歷經(jīng)14年攻關，累積100萬行代碼，仿真1000萬個故障，排除20項電網(wǎng)重大運行風險，提升仿真效率360倍以上，支撐供電負荷超2億千瓦的大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行……日前，在南方電網(wǎng)公司四屆二次職代會暨2024年工作會議上，一支充滿活力的“80后”科研團隊走上了領獎臺。
為了解決困擾南方電網(wǎng)20年的大電網(wǎng)準確仿真難題，團隊從零基礎起步，不斷追蹤最新電網(wǎng)技術發(fā)展，掌握電網(wǎng)仿真分析核心技術，形成具有完全自主知識產(chǎn)權的新型電力系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺DSP，填補了自主化電力工業(yè)軟件的空白，使南方電網(wǎng)躋身少數(shù)具有自主仿真軟件的一流電網(wǎng)公司行列。為此，他們也被南方電網(wǎng)公司黨組記為“集體一等功”。
自主化——實現(xiàn)“仿真自由”
什么是數(shù)字仿真平臺？
“電網(wǎng)就好比城市道路，每條路的通車量是有限的。隨著大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，路上的車越來越多，我們就需要更加聰明的‘大腦’去指揮交通，預防、處理事故，實時調(diào)整每條道路的車流量。”DSP研發(fā)與應用團隊成員趙利剛解釋道，“但電網(wǎng)安全關系到千家萬戶，我們不可能在實際電網(wǎng)上做實驗，只能通過數(shù)字仿真的手段來模擬，這就是DSP軟件所做的工作之一。”
在南方電網(wǎng)公司成立之初，規(guī)劃調(diào)度部門主要依賴外部數(shù)字仿真軟件。然而，南方電網(wǎng)運行著世界上最復雜的交直流混聯(lián)大電網(wǎng)，在電網(wǎng)規(guī)劃及運行中不斷面臨前所未有的理論和工程難題，外部軟件很難及時響應技術發(fā)展并準確模擬實際電網(wǎng)的運行特性，嚴重制約了電網(wǎng)穩(wěn)定運行水平和科技創(chuàng)新速度。
為擺脫仿真技術受制于人的困境，南方電網(wǎng)在2010年組建科研院和總調(diào)的聯(lián)合攻關團隊，開啟了電力工業(yè)軟件的攻關征途。歷時14年，團隊攻克了交直流大電網(wǎng)潮流收斂、直流輸電系統(tǒng)精確建模等難題，成功開發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權的新型電力系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺DSP。
如今，DSP軟件已經(jīng)廣泛應用在電網(wǎng)規(guī)劃運行的方方面面，成為南方電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的“定心丸”。在電網(wǎng)重大運行方式安排中，累計仿真故障超過1000萬個，揭示電網(wǎng)重大運行風險超20項；在電網(wǎng)穩(wěn)定控制中，支撐28套安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)構建，涉及500kV站點超100個，從未發(fā)生誤動或拒動，長期保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行；在目標網(wǎng)架重大工程中，開展大量短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定等電網(wǎng)風險分析，支撐“合理分區(qū)、柔性互聯(lián)”的目標網(wǎng)架規(guī)劃與建設方案。
不僅如此，DSP軟件更是支撐新型電力系統(tǒng)建設的“仿真利器”，有力支撐電網(wǎng)規(guī)劃運行的創(chuàng)新性和前瞻性研究需求，為南方電網(wǎng)技術創(chuàng)新厚植堅實底座。在創(chuàng)新性直流工程中，先后解決了昆柳龍直流、祿高肇直流、藏東南直流等重大創(chuàng)新性直流工程的模型構建、控制優(yōu)化、系統(tǒng)研究等關鍵問題，取得一系列國際領先的創(chuàng)新成果；在異步電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，支撐了世界首創(chuàng)的柔性直流同頻控制功能研發(fā)和驗證，保障異步互聯(lián)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。
同時，DSP軟件也開始走出國門，逐步成為彰顯南方電網(wǎng)國際品牌的技術名片。先后支撐菲律賓MVIP直流、智利KILO直流工程、中老聯(lián)網(wǎng)等海外電力工程的仿真分析，海外用戶數(shù)量與日俱增。DSP軟件作為一張技術名片，生動具體地向國際同行展現(xiàn)南方電網(wǎng)先進技術，為公司開拓國際業(yè)務創(chuàng)造良好條件。
提效率——創(chuàng)造“南網(wǎng)速度”
“沒有別的評價，只有一個詞——真快。”面對云上運行的仿真軟件，DSP研發(fā)與應用團隊成員姚海成評價道。
DSP軟件已經(jīng)成為南方電網(wǎng)規(guī)劃運行人員的必備工具。然而，由于南方電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)模龐大且結構復雜，在處理成百上千個計算任務時，筆記本電腦往往不堪重負，出現(xiàn)卡頓、死機現(xiàn)象，因此，它被調(diào)度人員稱為“吃算力的巨獸”。
南方電網(wǎng)覆蓋五省區(qū)，以機電暫態(tài)仿真任務為例，對一個運行場景開展單一類型故障的仿真分析，全網(wǎng)層面就有300-400個子任務，傳統(tǒng)的單機運行環(huán)境下，各項子任務依次計算，需要等待2-3小時才能“跑”出結果，難以滿足新型電力系統(tǒng)規(guī)劃運行面臨的海量仿真需求。
為此，新型電力系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺DSP研發(fā)與應用團隊開發(fā)了計算分析云平臺，將DSP軟件部署到南方電網(wǎng)調(diào)度云平臺后，分布式并行計算技術把以往2-3小時的計算時間縮短至30-40秒，提速360倍，有效解決了在傳統(tǒng)硬件上電力仿真軟件“跑不動”的問題，為電網(wǎng)安全運行鑄造智慧引擎。
“DSP軟件極大地提高了調(diào)度部門的工作效率，DSP‘上云’后，不僅節(jié)省了很多時間，也讓我們能夠?qū)︻A期的各種運行場景進行充分的遍歷掃描，避免錯誤疏漏，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供了重要保障。”DSP研發(fā)與應用團隊負責人、南方電網(wǎng)公司特級技術專家蘇寅生說，“我們現(xiàn)在有更多時間對異常故障進行更精細的判別分析，制定好保障電網(wǎng)安全的控制措施。”
目前，云上仿真計算已大規(guī)模運用于南方電網(wǎng)年度運行方式計算。傳統(tǒng)由一個團隊一周完成的仿真任務，現(xiàn)在一個員工一天內(nèi)就能完成，創(chuàng)造了貨真價實的“南網(wǎng)速度”。
熬得住——甘做“幕后工作者”
“一個工具從最初開發(fā)到應用于生產(chǎn)運行需要很長的時間。很多人都覺得科研工作神秘而有趣，但實際上忍耐寂寞才是我們工作的真實寫照。”DSP研發(fā)與應用團隊成員王長香說。
就像汽車制造出廠之前必須要反復進行產(chǎn)品質(zhì)量檢測，團隊每開發(fā)一套模型、設計一套算法，都要投入大量時間開展軟件測試與準確性校驗工作。測試工作枯燥乏味，需要反復調(diào)整設備參數(shù)、運行工況，搭建上百個測試算例，確保每一個算例中，計算結果與預期一致，若不一致，就須檢查并調(diào)整模型與算法，從頭來過。
“無數(shù)次調(diào)整模型與算法，測試結果總是不甚理想，有時可能會為了解決一個微小的問題花上幾個月的時間——這種情況對于我們團隊來說簡直就是‘家常便飯’，有時候真的忍不住會自我懷疑，甚至想要放棄。”DSP研發(fā)與應用團隊成員涂思嘉回憶道。
當DSP的功能模塊成功通過“產(chǎn)品質(zhì)量檢測”并順利應用于指導南方電網(wǎng)規(guī)劃運行、直流工程建設的那一刻，整個團隊瞬間沸騰。“用14年做好一件事，值了！”DSP研發(fā)與應用團隊成員周挺輝笑著說。
然而，14年并不是終點。隨著電網(wǎng)技術不斷更新迭代，DSP研發(fā)與應用團隊也需要持續(xù)開發(fā)相應的新模型以適應新場景、新需求。未來，團隊將聚焦推動以“兩化協(xié)同”促“兩型建設”，依托“數(shù)據(jù)+算力+算法”，統(tǒng)籌解決海量主體泛在、多維時空平衡、實時雙向互動、多能協(xié)同互補等難題，持續(xù)打造支撐新型電力系統(tǒng)建設的“仿真利器”。
