比美國算法快14%！中國超大電力系統有“解”了

【文/觀察者網 阮佳琪】

求解器是一種用于優化計算的數學基礎軟件，被譽為“工業軟件之芯”。全球幾乎所有大型電網、金融市場及供應鏈的運轉，要想“求得”最優運行方案，都離不開高端求解器。

這類軟件決定著發電廠的啟停時機、電力市場的出清機制，以及數萬億美元資產的配置方式。但它又如同“黑箱”一般，國外軟件公司既不提供源代碼，甚至會封閉整個運行過程。除研發者外，無人知曉其具體工作邏輯。

過去30余年，美國憑借這類超先進算法近乎形成壟斷地位，成為操控工業文明的“隱形霸主”，得以對全球諸多關鍵系統施加隱蔽卻強大的影響力。

而如今，中國電網的部分運行終于徹底告別外國軟件。據《科技日報》消息，南方區域電力市場已全面切換至國產求解器“天權”。

據介紹，這款由中國工程師自主研發的產品，計算速度比美國同類求解器還快14%。這不僅標志著中國全國統一電力市場建設邁出關鍵一步，更意味著我國將電力保障的主動權牢牢攥在了自己手中。

香港《南華早報》12月19日解讀認為，中國這一技術突破或將重塑全球科技市場格局，從東南亞到拉丁美洲的眾多國家或將紛紛效仿，各國得以自主運營電網，擺脫美國的技術主導。

“天權”求解器軟件界面圖 微信公眾號“南網50Hz”

綜合中國新聞網、《中國電力報》等報道，南方區域電力市場是中國首個連續運行的區域電力市場，交易范圍覆蓋廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區。

這也是全球規模最大的“電力超市”。轉為連續結算后，該市場日均交易規模約38億千瓦時，超過英國、法國、德國三國用電量規模的總和。

但龐大的交易規模背后，是極為復雜的計算難題：南方五省區納入調度的2400多臺火電、水電、核電、抽蓄、新能源、儲能等發電機組，涉及超120萬個出清變量、超200萬條約束條件……如何在保障電網安全穩定運行的前提下，每隔15分鐘就精準計算出購電成本最低情況下的發電機功率、開停時間、成交電價等關鍵參數？

“這相當于一個大超市要在一個瞬間，同時精確計算6000個不同地點、120萬種商品的價格、庫存和配送路線組合，以實現效益最優?！蹦戏诫娋W電力調度控制中心（簡稱“南網總調”）總經理黃河這樣向《中國電力報》類比道。

而按照清華大學教授、能源經濟資深專家夏清的話來說，這么多市場要素一起出清，簡直是一個世界性的難題。

因為這需要從“2的780000次方”種方案中，篩選出唯一一個最優解。求解器正是破解這道難題的關鍵。

據中國南方電網的微信公眾號“南網50Hz”介紹，此前，南網總調采用的是美國的求解器Gurobi，單次計算平均耗時2111秒。

而在啟用南方電網自主研發的電力求解器“天權”后，平均計算時間縮短至1827秒，計算性能平均超越Gurobi 14%，最大領先幅度達38%，同時運算誤差降低23%，運算穩定性提升21%。

天權、Gurobi三輪計算時間對比 微信公眾號“南網50Hz”

回望研發來路，“天權”的誕生并非一帆風順，項目初期的測試結果甚至堪稱一場 “災難”。

2018年初，南方電網針對求解器“卡脖子”問題提前布局，牽頭聯合杉數科技、清能互聯、南瑞繼保、清華大學、華中科技大學等行業龍頭與產學研單位創新突圍，向研制全國產自主可控的電力求解器發起沖擊。

南方電網科創部副總經理胡玉峰直言，“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。不掌握這些運行規則，就是極大的安全隱患?！?/p>

但在第一次試驗時，這只平均年齡僅32歲的攻關團隊就被一盆冷水澆了個“透心涼”。

“我們第一次用‘天權’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@個結果讓南方總調自動化處高級經理周華鋒倍感壓力。

面對困境，研發團隊沒有退縮，而是融合前沿數學創新成果與實際工程經驗，全力攻克重重難關。

他們聚焦運算流程中的低效環節，逐行拆解剖析代碼并開展系統性優化；同時，研發人員將積累多年的調度運行經驗和專業領域知識，深度“注入”求解器算法，實現對底層代碼的打磨升級；針對電網運行“容錯空間為零”的安全要求，團隊還專門研發了定制化算法。

歷經5年超1800個日夜的攻堅克難，“天權”求解器終于在2022年底誕生并投入試運行，開始與進口求解器雙軌部署。

新的考驗也接踵而至。不同部門的質疑聲不斷傳來：“這個運算結果和進口求解器不一樣，為什么？”“抽調這些機組供電的方案，確定合理嗎？”……

進口求解器只有最終執行結果，沒有任何運算過程可追溯；而自主研發的“天權”，每一步算法都有明確依據。基于每一步運算，團隊成員不眠不休，隨時回應每一個質疑，并根據市場實際運行情況，不斷對“天權”進行優化升級。最終，“天權”的計算結果贏得了兄弟部門的一致認可。

與進口求解器雙軌運行近兩年后，“天權”正式轉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”，類型由傳統能源擴充至新能源……在長達35個月的籌備和12輪內部測試后，“天權”最終獨立支撐起南方區域電力市場實現連續結算。

今年夏天，我國月度用電量首次突破萬億千瓦時。“天權”就為南方區域電力市場打贏迎峰度夏攻堅戰發揮了關鍵作用。

在電力負荷陡增時，“天權”以最優調度確保電力“滿格”供應，保障了五省電網的穩定運行，未出現一例停電事故或供電瓶頸。

據《科技日報》、《中國經濟導報》等報道，自南方區域電力市場啟動連續結算以來，“天權”已支撐該市場超7000個模型節點、超200萬項出清變量的高效計算。

“南網50Hz”還介紹道，迄今，“天權”已服務南方區域電力市場歷次結算試運行，完整覆蓋枯期、汛期、冬季檢修高峰、夏季供應緊張等場景，日均降低總發電成本7000萬元，減排二氧化碳1.86萬噸，并作為超1642億度電量、630億電費的結算依據，支撐了南方區域電力市場首次調電、首次分省結算、首次全域結算、首次整月結算等我國電力市場改革重大里程碑，助力南方區域電力市場成為國內首個且唯一采用全自主可控軟件運營的電力市場。

南方總調自動化處主管彭超逸告訴《科技日報》，“天權”的投入應用，不但獨立支撐了南方區域電力市場連續運行，更將我國電力保障主動權牢牢攥在自己手中。

按照規劃，到2025年，全國統一電力市場體系初步建成，到2030年，全國統一電力市場體系基本建成。黃河透露，未來南方總調不僅要為全國統一電力市場提供硬核支撐，還將為油氣、航空、制造等重點行業提供求解器解決方案。

顯然，為國家關鍵基礎行業提供優化決策的核心計算引擎，才是“天權”真正的星辰大海。

據報道，“天權”求解器目前已在深圳虛擬電廠、武漢新能源研究院、西門子綜合園區，新加坡綜合能源公司、香港大學等10余家國內外產學研單位廣泛推廣，并通過成果轉化銷售到其他行業，促進相關企業生產效率提升2—10倍，年均創造經濟效益260億元。

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