计算快速、精度精准、调控科学的大电网网络分析

随着特高压交直流混联大电网的一体化调控运行和间歇性新能源的大规模接入，对网络分析应用提出了新的要求。

针对新的需求，中国电力科学研究院有限公司电力自动化研究所“大电网网络分析计算能力提升及多级协同计算架构关键技术与应用”项目利用GPU并行、集群多核并行和分布式计算等技术，从网络分析应用新型计算方法、多级调度一体化协同计算方法、计算结果准确性分析与评价和编程辅助工具等方面开展研究，多方面提升其计算能力。

项目执行期间，授权发明专利11项（受理发明专利8项）;发表论文17篇（SCI检索期刊论文2篇）;制定公司企标报批稿1份;研发软件11套，获软件著作权11项，开发原型系统1套。

经中国电机工程学会鉴定，项目整体达到国际先进水平，其中在基于正交增量行变换的动态分区抗差状态估计方法、匹配GPU架构的批量潮流计算并行求解算法方面达到国际领先水平。

由该研究所李强、郎燕生、李静、周赣、林静怀、常乃超、郭子明、赵昆、罗雅迪、张印、陈郑平、温丽丽、谈林涛、贾育培、王淼完成的该项目获国家电网公司科技进步二等奖。

中国电力科学研究院有限公司电力自动化研究所是中国电力行业最早从事电力自动化理论与实践研究的科研单位之一，并于上世纪70年代中期开始网络分析技术研究，自主研发的电力系统网络分析应用，已实现了产品化和成果转化，先后在美国HABTIT系统、CC-2000、CC-2000A和D5000系统开发成功并推广应用，受到用户普遍好评，在国家电网公司省级以上D5000系统网络分析应用的市场中，占据了30多套主备调市场份额，具有显著的市场优势。

此次该项目在传承中创新，提出了基于正交增量行变换的动态分区抗差状态估计方法，实现了可疑数据动态分区估计和方程局部修正求解，提升了算法精度和速度;提出了匹配GPU架构的批量潮流计算并行求解算法，建立了稀疏矩阵存储和线程分配的规则化策略，实现了基于GPU加速的批量稀疏QR分解，提升了静态安全分析并行计算效率。

除此以外，该项目提出了适用于多级调度一体化协同运行的大电网网络分析分布式计算方法，建立了网络分析多级协同服务体系架构，实现多级系统的一体化网络分析计算。提出了基于层次分析法的状态估计计算结果多指标综合评价方法，为电网基础数据质量提升提供技术指导;提出了适用于电网调度集群的并行编程辅助系统架构，实现了编程辅助、内存和性能分析等工具，提高了应用软件并行化开发效率。

项目研究成果已成功应用到国调、华中分中心、四川、福建、冀北、辽宁、湖南等调控中心，长期应用效果表明，本项目研发成果提升了网络分析应用计算速度和精度。

项目基于正交增量行变换的动态分区抗差状态在国分省地各级系统均有应用，有效提升了各系统不良数据检测和辨识能力，提高了状态估计计算速度和精度，降低了基础数据维护工作量，并为其他应用软件提供高质量的实时数据断面。考虑多端柔直的潮流计算软件成功在福建调控系统中应用，实现对浦园、鹭岛柔直换流系统潮流的准确分析计算。集群多核并行静态安全分析在国调和华中分中心示范应用，充分利用了现有调度集群计算资源，提高了静态安全分析计算速度，基于GPU加速的并行静态安全分析在实验室测试结果表明，基于CPU+GPU的异构计算模式，可进一步提升网络分析应用计算速度。

项目基于多级调度一体化协同网络分析分布式计算总体架构，研发了数据交互、作业调度、分布式拓扑分析、计算模型服务、分布式调度员潮流计算等软件，并在实验室搭建多级调度测试环境对项目成果进行仿真测试，测试结果表明，该架构可有效支撑多级调度一体化协同网络分析分布式计算，为网络分析应用分布式计算的实现提供服务支撑。

项目以状态估计遥测、节点功率平衡、支路首末端功率平衡合格率为基础的状态估计计算结果综合评估方法已应用到国调中心的状态估计同业对标考核中，从多角度反映电网模型和量测数据中存在的问题，指导各调控中心基础数据质量的提升。

并行编程辅助工具为项目各应用软件研发提供了有效辅助工具，使项目组在短期内完成多个应用软件的研发，缩短了软件研发周期和人力成本，提高了研发效率。

项目成果有效提高了各级系统网络分析应用计算速度和精度，提升了调度驾驭互联大电网的能力，间接促进了新能源消纳，为2022年冬奥会张北柔直调控系统建设提供了技术储备。

近三年，项目新增销售额约5616万元，减少了各级系统电网基础数据和模型的维护成本，为各公司节支2723.5万元，为冀北电网增加风电消纳2.84亿千瓦时，折算电价约1.4亿元，节约电煤2835万吨，少排放25万吨CO2、32.4万吨SO2、8.9万吨烟尘，减少了污染，经济和社会效益显著。