隨著特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的一體化調(diào)控運(yùn)行和間歇性新能源的大規(guī)模接入，對網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用提出了新的要求。
針對新的需求，中國電力科學(xué)研究院有限公司電力自動化研究所“大電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算能力提升及多級協(xié)同計(jì)算架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目利用GPU并行、集群多核并行和分布式計(jì)算等技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用新型計(jì)算方法、多級調(diào)度一體化協(xié)同計(jì)算方法、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性分析與評價(jià)和編程輔助工具等方面開展研究，多方面提升其計(jì)算能力。
項(xiàng)目執(zhí)行期間，授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)(受理發(fā)明專利8項(xiàng));發(fā)表論文17篇(SCI檢索期刊論文2篇);制定公司企標(biāo)報(bào)批稿1份;研發(fā)軟件11套，獲軟件著作權(quán)11項(xiàng)，開發(fā)原型系統(tǒng)1套。
經(jīng)中國電機(jī)工程學(xué)會鑒定，項(xiàng)目整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在基于正交增量行變換的動態(tài)分區(qū)抗差狀態(tài)估計(jì)方法、匹配GPU架構(gòu)的批量潮流計(jì)算并行求解算法方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
近日，由該研究所李強(qiáng)、郎燕生、李靜、周贛、林靜懷、常乃超、郭子明、趙昆、羅雅迪、張印、陳鄭平、溫麗麗、談林濤、賈育培、王淼完成的該項(xiàng)目獲國家電網(wǎng)公司科技進(jìn)步二等獎。
中國電力科學(xué)研究院有限公司電力自動化研究所是中國電力行業(yè)最早從事電力自動化理論與實(shí)踐研究的科研單位之一，并于上世紀(jì)70年代中期開始網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)研究，自主研發(fā)的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化和成果轉(zhuǎn)化，先后在美國HABTIT系統(tǒng)、CC-2000、CC-2000A和D5000系統(tǒng)開發(fā)成功并推廣應(yīng)用，受到用戶普遍好評，在國家電網(wǎng)公司省級以上D5000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用的市場中，占據(jù)了30多套主備調(diào)市場份額，具有顯著的市場優(yōu)勢。
此次該項(xiàng)目在傳承中創(chuàng)新，提出了基于正交增量行變換的動態(tài)分區(qū)抗差狀態(tài)估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了可疑數(shù)據(jù)動態(tài)分區(qū)估計(jì)和方程局部修正求解，提升了算法精度和速度;提出了匹配GPU架構(gòu)的批量潮流計(jì)算并行求解算法，建立了稀疏矩陣存儲和線程分配的規(guī)則化策略，實(shí)現(xiàn)了基于GPU加速的批量稀疏QR分解，提升了靜態(tài)安全分析并行計(jì)算效率。
除此以外，該項(xiàng)目提出了適用于多級調(diào)度一體化協(xié)同運(yùn)行的大電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析分布式計(jì)算方法，建立了網(wǎng)絡(luò)分析多級協(xié)同服務(wù)體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多級系統(tǒng)的一體化網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算。提出了基于層次分析法的狀態(tài)估計(jì)計(jì)算結(jié)果多指標(biāo)綜合評價(jià)方法，為電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升提供技術(shù)指導(dǎo);提出了適用于電網(wǎng)調(diào)度集群的并行編程輔助系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了編程輔助、內(nèi)存和性能分析等工具，提高了應(yīng)用軟件并行化開發(fā)效率。
項(xiàng)目研究成果已成功應(yīng)用到國調(diào)、華中分中心、四川、福建、冀北、遼寧、湖南等調(diào)控中心，長期應(yīng)用效果表明，本項(xiàng)目研發(fā)成果提升了網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用計(jì)算速度和精度。
項(xiàng)目基于正交增量行變換的動態(tài)分區(qū)抗差狀態(tài)在國分省地各級系統(tǒng)均有應(yīng)用，有效提升了各系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)檢測和辨識能力，提高了狀態(tài)估計(jì)計(jì)算速度和精度，降低了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)工作量，并為其他應(yīng)用軟件提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)斷面。考慮多端柔直的潮流計(jì)算軟件成功在福建調(diào)控系統(tǒng)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對浦園、鷺島柔直換流系統(tǒng)潮流的準(zhǔn)確分析計(jì)算。集群多核并行靜態(tài)安全分析在國調(diào)和華中分中心示范應(yīng)用，充分利用了現(xiàn)有調(diào)度集群計(jì)算資源，提高了靜態(tài)安全分析計(jì)算速度，基于GPU加速的并行靜態(tài)安全分析在實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，基于CPU+GPU的異構(gòu)計(jì)算模式，可進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用計(jì)算速度。
項(xiàng)目基于多級調(diào)度一體化協(xié)同網(wǎng)絡(luò)分析分布式計(jì)算總體架構(gòu)，研發(fā)了數(shù)據(jù)交互、作業(yè)調(diào)度、分布式拓?fù)浞治觥⒂?jì)算模型服務(wù)、分布式調(diào)度員潮流計(jì)算等軟件，并在實(shí)驗(yàn)室搭建多級調(diào)度測試環(huán)境對項(xiàng)目成果進(jìn)行仿真測試，測試結(jié)果表明，該架構(gòu)可有效支撐多級調(diào)度一體化協(xié)同網(wǎng)絡(luò)分析分布式計(jì)算，為網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用分布式計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供服務(wù)支撐。
項(xiàng)目以狀態(tài)估計(jì)遙測、節(jié)點(diǎn)功率平衡、支路首末端功率平衡合格率為基礎(chǔ)的狀態(tài)估計(jì)計(jì)算結(jié)果綜合評估方法已應(yīng)用到國調(diào)中心的狀態(tài)估計(jì)同業(yè)對標(biāo)考核中，從多角度反映電網(wǎng)模型和量測數(shù)據(jù)中存在的問題，指導(dǎo)各調(diào)控中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升。
并行編程輔助工具為項(xiàng)目各應(yīng)用軟件研發(fā)提供了有效輔助工具，使項(xiàng)目組在短期內(nèi)完成多個應(yīng)用軟件的研發(fā)，縮短了軟件研發(fā)周期和人力成本，提高了研發(fā)效率。
項(xiàng)目成果有效提高了各級系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用計(jì)算速度和精度，提升了調(diào)度駕馭互聯(lián)大電網(wǎng)的能力，間接促進(jìn)了新能源消納，為2022年冬奧會張北柔直調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)提供了技術(shù)儲備。
近三年，項(xiàng)目新增銷售額約5616萬元，減少了各級系統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和模型的維護(hù)成本，為各公司節(jié)支2723.5萬元，為冀北電網(wǎng)增加風(fēng)電消納2.84億千瓦時(shí)，折算電價(jià)約1.4億元，節(jié)約電煤2835萬噸，少排放25萬噸CO2、32.4萬噸SO2、8.9萬噸煙塵，減少了污染，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。