造就超大規(guī)模電力系統(tǒng)“超級大腦”
來源：科技日報 時間：2025-12-11 10:51
——“天權(quán)”求解器研發(fā)紀(jì)實
今夏，我國月度用電量首次突破萬億千瓦時。作為全球集中統(tǒng)一出清規(guī)模最大的電力市場，中國南方區(qū)域電力市場剛剛打贏這場迎峰度夏攻堅戰(zhàn)，在電力負(fù)荷陡增時，以最優(yōu)調(diào)度確保電力“滿格”供應(yīng)。
這背后，離不開我國自主研發(fā)的“智慧大腦”——“天權(quán)”求解器（以下簡稱“天權(quán)”）。自南方區(qū)域電力市場啟動連續(xù)結(jié)算以來，“天權(quán)”支撐了該市場超7000個模型節(jié)點、超200萬項出清變量的高效計算。
“求解器被稱為‘工業(yè)軟件之芯’。在能源、金融、物流等領(lǐng)域，要想‘求得’最優(yōu)運行方案，就需要用到它?！奔夹g(shù)負(fù)責(zé)人、中國南方電力調(diào)度控制中心（以下簡稱“南方總調(diào)”）自動化處主管彭超逸告訴科技日報記者，“天權(quán)”問世，不但獨立支撐了南方區(qū)域電力市場連續(xù)運行，而且實現(xiàn)了計算性能比進口求解器快14%的躍升，將我國電力保障主動權(quán)牢牢攥在自己手中。
夯實“底座”
2015年，打破電力“定價”、實現(xiàn)市場化的改革“發(fā)令槍”響起，南方區(qū)域的電力市場成為首批參與變革的主力。從以政府定價為主，到基于用電成本、環(huán)保支出等因素，找到電力市場定價最合理、調(diào)度最優(yōu)的方案，“求解器”成為解題的關(guān)鍵。
彼時，國產(chǎn)求解器性能一度落后于國際主流求解器數(shù)十倍。求解同一問題，國產(chǎn)求解器要多花三四十倍時間，根本無法滿足工業(yè)界實時、復(fù)雜的需求。
改革在即，似乎只剩“買進口”一條路。但南方電網(wǎng)科創(chuàng)部副總經(jīng)理胡玉峰深知其中風(fēng)險：“國外求解器是很成熟，但用什么公式、代碼怎么運作、模型如何求解，外國公司都不會提供。不掌握這些運行規(guī)則，就是極大的安全隱患?！?/p>
電力保障容不得半分差錯，只能組建研發(fā)團隊，自己干！“我們在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多國產(chǎn)求解器用的都是沒有優(yōu)化的開源底層代碼，這也正是性能落后的最大原因?！迸沓萁榻B。
為了得到更優(yōu)的底層代碼，團隊先后與數(shù)十家來自數(shù)學(xué)、計算機、電力領(lǐng)域的相關(guān)單位專家開展座談，集納海量經(jīng)驗，再將這些調(diào)度運行經(jīng)驗和物理規(guī)律抽象成數(shù)學(xué)模型，用求解器能聽得懂的語言描述出來。
“有些經(jīng)驗是調(diào)度員經(jīng)年積累的，‘為什么這樣決定’，需要把決策分拆成不同模型，但又不能太復(fù)雜。”在彭超逸看來，甄選平衡點、提升“同聲傳譯”精準(zhǔn)度是最難的環(huán)節(jié)。
在“啃透”經(jīng)驗、反復(fù)溝通打磨的基礎(chǔ)上，“天權(quán)”首次實現(xiàn)將電力系統(tǒng)專業(yè)知識融入求解計算過程中。胡玉峰回憶，盡管那時的“天權(quán)”只是初具雛形，能不能追上進口求解器還是未知數(shù)，但團隊對他們?yōu)椤疤鞕?quán)”奠定的代碼底座充滿信心。后來的事實也證明，底層代碼正是讓“天權(quán)”比進口求解器快14%的關(guān)鍵所在。
百煉“成型”
搞定代碼只是第一步。“天權(quán)”要想在電力市場中大顯身手，還需要盡早進入“試煉場”。而第一次“試煉”過程，直接給研發(fā)團隊潑了一盆冷水。
“我們第一次用‘天權(quán)’運算一個案例就花了2萬多秒，用時是進口求解器的11倍?！边@個結(jié)果讓南方總調(diào)自動化處高級經(jīng)理周華鋒倍感壓力。
面對如此巨大的差距，團隊開始嘗試打開進口求解器的“黑盒”，期望由此找到提高運算效率的辦法。但“天權(quán)”聯(lián)合研發(fā)方、杉數(shù)科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官王子卓直言，國外的軟件公司不僅不提供代碼，甚至封閉整個運行過程，團隊根本無從入手。
為了讓“天權(quán)”長成，南方電網(wǎng)啟動專項研究并創(chuàng)新項目組織模式將其作為首個“揭榜掛帥”項目。
立項成為團隊探索、試錯的堅強后盾。最初，團隊把希望寄托于相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)。周華鋒告訴記者，為了尋找優(yōu)化方案，團隊翻閱了數(shù)萬頁論文、資料，但能找到的方法往往只能實現(xiàn)小規(guī)模優(yōu)化，對于工業(yè)級應(yīng)用，效果微乎其微。
大家還試過從進口求解器的計算日志上探尋線索。然而，南方區(qū)域電力市場是目前世界上集中統(tǒng)一出清規(guī)模最大的高階先進電力市場形態(tài)，求解器運行的求解過程異常復(fù)雜，可選方案數(shù)的位數(shù)超21萬位，相當(dāng)于在2的78萬次方里挑“1”，計算規(guī)模動輒萬億步。
與此相對的是，“露出”的計算日志少得可憐?！翱赡堋诤小镆呀?jīng)跑了幾千幾萬步了，日志才‘露出’一小行，參考價值非常有限。”彭超逸說。
“既然找不到參考，我們必須靠自己，摸出優(yōu)化方法來！”彭超逸帶著團隊，一邊，讓“天權(quán)”原型進行大量案例計算，再細(xì)致地對整個計算過程進行拆解分析，針對“哪里慢”“為什么慢”逐行代碼找原因、“摳”答案，一點一點拼“碎片”；另一邊，團隊每個人將積累的調(diào)度運行經(jīng)驗和特定領(lǐng)域知識“注入”至求解器算法中，讓底層代碼得到深度優(yōu)化。
無數(shù)次的案例模擬，直到又一次模擬結(jié)束后，大家驚奇地發(fā)現(xiàn)，針對同一案例，“天權(quán)”的計算速度竟然比進口求解器還快14%！“天權(quán)”團隊?wèi){著一股韌性，一步一挪追效率，終于讓“天權(quán)”的計算速度實現(xiàn)重大突破，系統(tǒng)基本成型。
勇?lián)爸髁Α?/strong>
對于通用求解器而言，其應(yīng)用的領(lǐng)域或多或少都允許一定的容錯空間。但電力市場不一樣，南方總調(diào)技術(shù)專家梁彥杰深知，“天權(quán)”的可靠性直接關(guān)系著電網(wǎng)安全，事關(guān)大量執(zhí)行單位、用電單位，容錯空間幾乎為零。
為了確保準(zhǔn)確，“天權(quán)”開啟了漫長的“晉級”過程。團隊從南方電網(wǎng)各級網(wǎng)絡(luò)，調(diào)度大量電廠、變電站真實數(shù)據(jù)形成案例，用于“天權(quán)”實習(xí)期測試，每一個案例中都包含數(shù)十萬個出清變量。
通過實習(xí)考察后，“天權(quán)”走上一線“陪練”。那時，它的作用僅是處理實時數(shù)據(jù)，通過實戰(zhàn)不斷優(yōu)化各項參數(shù)設(shè)置，其計算結(jié)果還未被使用。隨著時間的推移，“天權(quán)”的處理效率與進口求解器不相上下，處理結(jié)果也持續(xù)優(yōu)化。
2022年，“天權(quán)”憑借優(yōu)異成績單，開始與進口求解器雙軌部署。但令彭超逸沒想到的是，不同部門反饋的各類問題接踵而至：“這個運算結(jié)果和原來求解的結(jié)果不一樣，為什么？”“抽調(diào)這些機組供電確定合理嗎？”……
五花八門的問題沒有難住團隊?！啊鞕?quán)’的每步算法都有依據(jù)，我們能給執(zhí)行單位講清楚每個運算過程?！迸沓萁忉?，進口求解器是“黑盒”，沒有過程，只有執(zhí)行結(jié)果，“而我們自己研發(fā)的求解器，可以針對每個問題展示底層邏輯?！?/p>
電力市場從不打烊，彭超逸和同事們也跟著不眠不休，隨時準(zhǔn)備回應(yīng)每個質(zhì)疑，并根據(jù)市場實戰(zhàn)情況，不斷給“天權(quán)”優(yōu)化升級。終于，“天權(quán)”的計算結(jié)果得到兄弟部門的一致認(rèn)可。
與進口求解器雙軌運行近兩年后，“天權(quán)”正式轉(zhuǎn)為主用求解器獨立運行，支撐交易時間由2天擴大到整月，品種由“日前”擴展為“日前+實時”，類型由傳統(tǒng)能源擴充至新能源……在長達(dá)35個月的籌備和12輪內(nèi)部測試后，“天權(quán)”最終獨立支撐起南方區(qū)域電力市場實現(xiàn)連續(xù)結(jié)算。
上海交通大學(xué)智能計算研究院教授葛冬冬認(rèn)為，該成果解決了超大規(guī)模電力市場出清優(yōu)化的技術(shù)挑戰(zhàn)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
“習(xí)近平總書記強調(diào)，能源的飯碗必須端在自己手里?！鞕?quán)’的自主研發(fā)和落地應(yīng)用，正是科研工作者用智慧為能源安全貢獻(xiàn)的‘硬核’技術(shù)力量?！蹦戏娇傉{(diào)總經(jīng)理黃河說。未來，南方總調(diào)不僅要為全國統(tǒng)一電力市場提供硬核支撐，還將為油氣、航空、制造等重點行業(yè)提供求解器解決方案。（張佳星）
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