可重構技術在電力系統(tǒng)實時計算中的應用
楊力森
(三峽大學電氣信息學院，湖北宜昌443002
摘要：可重構計算技術是一類新興的高性能計算技術。簡述了可重構計算這一新的技術，并概述了可重構計算技術在電力系統(tǒng)潮流及暫態(tài)穩(wěn)定性計算中的應用。可重構計算技術結合適當?shù)挠嬎惴椒ǎ梢源蟠筇岣唠娏ο到y(tǒng)分析計算的效率，因而在現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)實時分析計算及控制中具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：可重構計算；  ；并行計算；多波前算法 中圖分類號：T M 1744 文獻標識碼：B
1引言
電力系統(tǒng)快速分析計算是實現(xiàn)現(xiàn)代大規(guī)模電網(wǎng)實時控制的基礎。關于電力系統(tǒng)的實時分析計算，特別是潮流計算以及暫態(tài)穩(wěn)定性計算，并行計算無疑是一種很好的技術途徑。目前有關電力系統(tǒng)的并行計算方法，主要是基于并行計算機或基于PC集群而設計的。由于并行計算機價格昂貴，基于并行計算機的算法研究及其應用受到了很大的限制。PC集群計算技術的主要問題是維護成本高、體積大、計算效率不高等等。
近年來，隨著微電子技術、計算機技術的發(fā)展，尤其是大規(guī)模高性能可編程器件的出現(xiàn)及軟硬件設計方法和設計工具的改進，可重構計算技術[1]-[4]已成為國際上高性能計算研究中的一個新熱點。可重構計算是在軟件的控制下，利用系統(tǒng)中的可重用資源，根據(jù)應用的需要重新構造一個新的計算平臺，以達到或接近專用硬件計算的高性能。可重構計算技術的核心器件是  。迄今為止，盡管FPGA的工作頻率仍低于CPU的主頻，但可重構計算機的計算速度仍能達到通用計算機的數(shù)百倍以上[4]，而且它的體積、功耗很小，成本相對很低，因而具有極高的性價比。
作為一類新的高性能計算技術，可重構計算技術為現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)的實時分析計算及控制提供了一個全新的解決方案。本文主要針對這一新技術及其在電力系統(tǒng)分析計算中的應用作一簡單的介紹。
2可重構計算技術簡介
2.1可重構計算系統(tǒng)概述
利用電子系統(tǒng)進行計算有兩種實現(xiàn)方法，即軟件方法和硬件方法。軟件實現(xiàn)方法的主要特征是：在由通用微處理器(CPU)、內(nèi)存和部分外設組成的電子系統(tǒng)中，通過軟件程序實現(xiàn)大部分的邏輯處理和運算功能，常規(guī)的通用計算機系統(tǒng)就是典型的代表。硬件實現(xiàn)方法的主要特征是：由特定的運算或專用集成電路(ASIC)完成系統(tǒng)的主要計算工作，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，在具體的計算應用中，人們通常只能根據(jù)實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)場可編程門陣列的出現(xiàn)改變了這種局面，實時電路重構的思想逐漸引起了學術界的注意。實時電路重構，就是在電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)下動態(tài)改變電路的結構，這主要是通過對系統(tǒng)中的可編程器件進行重配置或部分重配置來實現(xiàn)的。利用這一技術設計的可重構系統(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現(xiàn)和硬件實現(xiàn)的優(yōu)點合二為一。基于實時電路重構技術設計的計算系統(tǒng)就是可重構計算。在可重構系統(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態(tài)調(diào)用或修改，這樣既保留了硬件計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)可重構系統(tǒng)都是由通用微處理器(CPU)和可重構硬件(  )構成的，其基本思想是利用前者的靈活性使系統(tǒng)對大多數(shù)應用都具有較高的性能，同時利用可重構硬件實現(xiàn)面向應用的專用計算電路。  的重構從實現(xiàn)方法上可分為靜態(tài)重構和動態(tài)重構。靜態(tài)重構指  芯片在外部邏輯的控制下，通過下載存儲設備中不同的配據(jù)，實現(xiàn)芯片邏輯功能的改變。動態(tài)重構是指數(shù)字邏輯系統(tǒng)時序邏輯的構造，是通過對具有專門 |
