具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种电路并行计算仿真分析方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101.用于根据电路拓扑结构中各节点间的连接形式确定电路拓扑结构中的节点集合；

步骤102.用于基于预设分配原则将各节点集合分配给仿真计算设备的各处理器；

步骤103.用于利用各处理器对其分配的节点集合对应的等效电路结构进行并行仿真计算。

具体的，所述步骤101之前包括：

若电路拓扑结构中两节点间的各个支路均通过传输线或电感参数大于预设电感阈值的电感连接，则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为软连接，否则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为硬连接。

具体的，所述步骤102，包括：

若电路拓扑结构中两节点之间存在连接关系且连接形式为硬连接，则该两节点处于同一节点集合中；

若电路拓扑结构中任一节点与电路拓扑结构中其他节点无连接关系或连接形式为软连接，则该节点单独构成一个节点集合。

进一步的，所述预设分配原则包括第一优先级预设分配原则、第二优先级预设分配原则和第三优先级预设分配原则；

其中，第一优先级预设分配原则为分配给各处理器的总节点数不超过该处理器可处理的最大节点数；

第二优先级预设分配原则为各处理器之间的联络支路最少；

第三优先级预设分配原则为分配给各处理器的节点数的差异值最小；

其中，所述联络支路为两个分配给不同处理器的节点之间的支路，且两个节点间的连接形式为软连接。

在本发明的最佳实施例中，分配给各处理器的节点数的差异值为分配给处理器的节点数的最大值减去分配给处理器的节点数的最小值。

进一步的，确定第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构的过程包括：

对与第i个处理器连接的各联络支路进行解耦等效，获取与第i个处理器连接的各联络支路在第i个处理器侧的等效结构；

将所述各联络支路在第i个处理器侧的等效结构与处于第i个处理器分配的节点集合中且和所述各联络支路存在连接关系的节点连接，获取第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构；

其中，i∈(1～N)，N为仿真计算设备的处理器数目。

进一步的，所述对与第i个处理器连接的各联络支路进行解耦等效，获取与第i个处理器连接的各联络支路在第i个处理器侧的等效结构，包括：

将与第i个处理器连接的联络支路等效为由接地端和并联结构连接的等效结构，其中，所述并联结构由等效阻抗与等效受控电流源并联组成；

若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为电感参数大于预设电感阈值的电感，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效阻抗

若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为传输线，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效阻抗

若处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在当前时刻t的电流

若所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在当前时刻t的电流

上式中，L_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上电感元件的电感值，L'_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上传输线的分布电感，C_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上传输线的分布电容，dt为并行仿真计算步长，I_ij,j'(t-2τ)为处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流时，与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在t-τ时刻的电流，I_ij,k(t-2τ)为所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流时，与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在t-τ时刻的电流，u_ij,j'(t-τ)为处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流时，处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点在当前时刻t的电压，u_ij,k(t-τ)为所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流时，处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点在当前时刻t的电压；τ为延迟时间，若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为传输线，则l_ij为与第i个处理器连接的第j个联络支路的传输线长度，若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为电感参数大于预设电感阈值的电感，则τ＝dt，j∈(1～S)，S为与第i个处理器连接的联络支路总数。

具体的，仿真计算设备的处理器数目N满足

其中，A为电路拓扑结构包含的节点总数，B_max为仿真计算设备的各处理器所能处理的最大节点数目，ceil为取整符号。

在本发明的具体实施例中，仿真计算设备的处理器数目N满足N＝ceil(A/B_max)的目的为尽可能的利用处理器的硬件资源，避免造成资源浪费。

具体的，若电路拓扑结构的节点集合中存在节点数超过仿真计算设备的单个处理器能够处理的最大节点数，则报错并退出操作。

在本发明的最佳实施例中，若电路拓扑结构的节点集合中存在节点数超过仿真计算设备的单个处理器能够处理的最大节点数，可以尝试换用可处理节点数更大的处理器，并依照本方案提供的技术方案进行并行仿真计算。

具体的，所述利用各处理器对其分配的节点集合对应的等效电路结构进行并行仿真计算之前，还包括：

对第i个处理器分配的节点集合中的节点重新编号，生成第i个处理器分配的节点集合中的节点在重新编号前与重新编好后的匹配关系，并搭建第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构与其它N-1个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构之间的信息交互网络；

其中，i∈(1～N)，N为仿真计算设备的处理器数目。

在本发明的最佳实施例中，对第i个处理器分配的节点集合中的节点重新编号的意义在于简化第i个处理器分配的节点集合中的节点的仿真计算，减少第i个处理器计算误差，提高第i个处理器的仿真效率。

在本发明的具体实施例中，以图2中电路的拓扑结构为例进行说明，图2中共有8个节点，其节点之间的连接元件及参数由表1示出：

表1

依据电路中连接形式的判定原则：若电路拓扑结构中两节点间的各个支路均通过传输线或电感参数大于预设电感阈值的电感连接，则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为软连接，否则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为硬连接；可以判定图2中1号节点与5号节点、6号节点间的连接形式为硬连接，5号节点与6号节点之间的连接形式为硬连接；2号节点与6号节点、3号节点之间的连接形式为软连接；3号节点与4号节点、5号节点之间的连接形式为软连接、3号节点与7号节点之间的连接形式为硬连接，4号节点与7号节点之间的连接形式为硬连接；

表2示出了电路拓扑结构中各节点的连接形式(1表示硬连接、2表示软连接)、节点之间总连接条数、总节点数和单个处理器可容纳的节点数；

表2

以导线简化连接的两个节点之间的连接形式表示硬连接，以电感连接的两个节点之间的连接形式表示软连接；由图电路的拓扑结构的连接形式简化图由图3所示；

依据电路拓扑结构的节点集合确定原则：若电路拓扑结构中两节点之间存在连接关系且连接形式为硬连接，则该两节点处于同一节点集合中；若电路拓扑结构中任一节点与电路拓扑结构中其他节点无连接关系或连接形式为软连接，则该节点单独构成一个节点集合。可以将该电路的拓扑结构中节点划分为如图4所示的4个集合，1号节点、5号节点和6号节点分配至一个节点集合中，2号节点单独分配至一个节点集合中，3号节点与7号节点分配置一个节点集合中，4号节点与8号节点分配至一个节点集合中；

表3示出了点路拓扑结构中各节点归属的处理器以及每个节点集合中节点数；

表3

单个处理器可容纳节点数为5，电路拓扑结构中节点总数为8，N＝ceil(8/5)＝2，故而用于并行计算仿真的处理器个数最少2，故需要将4个节点集合中的节点分配至2个处理器中；依据预设分配原则可以由如表4所示的4种分配方案；

表4

这四种分配方案均满足第一优先级预设分配原则，根据第二优先级预设分配原则可以选出表5所示的两种分配方案,并根据第三优先级预设分配原则可以选出表6所示的分配方案：

表5

表6

方案分配完成后，联络支路为如图5所示的2号节点与3号节点之间的支路，对联络支路进行解耦等效，得到如图6所示的电路拓扑结构的等效结构。

本发明提供一种电路并行计算仿真分析系统，如图7所示，所述系统包括：

确定模型，用于根据电路拓扑结构中各节点间的连接形式确定电路拓扑结构中的节点集合；

分配模块，用于基于预设分配原则将各节点集合分配给仿真计算设备的各处理器；

仿真模块，用于利用各处理器对其分配的节点集合对应的等效电路结构进行并行仿真计算。

具体的，所述系统还包括确定模型，具体用于：

若电路拓扑结构中两节点间的各个支路均通过传输线或电感参数大于预设电感阈值的电感连接，则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为软连接，否则电路拓扑结构中两节点间的连接形式为硬连接。

具体的，所述确定模型，用于：

若电路拓扑结构中两节点之间存在连接关系且连接形式为硬连接，则该两节点处于同一节点集合中；

若电路拓扑结构中任一节点与电路拓扑结构中其他节点无连接关系或连接形式为软连接，则该节点单独构成一个节点集合。

具体的，所述预设分配原则包括第一优先级预设分配原则、第二优先级预设分配原则和第三优先级预设分配原则；

其中，第一优先级预设分配原则为分配给各处理器的总节点数不超过该处理器可处理的最大节点数；

第二优先级预设分配原则为各处理器之间的联络支路最少；

第二优先级预设分配原则为分配给各处理器的节点数的差异值最小；

其中，所述联络支路为两个分配给不同处理器的节点之间的支路，且两个节点间的连接形式为软连接。

具体的，确定第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构的过程包括：

对与第i个处理器连接的各联络支路进行解耦等效，获取与第i个处理器连接的各联络支路在第i个处理器侧的等效结构；

将所述各联络支路在第i个处理器侧的等效结构与处于第i个处理器分配的节点集合中且和所述各联络支路存在连接关系的节点连接，获取第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构；

其中，i∈(1～N)，N为仿真计算设备的处理器数目。

进一步的，所述对与第i个处理器连接的各联络支路进行解耦等效，获取与第i个处理器连接的各联络支路在第i个处理器侧的等效结构，包括：

将与第i个处理器连接的联络支路等效为由接地端和并联结构连接的等效结构，其中，所述并联结构由等效阻抗与等效受控电流源并联组成；

若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为电感参数大于预设电感阈值的电感，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效阻抗

若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为传输线，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效阻抗

若处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在当前时刻t的电流

若所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流，则与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在当前时刻t的电流

上式中，L_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上电感元件的电感值，L'_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上传输线的分布电感，C_ij,0为与第i个处理器连接的第j个联络支路上传输线的分布电容，dt为并行仿真计算步长，I_ij,j'(t-2τ)为处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流时，与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在t-τ时刻的电流，I_ij,k(t-2τ)为所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流时，与第i个处理器连接的第j个联络支路在第i个处理器侧的等效结构中等效受控电流源在t-τ时刻的电流，u_ij,j'(t-τ)为处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点向所述第i个处理器连接的第j个联络支路流入电流时，处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点在当前时刻t的电压，u_ij,k(t-τ)为所述第i个处理器连接的第j个联络支路向处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点流入电流时，处于第i个处理器分配的节点集合中且与第i个处理器连接的第j个联络支路存在连接关系的节点在当前时刻t的电压；τ为延迟时间，若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为传输线，则l_ij为与第i个处理器连接的第j个联络支路的传输线长度，若与第i个处理器连接的第j个联络支路的连接元件为电感参数大于预设电感阈值的电感，则τ＝dt，j∈(1～S)，S为与第i个处理器连接的联络支路总数。

具体的，仿真计算设备的处理器数目N满足

其中，A为电路拓扑结构包含的节点总数，B_max为仿真计算设备的各处理器所能处理的最大节点数目，ceil为取整符号。

具体的，若电路拓扑结构的节点集合中存在节点数超过仿真计算设备的单个处理器能够处理的最大节点数，则报错并退出操作。

具体的，所述系统还包括预处理模块，具体用于：

对第i个处理器分配的节点集合中的节点重新编号，生成第i个处理器分配的节点集合中的节点在重新编号前与重新编好后的匹配关系，并搭建第i个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构与其它N-1个处理器分配的节点集合对应的等效电路结构之间的信息交互网络；

其中，i∈(1～N)，N为仿真计算设备的处理器数目。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。