可重構(gòu)技術(shù)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算中的應(yīng)用
楊力森
(三峽大學(xué)電氣信息學(xué)院，湖北宜昌443002
摘要：可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)是一類新興的高性能計(jì)算技術(shù)。簡(jiǎn)述了可重構(gòu)計(jì)算這一新的技術(shù)，并概述了可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)在電力系統(tǒng)潮流及暫態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算中的應(yīng)用�？芍貥�(gòu)計(jì)算技術(shù)結(jié)合適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，可以大大提高電力系統(tǒng)分析計(jì)算的效率，因而在現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析計(jì)算及控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：可重構(gòu)計(jì)算；  ；并行計(jì)算；多波前算法 中圖分類號(hào)：T M 1744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1引言
電力系統(tǒng)快速分析計(jì)算是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代大規(guī)模電網(wǎng)實(shí)時(shí)控制的基礎(chǔ)。關(guān)于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分析計(jì)算，特別是潮流計(jì)算以及暫態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算，并行計(jì)算無疑是一種很好的技術(shù)途徑。目前有關(guān)電力系統(tǒng)的并行計(jì)算方法，主要是基于并行計(jì)算機(jī)或基于PC集群而設(shè)計(jì)的。由于并行計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，基于并行計(jì)算機(jī)的算法研究及其應(yīng)用受到了很大的限制。PC集群計(jì)算技術(shù)的主要問題是維護(hù)成本高、體積大、計(jì)算效率不高等等。
近年來，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是大規(guī)模高性能可編程器件的出現(xiàn)及軟硬件設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具的改進(jìn)，可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)[1]-[4]已成為國(guó)際上高性能計(jì)算研究中的一個(gè)新熱點(diǎn)�？芍貥�(gòu)計(jì)算是在軟件的控制下，利用系統(tǒng)中的可重用資源，根據(jù)應(yīng)用的需要重新構(gòu)造一個(gè)新的計(jì)算平臺(tái)，以達(dá)到或接近專用硬件計(jì)算的高性能。可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的核心器件是  。迄今為止，盡管FPGA的工作頻率仍低于CPU的主頻，但可重構(gòu)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度仍能達(dá)到通用計(jì)算機(jī)的數(shù)百倍以上[4]，而且它的體積、功耗很小，成本相對(duì)很低，因而具有極高的性價(jià)比。
作為一類新的高性能計(jì)算技術(shù)，可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)為現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分析計(jì)算及控制提供了一個(gè)全新的解決方案。本文主要針對(duì)這一新技術(shù)及其在電力系統(tǒng)分析計(jì)算中的應(yīng)用作一簡(jiǎn)單的介紹。
2可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)概述
利用電子系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算有兩種實(shí)現(xiàn)方法，即軟件方法和硬件方法。軟件實(shí)現(xiàn)方法的主要特征是：在由通用微處理器(CPU)、內(nèi)存和部分外設(shè)組成的電子系統(tǒng)中，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)大部分的邏輯處理和運(yùn)算功能，常規(guī)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是典型的代表。硬件實(shí)現(xiàn)方法的主要特征是：由特定的運(yùn)算或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)完成系統(tǒng)的主要計(jì)算工作，微處理器或者被省略，或者只起協(xié)調(diào)各部件工作的作用。
多年以來，在具體的計(jì)算應(yīng)用中，人們通常只能根據(jù)實(shí)際情況從軟件方法和硬件方法中選擇一種最適合的折衷方案。大規(guī)模可編程器件即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的出現(xiàn)改變了這種局面，實(shí)時(shí)電路重構(gòu)的思想逐漸引起了學(xué)術(shù)界的注意。實(shí)時(shí)電路重構(gòu)，就是在電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)下動(dòng)態(tài)改變電路的結(jié)構(gòu)，這主要是通過對(duì)系統(tǒng)中的可編程器件進(jìn)行重配置或部分重配置來實(shí)現(xiàn)的。利用這一技術(shù)設(shè)計(jì)的可重構(gòu)系統(tǒng)，就能在只增加少量硬件資源的情況下，輕而易舉地將軟件實(shí)現(xiàn)和硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)合二為一�；趯�(shí)時(shí)電路重構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)的計(jì)算系統(tǒng)就是可重構(gòu)計(jì)算。在可重構(gòu)系統(tǒng)中，硬件信息(可編程器件的配置信息)可以象軟件程序一樣被動(dòng)態(tài)調(diào)用或修改，這樣既保留了硬件計(jì)算的高性能和并行性，又兼具了軟件編程的靈活性。
現(xiàn)有的大多數(shù)可重構(gòu)系統(tǒng)都是由通用微處理器(CPU)和可重構(gòu)硬件(  )構(gòu)成的，其基本思想是利用前者的靈活性使系統(tǒng)對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都具有較高的性能，同時(shí)利用可重構(gòu)硬件實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的專用計(jì)算電路。  的重構(gòu)從實(shí)現(xiàn)方法上可分為靜態(tài)重構(gòu)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)。靜態(tài)重構(gòu)指  芯片在外部邏輯的控制下，通過下載存儲(chǔ)設(shè)備中不同的配據(jù)，實(shí)現(xiàn)芯片邏輯功能的改變。動(dòng)態(tài)重構(gòu)是指數(shù)字邏輯系統(tǒng)時(shí)序邏輯的構(gòu)造，是通過對(duì)具有專門 |
