【創新故事】

◎本報記(ji)者 陳 瑜  都 芃　　

　　人勤春來早。仿出眼下，中國神州大地按下了生產勞作的大電“快進鍵”。田地間，仿出春耕春灌一派繁忙；工廠里，中國機器轟鳴燈火通明。大電百姓彩票紅

　　此(ci)時此(ci)刻(ke)，仿出(chu)位于北京市海淀(dian)區(qu)的中國國家電(dian)網(wang)有限公司仿真(zhen)中心（以(yi)下簡稱“仿真(zhen)中心”）四樓內，電(dian)磁暫態仿真(zhen)計算(suan)正(zheng)在全速運行。大(da)電(dian)一排排機柜有節奏(zou)地閃爍(shuo)著燈光，仿出(chu)猶如“呼吸”一般守(shou)護(hu)著電(dian)網(wang)。中國

　　這(zhe)就是(shi)大(da)電最(zui)近入選“2023年度央企十(shi)大(da)國之重器”的(de)(de)國產化大(da)型電力(li)系統電磁(ci)暫態仿真技(ji)術及平臺。依(yi)靠它(ta)，仿出全(quan)球電壓等級最(zui)高、中國規模最(zui)大(da)、大(da)電結構最(zui)復雜(za)、清潔(jie)能源發展最(zui)快(kuai)的(de)(de)中國電網，多年來一直保持著最(zui)長的(de)(de)安全(quan)運行紀錄。

　　告(gao)別“仿不了(le)”

　　電網設計是百姓彩票最新網址否有(you)缺陷？系統到(dao)底穩(wen)(wen)不穩(wen)(wen)定？提前開展電網仿真分析，是(shi)作出(chu)判斷的最有(you)效手(shou)段(duan)。

　　“2010年，隨(sui)著特高壓直流輸電工程(cheng)加速建設(she)，我們原有(you)的(de)(de)仿(fang)真方法(fa)不太靈了(le)！”仿(fang)真中(zhong)心副主任李亞(ya)樓告訴科技日報記者，究其(qi)原因，主要(yao)是新(xin)入網的(de)(de)設(she)備(bei)富含各種(zhong)電力(li)電子器件，以前的(de)(de)機電暫態(tai)仿(fang)真方法(fa)無(wu)法(fa)準(zhun)確(que)模(mo)擬(ni)這些設(she)備(bei)的(de)(de)快速響應和(he)復雜控制特性(xing)。

　　用什么技術(shu)替代？已成功用于局部電(dian)網的電(dian)磁(ci)暫態仿真(zhen)技術(shu)行不行？一個(ge)個(ge)疑問(wen)縈繞在仿真(zhen)中心(xin)數(shu)模混合仿真(zhen)研究室主任朱藝(yi)穎的腦海里(li)。

　　當時(shi)，仿(fang)真(zhen)領域專(zhuan)家(jia)普遍認為，電磁暫態仿(fang)真(zhen)步(bu)長小、計(ji)算效率(lv)低、建(jian)模復雜，根本(ben)無法(fa)仿(fang)真(zhen)大規(gui)模實際電網。

　　朱藝穎偏“不信邪”。她帶領一群30歲出頭的科研人員，下定決心要攻下這個“山頭”。百姓彩票怎么買

　　隨著時(shi)間的推移(yi)，研發團隊(dui)先后攻克了大電網仿(fang)(fang)真(zhen)數(shu)值計算方法、并行解(jie)耦(ou)算法、分散同(tong)步(bu)(bu)數(shu)模混合仿(fang)(fang)真(zhen)技(ji)術等(deng)難關，研發出指(zhi)定潮流自動構建和數(shu)據通信傳輸等(deng)技(ji)術，尤其(qi)是(shi)突破了至關重要的50微(wei)秒步(bu)(bu)長實(shi)時(shi)仿(fang)(fang)真(zhen)技(ji)術。

　　“50微秒的實時仿(fang)真步(bu)長意味(wei)著，系統要(yao)在1秒鐘(zhong)內(nei)對(dui)華東電網6000個節點進行(xing)20000次計(ji)算。”朱(zhu)藝穎解釋。

　　“每一個CPU內核既要(yao)完(wan)成(cheng)(cheng)自己的(de)任務，又要(yao)與其他CPU內核交互(hu)數據，還要(yao)完(wan)成(cheng)(cheng)與外接物理裝置(zhi)上萬路信號的(de)交互(hu)，且(qie)計算速(su)度必須跟實際物理過程同步(bu)。”在朱(zhu)藝(yi)穎看(kan)來，這(zhe)好比讓數字電網(wang)練就(jiu)“凌波微步(bu)”。

　　2017年的一(yi)個夏夜(ye)，仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)(zhen)中心實(shi)(shi)驗室里燈(deng)火通明(ming)，幾(ji)百個CPU內核(he)飛速運轉，幾(ji)萬路信號實(shi)(shi)時交(jiao)互。當看到(dao)故障仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)(zhen)模型仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)(zhen)結(jie)果(guo)與實(shi)(shi)際波形(xing)幾(ji)乎重合時，現場爆發(fa)出(chu)熱(re)烈的歡呼聲(sheng)——這意(yi)味著，包含(han)11回直流的華東(dong)區(qu)域電網首次實(shi)(shi)現了(le)精準的電磁暫態實(shi)(shi)時仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)(zhen)，大電網被仿(fang)(fang)出(chu)來了(le)！

　　破解(jie)“仿不準”

　　準確的(de)仿(fang)真結(jie)(jie)果離不開精準的(de)模型。在啃下大電網實(shi)時仿(fang)真這塊“硬骨頭”后，研(yan)發團隊(dui)發現，仿(fang)真結(jie)(jie)果和(he)電網實(shi)際運行(xing)情況仍存在較(jiao)大差異，“仿(fang)不準”問題日益(yi)凸顯。

　　造成“仿不準(zhun)”的原因是什么？

　　時任(ren)(ren)仿(fang)真中心數字(zi)混(hun)合仿(fang)真研(yan)究室主任(ren)(ren)張星告訴(su)記(ji)者(zhe)，仿(fang)真建模涉及直流(liu)輸電工程、新能(neng)源(yuan)機組等多個環節，出于技術(shu)與(yu)商業(ye)的考(kao)慮，設(she)備廠商將有關設(she)備參數視(shi)為“獨(du)門絕技”，不愿(yuan)意提供設(she)備相關參數和(he)控制邏輯。受限(xian)于此，研(yan)發團隊只能(neng)參照經典控制理論(lun)進行建模。

　　“這(zhe)會導致搭(da)建的(de)模(mo)型只能片面(mian)反映(ying)控制器(qi)的(de)一部分性(xing)能指標，無法完(wan)整復現控制器(qi)的(de)響(xiang)應特性(xing)。”張(zhang)星將此過程形(xing)容為“盲人摸象(xiang)”。

　　而且，情況還在變得(de)越(yue)來(lai)越(yue)復雜。由于電網(wang)工程涉及的(de)設(she)備(bei)廠家(jia)數量繁(fan)多，隨著新(xin)的(de)電網(wang)工程建設(she)，仿(fang)真結果的(de)準(zhun)確性(xing)更加難(nan)以保證。

　　面對這(zhe)一難以跨(kua)越的鴻溝，研發人員苦思解(jie)決方案。

　　“拿到數(shu)據的可能性微(wei)乎其(qi)微(wei)。那么，可不可以像(xiang)安卓開放(fang)系統一樣，讓(rang)廠(chang)家自己封裝數(shu)據建好模(mo)型，平臺(tai)只需開放(fang)接(jie)口，將(jiang)其(qi)像(xiang)App一樣安裝進來？”張星大膽設想。

　　在國家電(dian)力調(diao)度控制中心的統籌下，大家很快達成了共(gong)識(shi)。

　　研發團隊在仿(fang)真平臺設(she)(she)置開放化接口，讓廠(chang)家給自己的設(she)(she)備(bei)建模(mo)，實(shi)現模(mo)型和(he)設(she)(she)備(bei)1∶1克隆(long)后，再“安裝(zhuang)”到(dao)仿(fang)真平臺上來。

　　“這(zhe)就好比(bi)廠家直(zhi)接提供(gong)‘菜品(pin)’，配方(fang)卻(que)是保(bao)密的(de)。”朱藝(yi)穎說(shuo)，“而我(wo)們一樣可以綜(zong)合各(ge)家的(de)‘菜品(pin)’，做(zuo)出‘滿漢全席’來。”

　　這樣一來(lai)，既保(bao)護了廠家的(de)知識產權，又實(shi)現了對控制邏輯的(de)精確仿真。

　　在南瑞(rui)、許繼(ji)等眾多(duo)直流、新(xin)能源設備廠商的全力支持下，歷(li)時3年(nian)多(duo)，仿(fang)真(zhen)中心終于建成了(le)電磁暫態仿(fang)真(zhen)平(ping)臺的模型庫，解(jie)決了(le)復(fu)雜控制保護設備“仿(fang)不(bu)準(zhun)”這一難題。

　　實(shi)現“仿得快”

　　“仿不(bu)準”解(jie)決(jue)了，“仿不(bu)快”又成為新問題。

　　“以(yi)(yi)前采用單(dan)機(ji)串行模(mo)式(shi)就(jiu)能滿足仿真計(ji)算(suan)要(yao)求(qiu)，現在隨(sui)著計(ji)算(suan)量(liang)指(zhi)數級增(zeng)長(chang)，這種模(mo)式(shi)提供的算(suan)力(li)捉襟見肘。”李亞樓說，以(yi)(yi)往(wang)完成單(dan)個省級電(dian)網的仿真模(mo)擬，都要(yao)以(yi)(yi)“天”為單(dan)位，要(yao)實現全國規模(mo)的電(dian)網仿真，時間還會更長(chang)。

　　必須提高工作效率！“一項任務(wu)(wu)工作量(liang)太大(da)(da)時，可以拆分給(gei)多個人來干。同理，仿(fang)真計算量(liang)太大(da)(da)，那就(jiu)交給(gei)服務(wu)(wu)器集群來處理。”張星(xing)就(jiu)此提出了建設我(wo)國電力系統首個超算中心的設想。

　　彼時，國(guo)內雖有成熟的商用超(chao)算(suan)中心案例，但電力系統尚無(wu)專用的超(chao)算(suan)中心。從(cong)硬件架構設計到軟件系統開發，都無(wu)經驗可循。

　　CPU選(xuan)型、數(shu)據網絡交互方式、CPU冷(leng)卻方案(an)、軟硬(ying)件(jian)融合可行性(xing)、計算適配性(xing)……研發(fa)團隊一(yi)項一(yi)項理、一(yi)件(jian)一(yi)件(jian)干。

　　“4家(jia)國內主(zhu)流廠商(shang)、10多個解(jie)決方(fang)案，被(bei)我們反復比較(jiao)、來(lai)回測試。”張星回憶道，沒有直接可用(yong)的方(fang)案，大家(jia)就集思廣益，與供應商(shang)一起(qi)進行二次開發，持續改進、不斷完(wan)善，逐一滿足大電網(wang)高效仿真的特殊需(xu)求。

　　測評對比、計(ji)算驗證、系統聯調(diao)……解決方(fang)案終于確定下來。

　　硬(ying)件(jian)有了，但(dan)其性能的挖掘還(huan)得(de)靠軟件(jian)。張星比喻道：“猶(you)如再強健的肌(ji)肉，如果沒(mei)有神經系統指(zhi)揮，那也毫無用處(chu)。”

　　在(zai)方案(an)選型伊始，研發團隊就潛心打造基于(yu)超(chao)算(suan)的(de)仿真云(yun)計算(suan)架構，充(chong)分挖掘數(shu)萬個(ge)CPU核的(de)計算(suan)潛力，“軟硬兼施”成功搭建出(chu)仿真平(ping)臺專用超(chao)算(suan)中心。

　　如今，仿(fang)真平臺已在(zai)國家電網得到全面應用。張(zhang)星自豪(hao)地說(shuo)：“過去，掃描分析主網架2.6萬條線路、1.8萬臺變壓器的(de)安全風險，需耗時10天以上，現(xian)在(zai)只要(yao)不到5分鐘。”

　　隨(sui)著電力系統不斷向(xiang)高比(bi)例可再生能源、高比(bi)例電力電子設(she)備的(de)發展方向(xiang)演(yan)變(bian)，其(qi)系統的(de)復雜程度(du)、對控(kong)制(zhi)響(xiang)應(ying)速度(du)的(de)要求都在快速上升。

　　“全(quan)國(guo)大電網是(shi)一(yi)個(ge)牽一(yi)發而動全(quan)身(shen)的系統，能(neng)(neng)源保障和安(an)全(quan)是(shi)須臾不(bu)可忽視的‘國(guo)之(zhi)大者(zhe)’。”研(yan)(yan)發團隊(dui)負責人、中國(guo)電力科(ke)學研(yan)(yan)究院副(fu)院長郭強表示(shi)，“團隊(dui)將以(yi)‘十年磨一(yi)劍’的韌(ren)勁，心無旁(pang)騖攻堅克難，為提(ti)高國(guo)家能(neng)(neng)源安(an)全(quan)和保障能(neng)(neng)力作出更(geng)大貢獻！”