国家电网出“高仿”了，非常逼真！

考考大家，下面这副对联里

隐藏了一个什么高级技术？

划重点：超、算、仿、真、云……

答案就是——

位于中国电科院国家电网仿真中心的

国产化大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台

入选“2023年度央企十大国之重器”

中国电科院国家电网仿真中心超算中心

什么是仿真技术？

它如何守护全国电网？

它为何能当选年度国之重器？

对于很多朋友来说

它还稍显陌生

今天，和小新一起走近它

探索它又快又准的奥秘

仿 真

顾名思义，就是把实际的东西用数字或者物理模型来表现，模型的特性和实际系统的一样，通过研究模型发现实际系统的问题。

好比作战的沙盘，实战时必须推演一下才成竹在胸。电力系统仿真也类似，需要在电网规划、建设、运行等阶段推演一番，“摸透”电网特性，验证防控策略。这是保障电网科学规划和安全运行的必备基础手段。

仿真

在很多重要工程中发挥了重要作用

2022年7月1日

±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流工程投运

这是全球首个混合级联特高压直流工程

“全球首个”的成就

离不开无数次精密计算和仿真试验

依靠仿真

全球电压等级最高、规模最大、结构最复杂、

清洁能源发展最快的中国电网

更是多年来

一直保持着最长的安全运行纪录

实现这一成就，并非易事

国家电网科研团队历时十余年

实现了大电网仿真

从毫秒级到微秒级仿真的突破

解决了电力系统高度电力电子化“仿不了”、

复杂控制保护设备“仿不准”、

海量运行工况“仿不快”的

世界级科学难题

今天，和小新一起聆听

他们的攻关“三部曲”

01

告别“仿不了”

电网设计是否有缺陷？

系统到底稳不稳定？

提前开展电网仿真分析

是作出判断的最有效手段

2010年

随着特高压直流输电工程加速建设

原有的仿真方法不太灵了

究其原因

主要是新入网的设备富含各种电力电子器件

以前的机电暂态仿真方法

无法准确模拟这些设备的

快速响应和复杂控制特性

用什么技术替代？

已成功用于局部电网的

电磁暂态仿真技术行不行？

一个个疑问

萦绕在仿真中心科研人员的脑海里

当时

仿真领域专家普遍认为

电磁暂态仿真步长小、

计算效率低、建模复杂

根本无法仿真大规模实际电网

科研人员们 偏“不信邪”

下定决心要攻下这个“山头”

随着时间的推移

研发团队终于突破了

至关重要的50微秒步长实时仿真技术

这意味着系统 要在1秒钟内

对华东电网6000个节点

进行20000次计算

2017年的一个夏夜

仿真中心实验室里灯火通明

几百个CPU内核飞速运转

几万路信号实时交互

当看到故障仿真模型仿真结果

与实际波形几乎重合时

现场爆发出热烈的欢呼声——

这意味着

包含11回直流的华东区域电网

首次实现了精准的电磁暂态实时仿真

大电网被仿出来了！

02

破解“仿不准”

准确的仿真结果离不开精准的模型

在啃下大电网实时仿真这块“硬骨头”后

研发团队发现

仿真结果和电网实际运行情况仍存在较大差异

“仿不准”问题日益凸显

仿真建模涉及直流输电工程、

新能源机组等多个环节

出于技术与商业的考虑

设备厂商将有关设备参数视为“独门绝技”

不愿意提供设备相关参数和控制逻辑

受限于此

研发团队只能“盲人摸象”式

参照经典控制理论进行建模

这也是“仿不准”的根本原因

而且，情况还在变得越来越复杂

由于电网工程涉及的设备厂家数量繁多

随着新的电网工程建设

仿真结果的准确性更加难以保证

面对这一难以跨越的鸿沟

研发人员苦思解决方案

拿到数据的可能性微乎其微

那么，可不可以像安卓开放系统一样

让厂家自己封装数据建好模型

平台只需开放接口

将其像App一样安装进来？

随着这一大胆设想的提出

在国家电力调度控制中心的统筹下

大家很快达成了共识

研发团队在仿真平台设置开放化接口

让厂家给自己的设备建模

实现模型和设备1∶1克隆后

再“安装”到仿真平台上来

这样一来

既保护了厂家的知识产权

又实现了对控制逻辑的精确仿真

在南瑞、许继等

众多直流、新能源设备厂商的全力支持下

历时3年多

仿真中心终于建成了

电磁暂态仿真平台的模型库

解决了复杂控制保护设备“仿不准”这一难题

03

实现“仿得快”

“仿不准”解决了

“仿不快”又成为新问题

以往采用单机串行模式

就能满足仿真计算要求

现在随着计算量指数级增长

这种模式提供的算力捉襟见肘

必须提高工作效率！

研究人员提出了

建设我国电力系统首个超算中心的设想

彼时

国内虽有成熟的商用超算中心案例

但电力系统尚无专用的超算中心

从硬件架构设计到软件系统开发都无经验可循

4家国内主流厂商、10多个解决方案

研究团队反复比较、来回测试

没有直接可用的方案

大家就集思广益

与供应商一起进行二次开发

持续改进、不断完善

逐一满足大电网高效仿真的特殊需求

测评对比、计算验证、系统联调……

解决方案终于确定下来

硬件有了

但其性能的挖掘还得靠软件

在方案选型伊始

研发团队就潜心打造基于超算的仿真云计算架构

充分挖掘数万个CPU核的计算潜力

“软硬兼施”

成功搭建出仿真平台专用超算中心

如今

仿真平台已在国家电网得到全面应用

随着电力系统

不断向高比例可再生能源、

高比例电力电子设备的发展方向演变

其系统的复杂程度、

对控制响应速度的要求都在快速上升

“中国的电力，我们的事业”

中国电科院展厅内墙上的10字宣言

早已刻入了每一位科研人的基因

国之所需，我之所向

期待电网人为提高国家能源安全

和保障能力作出更大贡献！

责任编辑丨李虹萦

执行主编丨刘海草 张灏然

内容来源 | 科技日报 电网头条