基于多核并行计算的水库群中长期优化调度研究

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随着“十二五”期间,我国各大水电基地逐步成型,研究水库群优化调度成为一个具有相当实际意义的课题。伴随着水电规模的不断扩大,水库群优化调度的计算量急剧增加,需要探求新的技术方法和手段。本文在详尽分析动态规划方法的基础上,以单水库、梯级水库群的中长期优化调度为研究对象,采用C++语言设计串行程序,同时利用应用程序编程接口 OpenMP在双核和四核计算机平台上实现了程序的并行化。  首先,本文将当今被广泛应用于个人计算机的多核技术,与操作系统相关概念结合,重点介绍了多核环境下的并行计算,以及用于并行设计的应用程序编程接口OpenMP。通过简单循环测试程序的实际运行结果,展示了并行计算速度优势。  其次,本文确立以年为调度周期,以月为调度时段的单水库中长期优化调度的数学模型为研究对象,选取典型年发电量最大为目标函数,水量平衡、水电站出力、汛期限制水位为约束条件,重点分析了所采用的动态规划方法,并设计出串行算法程序。然后利用OpenMP设计了并行算法程序,并在不同多核环境下运行,比较两种算法的消耗时间,分析并行算法的加速比和效率。  最后,本文从最基本的上、下游水库构成的库群入手,根据流域水量平衡方程,确定上、下游水库流量关系,同样以典型年发电量最大为目标函数,采用动态规划方法来研究水库群中长期优化调度。重点根据采用分治模式,划分出程序并行阶段的详细设计步骤,从理论上分析了所设计的串行和并行算法时间复杂度的差别。通过在不同多核环境下,运行串、并行算法程序运行的时间消耗,分析计算所得的加速比和效率,以及所得结果的原因。  本文通过实例验证,得出在多核环境下并行化的动态规划算法,能充分利用计算机硬件资源,计算速度提升明显,对解决提高水库群优化调度计算效率的难题,做出了一点探索。
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