基于gpu的电力系统静态安全评估的研究

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1、个分类号学号M201372845学校代码10487密级硕士学位论文基于GPU的电力系统静态安全评估的研究学位申请人：刘昊骋学科专业：计算机科学与技术指导教师：陈汉华教授答辩日期：2015年5月30日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheResearchonStaticSecurityAnalysisSystemofPowerSystemBasedonGPUCandidate：HaochengLiuMajor：ComputerTechnol

2、ogySupervisor：ProfessorHanhuaChenHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用

3、学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要在电力学科中，静态安全分析技术是保证电网稳定运行的一项关键技术，由于包含非常庞大的计算量，所以通常需要借助于高性能计算机帮助计算。而在经典的计算机架构下计算机的计算能力难以保证

4、其业务的实时性。随着GPU技术的不断发展，NVIDIA公司推出的CUDA架构让GPU在通用计算领域越来越普及，由于GPU在硬件上的特点，拥有良好并行计算能力，能很好应对需要大规模计算量的场景。在静态安全分析系统中引入GPU来加速系统的运行，可以迅速得到计算结果，并可以解决在更大规模的电网上进行静态安全分析速度过慢的问题。电力系统静态安全分析的本质是进行多次开断潮流计算，而潮流计算的本质是求解稀疏非线性方程组。求解非线性方程组通常需要复杂度很高的迭代才能收敛，GPU并不擅长于做迭代运算。研究降低迭代层数，保持代码的高度并行性的方法，并选择将合适的任务分配给GPU计算来达到较高效

5、率。结合静态安全分析算法的特性和GPU硬件的特点，选择适合于GPU上进行计算的静态安全分析方法，并提出了一种将稀疏矩阵分块并拆分为小矩阵的方法，通过合并访问的方式优化小维度矩阵运算。因为单GPU的运算能力和存储空间有限，所以拓展了在多GPU上进行计算的解决方法。选取多线程静态安全分析方法在CPU上的实现程序进行对比，系统基于GPU在静态安全分析上的速度可提高70%甚至更多。而这种优化的思想并不仅限于在静态安全分析这一个应用场景中，可以推广到其他具有相似计算特点的高性能计算领域，具有普遍意义。关键词:GPU计算，静态安全分析，潮流计算，分块矩阵，并行编程I华中科技大学硕士学位论

6、文AbstractInthefieldofpowersystem,staticsecurityanalysisisakeytechnologytoensurethestabilityofpowersystem.Duetothelargeamountofconcurrentcomputing,thecalculationintheclassicalarchitectureofserverisdifficulttoensurereal-timecapabilityoftheanalysis.WiththecontinuousdevelopmentofGPUtechnology,C

7、UDAarchitectureenablesGPUingeneralcomputingandfulfillstheneedoflargeamountofnumerationinpowerflowcalculation.Staticsecurityanalysisisessentiallycomputingpowerflowformanytimes.Powerflowisessentiallysolvinglargesparsenonlinearequation.Normalmethodtosolveno