[发明专利]一种基于分布式并行运算方法的电气仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式并行运算方法的电气仿真方法，具体包括如下步骤：S1、更新Jacobian矩阵元素和右端项；S2、对Jacobian矩阵进行预处理，以减小系数矩阵的条件数；S3、采用Krylov子空间法求解矩阵方程；S4、在各个进程中，根据主进程分配的任务，进行相应的计算；S5、将各个进程计算完成后的数据收集到主进程中，处理得到本次迭代解向量；S6、进行收敛判断，当矩阵求解收敛则进入步骤S7，否则返回步骤S3，根据当前计算得到的解向量；S7、判断当前非线性迭代求解收敛条件是否成立，当收敛条件不成立时，重新求解，直到非线性求解收敛。本发明设计优化，通过充分利用局域网内的硬件计算资源，可以显著提高复杂大系统仿真的求解效率。

技术领域

本发明涉及计算机虚拟仿真技术领域，具体为一种基于分布式并行运算方法的电气仿真方法。

背景技术

电气仿真技术广泛应用于航空、航天、舰船、兵器以及轨道交通等复杂电气系统的设计，目前通用的电气系统仿真器普遍采用基于 LU三角分解的直接法来进行系统模拟仿真。对于大型稀疏矩阵，实现LU三角分解的并行运算有较大的技术障碍，因此，目前通用的求解器普遍采用单节点技术进行电气系统仿真。随着多电、全电技术的发展，独立供电系统越来越复杂，同时，随着建模技术的不断进步，电气系统仿真模型的复杂程度也越来越高，采用单节点硬件配置由于仿真效率低下，难以应对越来越高的复杂大系统仿真的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分布式并行运算方法的电气仿真方法，以解决上述背景技术中提出的问题，以便提高复杂电气系统仿真的收敛性能和求解效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于分布式并行运算方法的电气仿真方法，具体包括如下步骤：

S1、在初始化时求解器读入网表文件，网表文件包括元件类型、元件管脚节点连接信息、元件模型参数、仿真步长、收敛参数、积分方法的详细信息，并基于节点电压法，构造Jacobian初始矩阵；在进行牛顿-拉斐逊非线性迭代时，在任一迭代时刻，根据当前解向量状态，更新Jacobian矩阵元素和右端项；

S2、对Jacobian矩阵进行预处理，以减小系数矩阵的条件数；

S3、采用Krylov子空间法求解矩阵方程；

S4、在各个进程中，根据主进程分配的任务，进行相应的计算；

S5、将各个进程计算完成后的数据收集到主进程中，并对数据进行综合处理得到本次迭代解向量；

S6、根据迭代结果进行收敛判断，当矩阵求解收敛，则进入步骤 S7，否则返回步骤S3，根据当前计算得到的解向量，重新更新 Jacobian矩阵和右端项，继续迭代求解当前矩阵，直到迭代收敛；当迭代次数超过最大迭代次数仍然不收敛时，给出警告信息；

S7、根据求解向量和右端项状态与收敛准则进行比较，判断当前非线性迭代求解收敛条件是否成立，当收敛条件不成立时，将迭代得到的解向量代入到Jacobian矩阵和右端项中，重新更新方程系数和激励元，进行方程求解，直到非线性求解收敛；重复非线性迭代过程，直到完成所有的求解任务。

优选的，在步骤S1中解向量的初始状态在进入迭代之前，根据历史求解数据获得，在进入非线性迭代后，为每次迭代获得的解向量。

优选的，在步骤S1中牛顿-拉斐逊非线性迭代计算过程中，采用变步长算法。

优选的，步骤S2中采用预处理算法后，根据所选择的预处理子，对右端项同步进行处理。

优选的，步骤S3中根据Krylov子空间法，获得方程迭代解的表达式，并采用稀疏矩阵进行求解运算；当求解对象矩阵较大时，根据局域网中的硬件资源，对计算负荷进行分解，并分配到局域网各个进程中。