[發明專利]面向電力電子暫態仿真加速的圖形處理器內存管理方法

有效

• 申請號: 201810896405.6
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109271250B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王成山;吳蔚;李鵬;富曉鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種面向電力電子暫態仿真加速的圖形處理器內存管理方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在狀態分析框架下，建立待仿真電力系統的暫態仿真模型，用如下的非線性微分方程組描述：

其中，x(t)為t時刻電氣系統和控制系統的狀態變量，狀態矩陣A表示系統微分方程中線性部分的系數，包括各狀態量子模塊及相互耦合關系，反映系統中用于求取狀態變量x(t)的相關信息，而g(t,x(t))則代表系統微分方程中的非線性部分，y(t)是由狀態變量x(t)決定的輸出量，F(t,x(t))表示狀態變量x(t)的狀態轉移關系，f(t,x(t))表示輸出量y(t)和狀態變量x(t)的關系；

2)進行系統初始化，初始化對象包括：狀態矩陣A、狀態變量初值x₀、仿真起始時刻t₀、仿真時間T、仿真步長h和函數其中設定當前時刻為仿真起始時刻t_n＝t₀，設置狀態變量初值x_n＝x₀；根據狀態矩陣A的維度計算待仿真電力系統中的狀態更新矩陣的大小，在圖形處理器設備端給仿真程序開辟固定的顯存空間，初始化最近最少使用算法的計數序列；包括：

(1)根據待仿真電力系統中電力電子電路的規模大小，計算出狀態更新矩陣的維度dim_mexp，確定變流器臺數N和每臺變流器中的開關個數N_sw；

(2)根據雙精度數占內存大小以及狀態更新矩陣的維度計算狀態更新矩陣的大小，并根據總開關數N_sw*N，計算仿真中能夠出現的所有開關狀態，共種；

(3)根據狀態更新矩陣的大小在圖形處理器設備端給仿真程序分配相應大小的內存；

3)根據暫態仿真模型中的狀態矩陣A以及設定的仿真步長h，在主機端計算狀態更新矩陣

4)將并行計算時用到的狀態矩陣A、狀態更新矩陣以及系統狀態變量x由主機端內存傳輸到對應的圖形處理器設備端顯存上，將當前狀態下的狀態更新矩陣存儲在圖形處理器設備端的全局存儲器上，判斷已存儲的矩陣數據是否超過分配給仿真程序的顯存空間，若超過則繼續下一步，否則轉到步驟6)；

5)更新最近最少使用算法的計數序列，采用最近最少使用算法，在圖形處理器設備端分配給仿真程序的顯存空間占滿時，用新數據替換顯存中的數據，并初始化對應于開關狀態的最近最少使用算法的計數序列；

6)在圖形處理器上利用并行計算資源，使用基于指數積分的電磁暫態仿真方法對電氣系統進行求解，得出狀態變量x以及開關狀態向量S，并傳回主機端；

7)通過開關狀態向量S判斷開關狀態在本時步內是否改變，若不變則轉至步驟11)，否則繼續下一步；

8)開關狀態改變時計算t_n時刻狀態變量x的值；

9)根據開關狀態向量S判斷當前狀態對應的狀態更新矩陣在顯存空間中是否存在，若存在則繼續下一步，否則根據開關狀態向量S對仿真模型中狀態矩陣A的相應元素進行更新，轉至步驟3)；

10)調用圖形處理器設備端存儲器中儲存的對應于當前狀態的矩陣數據，并轉至步驟6)；

11)由y_n＝f(t_n,x_n)得到t_n時刻的輸出向量并寫入輸出數據文件，更新當前時刻為下一時步t_n＝t_n+h，仿真向前推進一個步長；

12)比較當前時刻t_n與仿真時間T，判斷是否已經抵達仿真結束時刻，若已經達到，則仿真結束；若未達到，則轉到步驟6)。

2.根據權利要求1所述的面向電力電子暫態仿真加速的圖形處理器內存管理方法，其特征在于，步驟5)所述的用新數據替換顯存中的數據，包括：

(1)初始化最近最少使用算法的計數序列，所述計數序列的維度由分配給仿真程序的內存大小決定，并對對應于狀態更新矩陣的開關狀態進行計數；

(2)顯存空間未占滿時，依據最近最少使用算法對每次計算使用的狀態更新矩陣對應的開關狀態計數，即本時刻對應的開關狀態計數置零，其余對應開關狀態計數加1；

(3)顯存空間占滿時，刪去最近最少使用算法的計數序列中計數最高的開關狀態對應的狀態更新矩陣同時將最近最少使用算法的計數序列置零，進入下一時步。