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打造超大规模电力系统“超级大脑”：“天全”求解器研发记录【创新故事】◎记者张家兴 今年夏天，我国月度用电量首次突破万亿千瓦时。作为全球最大的集中统一出清的能源市场，华南区域能源市场刚刚打赢夏季用电高峰之战。当电力负荷快速增加时，采用优化调度，保证“满”电。这背后，与日本自主研发的解算器“天泉”（以下简称“天泉”）有着密不可分的关系。南方地区电力市场持续结算启动以来，“天权”支撑高效电力市场上超过7000个模型节点和超过200万个结算变量的计算。 “求解器被称为工业软件的‘核心’，在能源、金融、物流等领域，需要利用它们来‘获得’最优的运营方案。”华南配电控制中心（以下简称“南方总配”）自动化部技术总监彭超一告诉科技日报记者，“天权”的出现不仅独立支撑了南方区域能源市场的持续运行，计算性能较进口求解器提升了14%，牢牢占据了我国能源安全的领先地位。夯实“基础” 2015年，打破电力“价格”、实现商业化的改革“发令枪”吹响。 “解决者”是解决问题的关键。当时的表现国内求解器比传统国际求解器落后数十倍。国内求解器解决同样的问题需要花费30到40倍的时间，无法满足行业复杂、实时的需求。改革在即，似乎只剩下“买进口货”了。不过，南方电网科技创新部副部长胡玉峰深知其中的风险：“虽然国外的求解器已经非常成熟，但国外公司并没有向我们提供使用的公式、代码如何工作、如何求解模型。无法学习这些运行规则是一个很大的安全风险。”供电安全是不能有丝毫差错的，所以我们只能自己组建研发团队，自己做。 “我们的研究表明，国内很多求解器使用未经优化的开源底层代码，这是导致性能滞后的主要原因。”彭超义.为了获得更好的底层代码，团队与数学、计算机和能源领域相关分支的数十位专家进行了讨论，收集了大量经验，并将这些编程操作的经验和物理原理总结成数学模型，用求解器理解的语言编写。 “调度员多年来积累了一些经验。‘为什么会这样决定？’决策应该划分“天权”刚刚成型，目前还不清楚它是否能赶上进口求解器，但团队依赖于他们为“天权”构建的代码库。随后的事件也表明，底层代码是让“天权”比导入的求解器快14%的关键。 “实现”并通过许多改进最终确定代码只是第一步。你有可能。第一个“测试”过程是直接向研发团队喷冷水。 “第一次用天权算案，也k 超过 20,000 秒。这个结果比进口求解器长了11倍。”这一结果进一步让南方干线自动化部高级经理周华峰倍感压力。面对如此大的差距，团队开始尝试打开进口求解器的“黑匣子”，希望找到提高计算效率的方法。但天权贡献者、杉树科技联合创始人兼CTO王子卓坦言，国外软件公司不仅不提供代码，还封闭了整个操作流程，让团队无法为培育“天权”，南方电网开展专项研究，创新项目组织模式，将其作为首个“开放清单”项目，试图从进口求解器的计算日志中寻找线索。求解器求解的过程非常复杂。计算规模通常为数万亿步。 “‘黑匣子’里可能还有上万步才被记录‘显露’出那条小线，参考价值非常有限。”彭超义说。 “既然找不到可以参考的东西，那我只好自己想办法优化了！”彭超一带队。一方面，“天权”原型机仔细进行了大量的案例计算。分解整个计算过程。我分析了它，寻找原因，并“选择”了“什么是慢？”的答案。一行接一行。在模拟了无数案例后，大家惊讶地发现，天权的计算速度比相同案例的进口求解器快了14%。 “天权”团队依靠韧性，一步步追求效率，最终在“天权”的计算速度上取得了长足的进步，系统也基本成型。大胆地玩一个发挥“主力军”积极作用 对于通用求解器来说，应用领域允许存在一定程度的误差。然而，电力市场则不同。南方通用输电系统技术专家梁彦杰深知，“天权”的可靠性直接关系到电网的安全，涉及大量的执行装置和电力用户，容错裕度几乎为零。为了保证准确性，“天泉”开启了漫长的“晋升”过程。团队提交了大量来自南方电网各级发电厂、变电站的真实数据，打造了“天泉”实习期测试的案例。每个案例都包含数十万个已删除的变量。 “田泉”通过了实习考试，以“备用搭档”的身份来到了前台。当时他的作用是处理实时数据，通过How不断优化各种参数设置然而，令彭超义没想到的是，收到了来自各部门的大量提问：“这次计算的结果和原来的解不一样，为什么？” “为这些设备重复使用电源是否合理？”……这些问题从未难倒团队。 “‘TianqUAN算法的每一步都有道理，每个计算过程都可以清晰地解释给执行单元。’”彭超义解释说，导入的求解器是“黑匣子”，没有流程，只包含执行结果。 “而我们独立开发的求解器可以展示每个问题的底层逻辑。”电力市场永远不会关闭，彭超义和同事们也夜以继日地解答大家的疑问，并做好根据市场实际情况不断优化更新“天权”的准备。最终，“天权”的计算结果得到了兄弟会的一致认可。经过近两年的双轨歌剧与进口求解器合作后，“天权”正式转型为独立运营为主力求解器。支持的交易时间从2天扩大到1个月，费率从“前一日”扩大到“前一日+实时”，费率从传统能源扩大到新能源。经过35个月的准备和12次内部测试，“天权”最终独立支撑南方地区能源市场，实现持续结算。上海交通大学智能计算研究院葛东教授认为，这一成果将解决超大规模能源市场的清算和优化技术难题，达到国际最高水平。习近平总书记强调，能源工作必须自己动手，自主研发、开发应用“天泉”，是科研人员运用“天泉”技术的“核心”技术能力。南方综合研究局局长黄河表示，未来，南方总配不仅将为国家统一能源市场提供有力支撑，还将为油气、航空、制造业等重点行业提供解决方案。