[發明專利]一種用于大型電力系統暫態穩定研究的小型化超級仿真器

有效

• 申請號: 201610086734.5
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105760599B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 陸子見;陸廣香
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開了一種用于大型電力系統暫態穩定研究的小型化超級仿真器，包括多個機柜、每個機柜有多個機箱、每個機箱有多個嵌入式計算插件。機箱中的嵌入式計算插件通過多針接口與硬件背板連接，每塊嵌入式計算插件有多片不同于常規的高速計算芯片和多片FPGA芯片及其它必要的支持元器件。同一嵌入式計算插件的高速計算芯片通過SPI等總線直接相連，同一機箱所有計算插件的高速計算芯片通過FPGA?硬件背板一體化矩陣制總線連接，各部分之間的通信和數據交換均經二級密碼子算法壓縮。各機箱之間通過CAN總線、USB和高速以太網等進行多重光纖數據傳輸通信。

技術領域

本發明涉及一種小型化的超級計算機，具體涉及一種用于大型電力系統暫態穩定研究的小型化超級仿真器。

背景技術

眾所周知，我國研制成功“銀河”超級計算機后，又研制了“曙光”超級計算機，近年研制成功的天河I號和天河II號超級計算機在全球排名第一。這些超級計算機體積龐大，有的甚至要占半個足球場大的空間，價格十分驚人。一般科研單位很難擁有一臺真正屬于自己的超級計算機，普通課題組則更是望塵莫及。

銀河和曙光超級計算機基本上是由若干PC機或其主板實現并行處理的，具體的并接點設置在主板的端口處。從CPU相互之間數據交換的角度來看，這種結構的巨型機各并行處理核之間的通信帶寬并不適合大型電力系統暫態穩定并行仿真。電力系統仿真與現代物理、化學和材料研究不同，大型電力系統暫態仿真主要涉及一個10000-50000階大型矩陣的逆陣，采用數學方法將這一巨大矩陣分解成數個相互解耦的對角陣和不解耦的邊角塊，其中一個對角陣由一個CPU或一個并行處理核負責計算。銀河和曙光超級計算機有幾千個這樣的CPU或并行處理核，如果按上述方法將電力系統分解成幾千個小區(即所謂的細粒度)，一個CPU或一個并行處理核負責某個與此對應的對角塊，則并不能達到預期的并行處理速率，因為各CPU或各并行處理核之間交換數據引起的耗時太多。

天河I號或天河II號屬于多核CPU+GPU仿真平臺，情況基本上與銀河和曙光超級計算機相似，不同點僅在于用擅長線性代數運算的GPU協助CPU從而加速計算。不難看出，這種結構超級計算機的并行CPU之間的通信時間并沒有減少，還另外增加了CPU與GPU之間的通信環節。所以說這種超級計算機在技術方面也不是很適應大型電力系統暫態并行仿真。

國家電力科學研究院于2006年建成世界上首套基于PC機集群的可模擬萬節點級的電力系統全數字實時仿真裝置ADPSS，最近獲得國家科技進步一等獎，ADPSS由8臺普通電腦并采用高速以太網相互并接起來。成本并不很高，并行仿真10s的暫態過程實際耗用機時僅約4.5s，已經做到超實時仿真。但這是有條件的，即在10s時間內主要進行的是機網暫態仿真，只有在電網結構發生變化的短時間內才轉而進行電磁暫態仿真，所以這種系統還不能滿足未來智能電網更高的需求，但很難勝任更復雜、要求更高的計算任務。

國內還有一些并行仿真或并行潮流計算研究組利用服務器內置多核CPU和外插GPU的仿真平臺，目前還處于研究進程之中，進展不理想。在單臺服務器的多核CPU平臺上再外插一些另行購買的GPU插件只能組成一個小系統，如果將若干臺這樣的服務器并接起來則與天河I號或天河II號相同。這種單臺服務器式仿真器的缺點是GPU的數目少，最大的問題同樣在于GPU與CPU之間數據交換的帶寬不夠，影響了并行仿真效果，所以這種平臺目前還停留在機電暫態仿真研究方面，尚未見到有人能在這種平臺上很好地實現大型電力系統的電磁暫態仿真。

電力系統尚需體積更小、性價比更好的并行計算平臺，即可用于電網穩定等研究工作的小型化超級仿真器。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種用于大型電力系統暫態穩定研究的小型化超級仿真器。