Algorithme d'intégrateur exponentiel à débit parallèle sur GPU pour la simulation efficace des systèmes électroniques de puissance

La simulation des transitoires électromagnétiques (EMT) des convertisseurs électroniques de puissance est essentielle pour l’analyse, la conception et le prototypage rapide des systèmes de contrôle des systèmes de puissance et d’ Énergie . Cet article propose un algorithme d’intégrateur exponentiel (EI) à taux parallèle et à granularité multiple sur GPU, destiné à la simulation hors ligne rapide des transitoires électromagnétiques des systèmes électroniques de puissance. L’algorithme EI à taux parallèle proposé exploite l’architecture massivement parallèle du GPU pour calculer plusieurs étapes de discrétisation en parallèle. Les calculs matrice-vecteur de l’algorithme EI au sein de chaque pas de temps sont également parallélisés. De plus, un nouveau cadre basé sur le GPU est proposé pour le précalcul numériquement efficace des exponentielles matricielles avant le démarrage d’une boucle de simulation. Le haut degré de parallélisme permet d’obtenir des gains de vitesse de simulation importants par rapport aux implémentations sur CPU à thread unique. La technique de discrétisation de l’algorithme EI d’ordre élevé est absolument stable, sans oscillation numérique, et permet d’obtenir une discrétisation précise des équations différentielles avec des pas de temps importants. Le solveur EI à taux parallèle proposé est en outre utilisé pour détecter avec précision les événements de commutation passive ou par diode. Deux études de cas sont utilisées pour démontrer la précision et l’efficacité de l’algorithme EI à taux parallèle. Deux autres études de cas mettent en évidence les avantages de la technique de précalcul parallèle proposée pour les exponentielles matricielles.