可重构技术在电力系统实时计算中的应用

杨力森

(三峡大学电气信息学院，湖北宜昌443002

摘要：可重构计算技术是一类新兴的高性能计算技术。简述了可重构计算这一新的技术，并概述了可重构计算技术在电力系统潮流及暂态稳定性计算中的应用。可重构计算技术结合适当的计算方法，可以大大提高电力系统分析计算的效率，因而在现代大规模电力系统实时分析计算及控制中具有广泛的应用前景。

关键词：可重构计算；；并行计算；多波前算法

中图分类号：T M 1744    文献标识码：B

    1引言

 

    电力系统快速分析计算是实现现代大规模电网实时控制的基础。关于电力系统的实时分析计算，特别是潮流计算以及暂态稳定性计算，并行计算无疑是一种很好的技术途径。目前有关电力系统的并行计算方法，主要是基于并行计算机或基于PC集群而设计的。由于并行计算机价格昂贵，基于并行计算机的算法研究及其应用受到了很大的限制。PC集群计算技术的主要问题是维护成本高、体积大、计算效率不高等等。

 

    近年来，随着微电子技术、计算机技术的发展，尤其是大规模高性能可编程器件的出现及软硬件设计方法和设计工具的改进，可重构计算技术[1]-[4]已成为国际上高性能计算研究中的一个新热点。可重构计算是在软件的控制下，利用系统中的可重用资源，根据应用的需要重新构造一个新的计算平台，以达到或接近专用硬件计算的高性能。可重构计算技术的核心器件是。迄今为止，尽管FPGA的工作频率仍低于CPU的主频，但可重构计算机的计算速度仍能达到通用计算机的数百倍以上[4]，而且它的体积、功耗很小，成本相对很低，因而具有极高的性价比。

 

    作为一类新的高性能计算技术，可重构计算技术为现代大规模电力系统的实时分析计算及控制提供了一个全新的解决方案。本文主要针对这一新技术及其在电力系统分析计算中的应用作一简单的介绍。

 

    2可重构计算技术简介

 

    2.1可重构计算系统概述

 

利用电子系统进行计算有两种实现方法，即软件方法和硬件方法。软件实现方法的主要特征是：在由通用微处理器(CPU)、内存和部分外设组成的电子系统中，通过软件程序实现大部分的逻辑处理和运算功能，常规的通用计算机系统就是典型的代表。硬件实现方法的主要特征是：由特定的运算或专用集成电路(ASIC)完成系统的主要计算工作，微处理器或者被省略，或者只起协调各部件工作的作用。

 

    多年以来，在具体的计算应用中，人们通常只能根据实际情况从软件方法和硬件方法中选择一种最适合的折衷方案。大规模可编程器件即现场可编程门阵列的出现改变了这种局面，实时电路重构的思想逐渐引起了学术界的注意。实时电路重构，就是在电子系统的工作状态下动态改变电路的结构，这主要是通过对系统中的可编程器件进行重配置或部分重配置来实现的。利用这一技术设计的可重构系统，就能在只增加少量硬件资源的情况下，轻而易举地将软件实现和硬件实现的优点合二为一。基于实时电路重构技术设计的计算系统就是可重构计算。在可重构系统中，硬件信息(可编程器件的配置信息)可以象软件程序一样被动态调用或修改，这样既保留了硬件计算的高性能和并行性，又兼具了软件编程的灵活性。

 

    现有的大多数可重构系统都是由通用微处理器(CPU)和可重构硬件()构成的，其基本思想是利用前者的灵活性使系统对大多数应用都具有较高的性能，同时利用可重构硬件实现面向应用的专用计算电路。的重构从实现方法上可分为静态重构和动态重构。静态重构指芯片在外部逻辑的控制下，通过下载存储设备中不同的配据，实现芯片逻辑功能的改变。动态重构是指数字逻辑系统时序逻辑的构造，是通过对具有专门