“性能平均超越美国14%”，中国超大电力系统转向国产求解器“天权”

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【文/观察者网 阮佳琪】
        求解器是一种用于优化计算的数学基础软件，被誉为“工业软件之芯”。全球几乎所有大型电网、金融市场及供应链的运转，要想“求得”最优运行方案，都离不开高端求解器。
        这类软件决定着发电厂的启停时机、电力市场的出清机制，以及数万亿美元资产的配置方式。但它又如同“黑箱”一般，国外软件公司既不提供源代码，甚至会封闭整个运行过程。除研发者外，无人知晓其具体工作逻辑。
        过去30余年，美国凭借这类超先进算法近乎形成垄断地位，成为操控工业文明的“隐形霸主”，得以对全球诸多关键系统施加隐蔽却强大的影响力。
        而如今，中国电网的部分运行终于彻底告别外国软件。据《科技日报》消息，南方区域电力市场已全面切换至国产求解器“天权”。
        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还快14%。这不仅标志着中国全国统一电力市场建设迈出关键一步，更意味着我国将电力保障的主动权牢牢攥在了自己手中。
        香港《南华早报》12月19日解读认为，中国这一技术突破或将重塑全球科技市场格局，从东南亚到拉丁美洲的众多国家或将纷纷效仿，各国得以自主运营电网，摆脱美国的技术主导。

       

  

        “天权”求解器软件界面图 微信公众号“南网50Hz”  

        综合中国新闻网、《中国电力报》等报道，南方区域电力市场是中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、海南五省区。
        这也是全球规模最大的“电力超市”。转为连续结算后，该市场日均交易规模约38亿千瓦时，超过英国、法国、德国三国用电量规模的总和。
        但庞大的交易规模背后，是极为复杂的计算难题：南方五省区纳入调度的2400多台火电、水电、核电、抽蓄、新能源、储能等发电机组，涉及超120万个出清变量、超200万条约束条件……如何在保障电网安全稳定运行的前提下，每隔15分钟就精准计算出购电成本最低情况下的发电机功率、开停时间、成交电价等关键参数？
        “这相当于一个大超市要在一个瞬间，同时精确计算6000个不同地点、120万种商品的价格、库存和配送路线组合，以实现效益最优。”南方电网电力调度控制中心（简称“南网总调”）总经理黄河这样向《中国电力报》类比道。
        而按照清华大学教授、能源经济资深专家夏清的话来说，这么多市场要素一起出清，简直是一个世界性的难题。
        因为这需要从“2的780000次方”种方案中，筛选出唯一一个最优解。求解器正是破解这道难题的关键。
        据中国南方电网的微信公众号“南网50Hz”介绍，此前，南网总调采用的是美国的求解器Gurobi，单次计算平均耗时2111秒。
        而在启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，计算性能平均超越Gurobi 14%，最大领先幅度达38%，同时运算误差降低23%，运算稳定性提升21%。

       

  

        天权、Gurobi三轮计算时间对比 微信公众号“南网50Hz”  

        回望研发来路，“天权”的诞生并非一帆风顺，项目初期的测试结果甚至堪称一场 “灾难”。
        2018年初，南方电网针对求解器“卡脖子”问题提前布局，牵头联合杉数科技、清能互联、南瑞继保、清华大学、华中科技大学等行业龙头与产学研单位创新突围，向研制全国产自主可控的电力求解器发起冲击。
        南方电网科创部副总经理胡玉峰直言，“国外求解器是很成熟，但用什么公式、代码怎么运作、模型如何求解，外国公司都不会提供。不掌握这些运行规则，就是极大的安全隐患。”
        但在第一次试验时，这只平均年龄仅32岁的攻关团队就被一盆冷水浇了个“透心凉”。
        “我们第一次用‘天权’运算一个案例就花了2万多秒，用时是进口求解器的11倍。”这个结果让南方总调自动化处高级经理周华锋倍感压力。
        面对困境，研发团队没有退缩，而是融合前沿数学创新成果与实际工程经验，全力攻克重重难关。
        他们聚焦运算流程中的低效环节，逐行拆解剖析代码并开展系统性优化；同时，研发人员将积累多年的调度运行经验和专业领域知识，深度“注入”求解器算法，实现对底层代码的打磨升级；针对电网运行“容错空间为零”的安全要求，团队还专门研发了定制化算法。
        历经5年超1800个日夜的攻坚克难，“天权”求解器终于在2022年底诞生并投入试运行，开始与进口求解器双轨部署。
        新的考验也接踵而至。不同部门的质疑声不断传来：“这个运算结果和进口求解器不一样，为什么？”“抽调这些机组供电的方案，确定合理吗？”……
        进口求解器只有最终执行结果，没有任何运算过程可追溯；而自主研发的“天权”，每一步算法都有明确依据。基于每一步运算，团队成员不眠不休，随时回应每一个质疑，并根据市场实际运行情况，不断对“天权”进行优化升级。最终，“天权”的计算结果赢得了兄弟部门的一致认可。
        与进口求解器双轨运行近两年后，“天权”正式转为主用求解器独立运行，支撑交易时间由2天扩大到整月，品种由“日前”扩展为“日前+实时”，类型由传统能源扩充至新能源……在长达35个月的筹备和12轮内部测试后，“天权”最终独立支撑起南方区域电力市场实现连续结算。
        今年夏天，我国月度用电量首次突破万亿千瓦时。“天权”就为南方区域电力市场打赢迎峰度夏攻坚战发挥了关键作用。
        在电力负荷陡增时，“天权”以最优调度确保电力“满格”供应，保障了五省电网的稳定运行，未出现一例停电事故或供电瓶颈。
        据《科技日报》、《中国经济导报》等报道，自南方区域电力市场启动连续结算以来，“天权”已支撑该市场超7000个模型节点、超200万项出清变量的高效计算。
        “南网50Hz”还介绍道，迄今，“天权”已服务南方区域电力市场历次结算试运行，完整覆盖枯期、汛期、冬季检修高峰、夏季供应紧张等场景，日均降低总发电成本7000万元，减排二氧化碳1.86万吨，并作为超1642亿度电量、630亿电费的结算依据，支撑了南方区域电力市场首次调电、首次分省结算、首次全域结算、首次整月结算等我国电力市场改革重大里程碑，助力南方区域电力市场成为国内首个且唯一采用全自主可控软件运营的电力市场。
        南方总调自动化处主管彭超逸告诉《科技日报》，“天权”的投入应用，不但独立支撑了南方区域电力市场连续运行，更将我国电力保障主动权牢牢攥在自己手中。
        按照规划，到2025年，全国统一电力市场体系初步建成，到2030年，全国统一电力市场体系基本建成。黄河透露，未来南方总调不仅要为全国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求解器解决方案。
        显然，为国家关键基础行业提供优化决策的核心计算引擎，才是“天权”真正的星辰大海。
        据报道，“天权”求解器目前已在深圳虚拟电厂、武汉新能源研究院、西门子综合园区，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广泛推广，并通过成果转化销售到其他行业，促进相关企业生产效率提升2—10倍，年均创造经济效益260亿元。
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