超尘逐电皆可仿,算沙抟空求朴真。
云济九州。
您看出这副对联的玄机了么?
超算,仿真,云。
这副对联挂在国家电网仿真中心数字混合仿真研究室的门口。可谓电网仿真人的“极致浪漫”!
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。
“白鹤亮翅, 7毫秒闪送2080公里”。
2022年7月1日,±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流工程投运,我国“西电东送”再添一条大动脉,每年可输送绿电超300亿千瓦时。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。
数字混合仿真研究室主任张星介绍:“白鹤滩—江苏特高压直流受端采用混合级联多端结构,控制方式灵活,运行特性复杂,与已经投运的特高压直流工程差别很大,对该直流进行精确、高效的建模仿真是新的巨大挑战。”
白鹤滩—江苏特高压直流受端的虞城换流站是世界首座采用常规直流和柔性直流混合级联接线的换流站。
2018年,在工程规划设计阶段,仿真中心团队就构建了该直流接入华东电网的系统级电磁暂态仿真模型,开展了直流故障穿越特性校核和可控避雷器容量评估,支撑工程初设阶段方案研究。
中国电科院科研人员开展超算中心和云仿真运行状态监测。
“我们从2022年3月份开始,反复对白江直流投运后的运行特性和稳定风险进行分析,迭代校验直流控保策略。”张星介绍说,工程投运前后,仿真中心团队又对该直流可能运行的上百种方式、近五百种故障组合开展仿真分析,发现系统隐患,进而开展直流控制保护策略优化和验证工作,校核不同运行方式下的直流输电能力,从而支撑了实际电网运行。
同样是将清洁电能从四川送至江苏,相较10年前投运的锦屏—苏州特高压直流,白鹤滩—江苏特高压直流接入华东电网时面临的电网情况已大不同。白江直流工程投运时,华东电网共有12回直流线路通过交流电网交互耦合,稳定特性极其复杂。
“如果说以前我们做电网运行方式的仿真分析,是在四车道上自由行驶,那么,现在就像是在羊肠小道上行车,一不小心就掉沟里了。”张星打比方说,当前的电网安全裕度对建模及仿真精细度的要求越来越高,计算量也随之急剧增加。
白鹤滩—江苏特高压直流对精确高效仿真计算量的量级提升,并非个例。近年来,随着能源转型发展,电力系统仿真呈现出新特点——
√ 仿真规模越来越大
随着互联电网规模越来越大,跨省跨区电网联系越来越紧密,即使只研究单个省级电网的安全特性,往往也需要把全国电网模型都纳入仿真分析中。
√ 算法和模型的精细度越来越高
随着新型电力系统建设,直流、新能源等复杂电力电子设备大规模接入电网,意味着以前用放大镜就能研究清楚系统特性,现在得用显微镜才可以,建模仿真的时间尺度从毫秒级发展至微秒级,计算复杂度增加数千倍。
海量计算如何成为可能?
答案是:超算平台。
这也是世界唯一一个专用于电力系统的超算平台。
从单机版计算进阶为平台数万个CPU核并行计算,对电力系统仿真意味着什么?用数据说话——
通俗来说,以前3000多小时才能做完的作业,现在1小时搞定。而且多项作业可以同时进行,再也不用“人等机器”了!
如今,国家电网仿真中心超算平台的规模让“仿得快”成为可能 ↓
依托超算平台强大的计算能力,大电网仿真分析可以算得更深、算得更广,大幅提升对新形势下电力系统安全稳定特性的认知水平。
“2020年以来,随着新型电力系统建设推进,大规模新能源接入电网后的仿真分析成为工作重点。针对青豫直流、张北柔直电网等新能源送出工程,我们对送端上百个新能源场站都做了非常精细的建模,去研究它们经直流送出可能存在的安全稳定风险。”张星介绍道,“如果没有超算平台提供的算力,这些精细的仿真分析是做不到的。”
“云”让仿真中心的超算能力MAX。
如今,国、网、省三级调度共34家单位的工作人员,无论在北京西单办公区,还是远在几千里之外的乌鲁木齐,动动手指就可以提交计算任务,远程享受超算一流速度,开展机电暂态、机电—电磁混合、全电磁暂态仿真分析,大幅提升了电网调度运行专业的仿真计算能力。
不止于此,越来越多的人和网可以“云”享超算资源。
国网山东电力工作人员“云”使用超算平台。
云仿真平台的服务范围在扩大,服务对象也在下沉——
2020年,国网山东电力建设了省级仿真平台,17个地市供电公司可远程共享仿真中心的超算资源,各地调可根据实际需求自行提交仿真任务开展计算,仿真分析速度较以往离线方式提高约100倍。
依托超算强大算力,山东电网将全电磁暂态建模范围由110千伏及以上电网扩展至10千伏及以上电网。
新技术赋能仿真的神奇力量,我们在超算、云上得以窥见。
当下,ChatGPT爆火,再次引发了大家对人工智能等新技术的广泛关注。
当仿真遇到AI、数字孪生、元宇宙……会擦出怎样的火花?
我们来听听仿真中心专家的思考吧↓
1.当前在仿真数据准备、仿真结果分析等环节还需要大量人工干预,这里是人工智能技术可行的“爆破点”,也是下一步仿真的主要目标。
2.数字孪生、元宇宙的技术与电力系统仿真融合,能够加强与实际电网的交互感知和反馈控制,提升大电网仿真分析的技术能力和创新水平。
最后
头条君偷偷地说,咱也试过用ChatGPT来完成此次写作任务。不得不说,ChatGPT是有两把刷子,但咱中国语言博大精深还真不是一时半会儿就能知其深意的。
电力系统是迄今为止最复杂的人造系统之一,需要新技术不断赋能仿真,去更深入地“抱朴求真”,解其本质与机理。
实现 “破壁”,
或许道阻且长;
坚持创新,
必然未来可期!