比美国算法快14%！中国特大型电力系统有“解决

►观察者网文章 阮嘉琪的求解器是用于优化计算的数学基础软件，被誉为“工业软件的核心”。全球几乎所有大型电网、金融市场和供应链的运行都需要高端求解器“找到”最优运行方案。此类软件决定发电厂何时启动和停止、电力市场如何出清以及如何分配数万亿美元的资产。但它就像一个“黑匣子”。国外软件公司不提供源代码，甚至关闭了整个操作流程。除了开发人员之外，没有人知道其工作的具体逻辑。近30年来，美国依靠超先进的算法建立了近乎垄断的地位，成为控制工业文明的“隐形霸主”，能够对全球许多关键系统施加秘密但强大的影响。今天C的部分操作中国电网已全面通报国外软件。据科技日报报道，南方区域电力市场已全面改用国产求解器“天泉”。据介绍，这款由中国工程师自主研发的产品，计算速度比美国同类求解器快14%。这不仅标志着我国全国统一电力市场建设迈出重要一步，也意味着我国将电力安全主动权牢牢掌握在自己手中。香港《南华早报》12月19日解读称，中国的技术突破可能主导全球科技市场的格局。从东南亚到拉丁美洲的许多国家都可以效仿，允许各国运营自己的电网并消除美国的技术主导地位。 “天泉”求解器软件界面图微信公众号“南方网综合中国新闻网、《中国电力报》等报道，南方区域电力市场是我国首个连续运行的区域电力市场，交易范围覆盖广东、广西、云南、贵州、海南五省，也是全球最大的“电力超市”。转连续结算后，市场日均交易量约38亿千瓦时，超过英国、法国、英国等国用电量之和。但大规模交易的背后却是一个非常复杂的计算问题：2400多台火电、水电、核电、抽水蓄能、新能源、储能等发电机组发往南方五省，涉及超过120万个清算变量和超过200万个约束条件……如何准确计算时间参数、交易的启动、另外5分钟压制主要时间参数，交易发起5分钟。最低购电成本下电网安全稳定运行？ “这相当于一个大型超市必须在瞬间准确计算出6000个不同地点的120万种商品的价格、库存和配送路线组合，才能实现最优效益。”南方电网电力调度控制中心（简称“南方电网总调度”）总经理黄河对《中国电力报》进行了类比。清华大学教授、能源经济学资深专家夏庆表示，将如此多的市场因素集中起来，是一个全球性的问题。因为它需要从“2的78万次方”解中筛选出唯一的最优解。求解器是解决这个问题的关键。据南方电网官方微信报道公众号“南方网50Hz”此前介绍，南方网整体配置采用美国Gurobi求解器，单次计算平均耗时2111秒。使用南方电网自主研发的电力求解器“天权”后，平均计算时间缩短至1827秒，计算性能平均超过Gurobi 14%，最高领先38%，同时计算误差降低23%，计算稳定性提高21%。天权与Gurobi微信公众号“南王50Hz”三周期计算时间对比 回顾发展历史，“天权”的诞生并非一帆风顺，项目初期的测试结果甚至被称为“灾难”。 2018年初，南方电网早早谋划解决求解器“卡脖子”问题。率先与行业龙头强强联手山数科技、青能互联网、南瑞继电保护、清华大学、华中科技大学等产学研单位联合创新成功，研制出国产可控电力解算器。南方电网科技创新部副总经理胡玉峰直言，“国外的求解器非常成熟，但国外公司不会向他们提供使用的公式、代码如何工作、模型如何解决问题。不掌握这些操作规则是一个很大的安全隐患。”然而，在第一次测试中，这个平均年龄只有32岁的研究团队却浇了冷水。 “我们第一次使用天权计算一个案例，花了2万多秒，比进口求解器长了11倍。”这个结果让南干线自动化部高级经理周华峰压力更大。在但面对困难，研发团队并没有退缩，而是结合前沿数学创新成果和实际工程经验，攻克了重重困难。他们针对计算过程中的低效环节，逐行拆解分析代码，进行系统优化；同时，研发人员将积累多年的航运运营经验和专业领域知识，深度“注入”求解器算法，对底层代码进行细化和升级；针对电网运行“零容错”的安全要求，团队还专门开发了定制算法。经过五年时间、1800多个日日夜夜的攻坚克难，“天权”求解器终于诞生，并于2022年底投入试运行，并开始与进口求解器双轨部署。新的试验也随之而来。各部门的疑问不断传来：“这个计算化结果与导入的求解器不同。为什么？”“更换这些机组电源的计划有意义吗？”……进口的求解器只有最终的执行结果，没有计算过程可追溯；而自主研发的“天权”，算法的每一步都有明确的依据。基于每一步的计算，团队成员马不停蹄地工作，随时回应每一个问题，并根据市场实际运行情况不断优化升级“天权”。最终， “天泉”获得兄弟部门的一致认可，与进口解算器双轨运行近两年后，“天泉”正式转为独立运营为主解算器，支持交易时间从2天扩大到一个月，品种从“提前日”扩大到“提前日+实时”，品种从传统能源拓展到新能源。……经过35个月的准备和12轮的内部测试，“天权”终于独立支撑了南方区域电力市场的持续调整。今年夏天，我国月度用电量首次突破万亿千瓦时。 “天泉”为打赢南方区域电力市场迎峰度夏攻坚战发挥了重要作用。在电力负荷大幅增加的情况下，“天全”通过优化输电，确保“足量”供电，确保五省电网稳定运行，没有出现一次停电、供电瓶颈。南方区域电力市场已全面切换至国产解算器“天泉”。资料图 据科技日报、中国经济导报等报道，自南方区域电力市场开始持续结算以来，“天权”支撑了电力高效测算。超过7000个模型节点和超过200万个市场出清变量。 “南方电网50Hz”还介绍，截至目前，“天泉”已服务南方区域电力市场各项结算试点，全面覆盖枯水期、汛期、冬季检修高峰、夏季供电紧张等场景，平均每天降低发电总成本7000万元，减少二氧化碳排放，并支持6个1642年1亿千瓦时电量和630亿电费的双倍支撑首次电量调拨、首次省级结算、首次全球结算、南方区域电力市场首次全月结算等我国电力市场改革的主要里程碑。这使得南方区域电力市场成为中国第一个也是唯一一个采用完全自主可控软件的电力市场。彭超义 导演南方输电总线自动化事业部告诉科技日报，“天权”的应用不仅自主支撑了南方区域电力市场的持续运行，也将我国电力安全的主动权牢牢掌握在自己手中。按照规划，2025年，全国统一电力市场体系率先建成，2030年，全国统一电力市场体系基本建成。黄河宣布，未来南方通用配电不仅将为国家统一电力市场提供硬核支撑，还将为油气、航空、制造等重点行业提供解决方案。显然，为国家各大产业提供优化决策的核心计算引擎才是“天权”真正的明星。据介绍，“天泉”求解器已在更多领域广泛推广深圳虚拟电厂、武汉新能源研究院、西门子集成园、新加坡综合能源公司、香港大学等10余家国内外产学研单位。成果还通过包装或销售到其他行业，带动相关企业生产效率提高2-10倍，年均创造经济效益260亿元。