GPU加速潮流算法的多重并行度挖掘及规则化重构策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51877038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0704.电力系统与综合能源
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The new generation of dispatching system needs to make analysis on the entire power grid, which greatly increases the computational complexity of power flow (PF). Some applications, such as static security analysis and probabilistic power flow, need tens of thousands of PF calculation. Therefore, it is necessary to employ high performance computing technologies, such as GPUs, to speed up the PF analysis. In order to reformulate the PF calculation into a large-scale regular computing problem that GPUs excel in, the applicant focuses on how to exploit multiple and regular parallelism for GPU-accelerated PF algorithm. Firstly, we extract various kinds of parallelisms from the stratified elimination tree, sparse vector operations and the batch PF calculation, and establish the high-efficiency mapping strategies between aforementioned parallelisms and GPU threads. On this basis, by the means of unifying the sparse pattern and the joint optimization of memory and thread allocations, the batch PF computing problems, such as static security analysis, can be reconstructed into a regular dense vector algorithm with the characteristics of solving a large number of PFs concurrently, unified thread logic and continuous memory access. At the same time, we propose the parameterized performance evaluation and design methods of GPU-based algorithms, which guide the design, optimization and application of GPU-based PF algorithm. This study will propose a set of design methodologies and key algorithms for GPU-accelerated PF calculation, which maybe speed up PF analysis 1 to 2 orders of magnitude and provide a new idea of applying GPU in power system.
我国新一代调度系统要求进行全网统一分析,这大幅增加了潮流的计算复杂度,静态安全分析、概率潮流等应用更是需要计算大批量潮流,有必要采用GPU等高性能计算技术来加速潮流分析。为将潮流重构为GPU擅长的并行度高、线程束收敛、访存合并的大型规则化计算问题,本申请围绕多重并行度挖掘和规则化重构方法开展研究:首先从分层依赖树、稀疏向量运算、批量潮流中挖掘多重并行度,并建立各类并行度与GPU线程的高效映射策略;在此基础上,从稀疏格式统一设计、内存和线程分配的联合优化入手,将静态安全分析等大量潮流计算问题重构为一个同时计算批量潮流、逻辑统一、访存连续的规则化稠密向量算法;同时,提出GPU算法的参数化性能分析和设计方法,指导算法的设计、优化和应用全过程。项目研究将提出一套GPU加速潮流计算的设计理论和关键算法,将潮流的分析速度提升1~2个数量级,为GPU在电力系统中的应用提供思路。

结项摘要

随着新一代调控系统与调控云的开发,电网建模和数据采集向配网扩展,全网稳态分析应用的计算范围不断扩大,故障预想更加全面,需要在保证计算精度的前提下进一步提升网络分析计算方法的时效性。传统模型和算法简化的处理方法难以兼顾计算精度和速度,分区分块并行算法的并行度和 CPU 并行计算的能力也存在一定局限。而图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)凭借其强大的计算能力成为通用并行计算领域不可忽视的一股力量,在电力系统稳态安全分析的应用中有着巨大潜力。在项目执行期间,项目组提出了一套GPU加速潮流计算的设计理论和关键算法,将潮流的分析速度提升1~2个数量级,为GPU在电力系统的深度应用提供了思路。主要研究内容包括:1)挖掘分析了GPU潮流算法的多重并行度分解和映射策略,为单个潮流加速提供了解决方案;2)在单个潮流加速的基础上深入研究了批量潮流问题的规则化重构和优化设计,进一步提升了稳态分析应用的计算效率;3)开展了GPU批量潮流算法在静态安全分析、概率潮流中的深度应用,为GPU在新一代调度控制系统中的实际应用提供依据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
基于图形处理器加速的电网全网拓扑分析算法
  • DOI:
    10.16081/j.epae.202202027
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑逸凡;周赣;傅萌;王子恒;冯燕钧
  • 通讯作者:
    冯燕钧
GPU-based matrix structure driven state estimation for large-scale power systems
基于GPU的矩阵结构驱动的大规模电力系统状态估计
  • DOI:
    10.1016/j.ijepes.2021.107298
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Electrical Power & Energy Systems
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Gan Zhou;Hua Jimin;Jiahao Zhao;Yanjun Feng;Yao Yao;Meng Fu
  • 通讯作者:
    Meng Fu
GPU-Based N-1 Static Security Analysis Algorithm With Preconditioned Conjugate Gradient Method
基于GPU的预条件共轭梯度法N-1静态安全分析算法
  • DOI:
    10.1109/access.2020.3004713
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Fu Meng;Zhou Gan;Zhao Jiahao;Feng Yanjun;He Huan;Liang Kai
  • 通讯作者:
    Liang Kai
CPU-GPU异构计算框架下的高性能用电负荷预测
  • DOI:
    10.16081/j.epae.202106008
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵嘉豪;周赣;黄莉;陆春艳;陶晓峰;冯燕钧
  • 通讯作者:
    冯燕钧

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其他文献

一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
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    --
  • 作者:
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    杨永标
多绕组电压互感器二次负荷配置原则及其工程应用
  • DOI:
    --
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    2015
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐敏锐
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微特电机, 已录用(稿件编号:2007-0161).
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周赣;黄学良;沈妍;周勤博
  • 通讯作者:
    周勤博
Halbach永磁阵列的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微特电机, 已录用(稿件编号:2007-0157).
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周赣;黄学良;周勤博;傅萌
  • 通讯作者:
    傅萌
直流偏磁对电流互感器的作用机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    电测与仪表
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨世海;蔡霁霖;周赣;徐敏锐
  • 通讯作者:
    徐敏锐

其他文献

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周赣的其他基金

大偏航角状态下无铁永磁平面电机的电磁力建模及解耦控制研究
  • 批准号:
    51207020
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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