判断子单元用于判断所述潮流方程组是否存在对称性；

15、若所述第三判断子单元判定所述潮流方程组不存在对称性时，所述第三确定子单元用于确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

16、若所述第三判断子单元判定所述潮流方程组存在对称性时，所述第四确定子单元用于确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于pq分解潮流计算原理构建的矩阵计算模块。

17、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自适应并行策略的fpga潮流计算方法，应用于由服务器端和fpga加速器构成的协同架构，包括以下步骤：

18、在所述fpga加速器上固化多种基于不同潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

19、通过服务器端设置的自适应并行调度模块对接收到的电网数据文件进行分析，确定执行计算任务的矩阵计算模块，并将计算任务传递至所述fpga加速器；

20、fpga加速器将收到的计算任务分配至对应的矩阵计算模块进行多组数据并行计算。

21、所述矩阵计算模块包括：节点注入功率计算模块、雅克比计算模块、pq不平衡量计算模块、修正值及功率计算模块、前推计算模块以及回代计算模块；其中，所述节点注入功率计算模块和雅克比计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建而成，所述pq不平衡量计算模块和修正值及功率计算模块为基于pq分解潮流计算原理构建而成，所述前推计算模块和回代计算模块为基于前推回代潮流计算原理构建而成。

22、所述通过服务器端设置的自适应并行调度模块对接收到的电网数据文件进行分析，确定执行计算任务的矩阵计算模块，具体包括：

23、解析收到的电网数据文件，从所述电网数据文件中提取出电网数据；

24、根据所述电网数据构建潮流方程组；

25、根据所述电网数据生成电网数据的结构矩阵，并根据所述电网数据的结构矩阵和潮流方程组确定所述电网数据的体系结构和电网环境；

26、根据所述电网数据的体系结构和电网环境确定执行计算任务的矩阵计算模块。

27、所述根据所述电网数据的体系结构和电网环境确定执行计算任务的矩阵计算模块，具体包括：

28、判断所述电网数据的体系结构；

29、若所述电网数据的体系结构为辐射网时，确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于前推回代潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

30、若所述电网数据的体系结构为非辐射网时，判断所述电网数据的电网环境是否为高压网环境；

31、若所述电网数据的电网环境为高压网时，确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

32、若所述电网数据的电网环境为非高压网时，判断所述潮流方程组是否存在对称性；

33、若所述潮流方程组不存在对称性时，确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于牛顿拉夫逊潮流计算原理构建的矩阵计算模块；

34、若所述潮流方程组存在对称性时，确定执行计算任务的矩阵计算模块为基于pq分解潮流计算原理构建的矩阵计算模块。

35、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述自适应并行策略的fpga潮流计算方法的步骤。

36、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述自适应并行策略的fpga潮流计算方法的步骤。

37、有益效果

38、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明中电力系统的各类潮流计算基于服务器与fpga的软硬件协同加速架构，在服务器端设计了自适应并行策略模块，并将各类潮流计算的大型矩阵计算模块通过硬件定制化方式固化到fpga上，搭建了一款适应性高的潮流计算fpga加速器，通过在服务器端运行自适应并行策略模块可以调用fpga加速器上固化的算法函数，达到随意切换潮流计算方法以及加速求解的目的，本发明在成倍提高算法计算效率的同时，也可兼顾fpga加速器的鲁棒性及稳定性。