[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于分布式建模的電氣仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110286182.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949232A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁文毅;高秋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 梁文毅
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/331
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/331;G06F9/50;G06F111/02
• 代理公司: 溫州青科專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33390
• 代理人: 錢(qián)磊

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分布式建模的電氣仿真方法，具體包括如下步驟：S1、在初始化時(shí)，讀入網(wǎng)表文件；同時(shí)讀入仿真配置文件；S2、并行構(gòu)造Jacobian初始矩陣；S3、初始化本次非線(xiàn)性迭代的起始求解向量、右端項(xiàng)，并根據(jù)上一步向量解狀態(tài)，給定當(dāng)前時(shí)刻的步長(zhǎng)；S4、并行更新Jacobian矩陣元素和右端項(xiàng)；S5、分布式計(jì)算：基于MPI技術(shù)，并行求解矩陣方程，得到當(dāng)前迭代的向量解；S6、對(duì)非線(xiàn)性迭代進(jìn)行收斂判斷；S7、當(dāng)步驟S6中的收斂判斷成立時(shí)，當(dāng)前的步長(zhǎng)迭代結(jié)束。本發(fā)明的方法針對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)，采用分布式技術(shù)，對(duì)各節(jié)點(diǎn)中模型進(jìn)行更新運(yùn)算，從而提高仿真效率；可以顯著提高復(fù)雜大系統(tǒng)的整體仿真效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于分布式建模的電氣仿真方法。

背景技術(shù)

電氣仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、兵器以及軌道交通等復(fù)雜電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目前通用的電氣系統(tǒng)仿真器普遍采用基于LU三角分解的直接法來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真。對(duì)于大型稀疏矩陣，實(shí)現(xiàn)LU三角分解的并行運(yùn)算有較大的技術(shù)障礙，因此，目前通用的求解器普遍采用單節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行電氣系統(tǒng)仿真。隨著多電、全電技術(shù)的發(fā)展，獨(dú)立供電系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)，隨著建模技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣系統(tǒng)仿真模型的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，采用單節(jié)點(diǎn)硬件配置由于仿真效率低下，難以應(yīng)對(duì)越來(lái)越高的復(fù)雜大系統(tǒng)仿真的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式建模的電氣仿真方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題，從而提高復(fù)雜電氣系統(tǒng)仿真的求解效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于分布式建模的電氣仿真方法，具體包括如下步驟：

S1、在初始化時(shí)，讀入網(wǎng)表文件，所述的網(wǎng)表文件包括元件類(lèi)型信息、元件管腳節(jié)點(diǎn)連接信息、元件模型參數(shù)信息；同時(shí)讀入仿真配置文件，所述的仿真配置文件包括收斂相關(guān)參數(shù)、變步長(zhǎng)相關(guān)參數(shù)和積分算法；

S2、根據(jù)步驟S1導(dǎo)入的元件類(lèi)型信息、元件管腳節(jié)點(diǎn)連接信息和元件模型參數(shù)信息，基于節(jié)點(diǎn)電壓法，建立求解方程，構(gòu)造Jacobian初始矩陣；

S3、根據(jù)向量解狀態(tài)，初始化本次非線(xiàn)性迭代的起始求解向量、右端項(xiàng)，并根據(jù)上一步向量解狀態(tài)，給定當(dāng)前時(shí)刻的步長(zhǎng)；

S4、進(jìn)入求解方程的非線(xiàn)性迭代求解過(guò)程：如果當(dāng)前運(yùn)算為當(dāng)前時(shí)刻的第一次求解運(yùn)算，則根據(jù)步驟S3提供的步長(zhǎng)和初始向量解，更新Jacobian矩陣元素和右端項(xiàng)；如果當(dāng)前運(yùn)算不是當(dāng)前時(shí)刻的第一次求解運(yùn)算，則根據(jù)步驟S6計(jì)算得到的臨時(shí)向量解，更新Jacobian矩陣元素和右端項(xiàng)；

S5、分布式計(jì)算：基于MPI技術(shù)，并行求解矩陣方程，得到當(dāng)前迭代的向量解；

S6、根據(jù)向量解，對(duì)非線(xiàn)性迭代進(jìn)行收斂判斷，當(dāng)矩陣求解收斂時(shí)，則進(jìn)入步驟S7，否則返回步驟S4；根據(jù)當(dāng)前計(jì)算得到的解向量，重新調(diào)用并行建模模塊，更新Jacobian矩陣元素和右端項(xiàng)，繼續(xù)求解當(dāng)前矩陣，直到迭代收斂；當(dāng)?shù)螖?shù)超過(guò)最大迭代次數(shù)仍然不收斂時(shí)，給出警告信息；

S7、當(dāng)步驟S6中的收斂判斷成立時(shí)，當(dāng)前的步長(zhǎng)迭代結(jié)束；根據(jù)當(dāng)前仿真時(shí)刻，判斷仿真任務(wù)是否完成，若已達(dá)到設(shè)定的結(jié)束時(shí)間，則結(jié)束仿真，否則根據(jù)變步長(zhǎng)算法，返回到步驟S3，設(shè)定步長(zhǎng)、初始化下一個(gè)步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的解向量，重復(fù)步驟S3～S7過(guò)程。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，所述步驟S2中求解方程的構(gòu)造采用分布式技術(shù)進(jìn)行，具體為：將節(jié)點(diǎn)信息分配到局域網(wǎng)計(jì)算資源中，分別對(duì)各節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行建模。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，所述步驟S3中非線(xiàn)性迭代采用牛頓-拉斐遜算法，步長(zhǎng)的算法采用變步長(zhǎng)運(yùn)算。