1月1日，國務(wù)院國資委新聞中心發(fā)布“2024年度央企十大國之重器”，南方電網(wǎng)公司“大瓦特·馭電”智能仿真大模型成功入選。
“大瓦特·馭電”智能仿真大模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大瓦特·馭電”)是全球首款電力系統智能仿真專(zhuān)業(yè)大模型，依托南網(wǎng)科研院承擔的南方電網(wǎng)公司首個(gè)國家自然科學(xué)企業(yè)聯(lián)合基金集成項目，于2024年4月研發(fā)成功。它利用基于物理約束神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的人工智能技術(shù)，能夠依據新能源發(fā)電狀況，快速精準分析電網(wǎng)安全邊界，動(dòng)態(tài)優(yōu)化電網(wǎng)運行方式，有效解決新能源變化無(wú)常、難以計劃帶來(lái)的難題，最大限度提高新能源的利用率，為電力系統規劃與運行方案制定提供了全新的工具。
擁抱人工智能浪潮，從0到1，“大瓦特·馭電”的研發(fā)故事，要從兩年前開(kāi)始說(shuō)起……
組織者：回答時(shí)代命題
在“雙碳”背景下，新能源發(fā)電正迅速成為我國能源結構轉型的重要力量。近年來(lái)，我國風(fēng)電、光伏等新能源保持高速發(fā)展趨勢。新能源已經(jīng)成為南方電網(wǎng)第一大電源，南方五省區新能源單日最大發(fā)電量屢創(chuàng )新高，日發(fā)電滲透率最高達31.12%，相當于當天每用4度電就有超過(guò)1度電來(lái)自新能源。
然而，風(fēng)電、光伏等新能源具有“看天吃飯”的特性，不一定每時(shí)每刻都能足量供應。隨著(zhù)新能源大規模并網(wǎng)，電力系統規劃和運行面臨高度不確定性環(huán)境下海量調度單元的多目標、多約束的快速決策等重大技術(shù)挑戰。
在這種情況下，既要保證電力系統安全，又要最大限度利用好新能源，對電力系統開(kāi)展仿真分析就很關(guān)鍵。但高比例新能源造成電力系統中不確定因素太多，使得計算場(chǎng)景異常復雜，傳統仿真工具能容納的場(chǎng)景既少、計算速度又慢，難以滿(mǎn)足需求。
“面對大規模新能源帶來(lái)的維數災難問(wèn)題，傳統基于機理模型的仿真工具在計算能力和效率上已出現瓶頸。”南網(wǎng)科研院董事長(cháng)、黨委書(shū)記鄭外生介紹道。
能不能開(kāi)發(fā)一款工具，讓調度人員動(dòng)動(dòng)手指就瞬間模擬出千萬(wàn)級別的電網(wǎng)運行結果?
為此，南方電網(wǎng)公司瞄準國家重大戰略需求，從“零”開(kāi)始，統籌公司規劃部、數字化部等部門(mén)，以及南網(wǎng)科研院、南網(wǎng)北京研究院、南網(wǎng)數字集團、南網(wǎng)能源院、云南電網(wǎng)公司、南網(wǎng)總調等單位，積極布局研發(fā)能夠響應新型電力系統規劃運行海量計算分析需求的計算工具。
“大瓦特·馭電”，就是南方電網(wǎng)給出的一份優(yōu)異答卷。
“將模型命名為‘大瓦特·馭電’，代表了我們對于實(shí)現駕馭新型電力系統的期望。”鄭外生說(shuō)。
探索者：破解科學(xué)計算難題
當前，人工智能已成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅動(dòng)力和戰略性技術(shù)。多項人工智能技術(shù)在各行各業(yè)大顯身手，讓人們不禁感嘆：未來(lái)已來(lái)。
“我們的電網(wǎng)規模太大，尤其是新能源大規模并網(wǎng)后，計算量呈指數級地增長(cháng)，對日常電力系統仿真分析造成了很大的困難。”南網(wǎng)科研院系統所所長(cháng)、公司特級專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家、研發(fā)團隊成員周保榮說(shuō)。
要徹底跳出這一困境，就必須突破現有仿真方法的邏輯體系。在一次團隊研討中，“AI+電力系統分析”的靈感突然迸發(fā)，就像一把關(guān)鍵的“鑰匙”，打開(kāi)了變革的大門(mén)。
“人工智能技術(shù)能夠幫助我們在高維空間解析電網(wǎng)節點(diǎn)之間的關(guān)系，這樣我們在實(shí)際應用的時(shí)候就只需要單獨分析每個(gè)節點(diǎn)，分析難度降低了很多。”南網(wǎng)新型電力系統(北京)研究院高級技術(shù)專(zhuān)家、研發(fā)團隊成員陳亦平博士說(shuō)。
南方電網(wǎng)公司緊跟世界人工智能技術(shù)發(fā)展浪潮，推進(jìn)新型電力系統智能科學(xué)計算(AI for Science)體系構建。作為電力行業(yè)大模型，“大瓦特·馭電”從基礎模型開(kāi)始就完全自主開(kāi)發(fā)，沒(méi)有采用類(lèi)GPT通用大模型作為基礎，全球首創(chuàng )神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )求解高階微分代數方程關(guān)鍵技術(shù)，突破了基座設計、組件研制、下游應用的關(guān)鍵技術(shù)鏈條，填補了國內外在電力系統科學(xué)計算大模型研究領(lǐng)域的空白。
在基座設計方面，研制以圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和Transformer算子為核心的仿真分析大模型基座，實(shí)現電力系統變規模、變拓撲、多層次空間特征提取和節點(diǎn)拓撲關(guān)聯(lián)解耦，適應大規模潮流方程的并行求解。在組件研制方面，提出前向計算過(guò)程的單節點(diǎn)多重掩碼機制和反向傳播過(guò)程的電力系統方程規律嵌入方法，適應不同方程求解模式，使得大模型從根本上滿(mǎn)足仿真分析的精確性和可靠性要求。在下游應用方面，提出基于分塊權重凍結機制的通用參數微調機制，支撐穩態(tài)潮流場(chǎng)景生成、靜態(tài)安全分析、小干擾穩定分析等下游模型的高效構建，提高大模型應用于具體業(yè)務(wù)的部署效率。
“作為電力系統分析與控制的‘超強大腦’，‘大瓦特·馭電’可以精細化到按小時(shí)分析制定全年至少8760個(gè)電網(wǎng)調度運行方式。”南網(wǎng)能源院研究員、研發(fā)團隊成員黃濟宇博士說(shuō)。
相比傳統仿真軟件，“大瓦特·馭電”的分析速度提升了1000倍，誤差小于1.5%，可廣泛用于電網(wǎng)規劃、運行控制和市場(chǎng)出清等重要領(lǐng)域，在確保電網(wǎng)安全的前提下最大限度利用新能源，助力新型電力系統和新型能源體系建設。
2024年7月，“大瓦特·馭電”在世界人工智能大會(huì )上獲得了被譽(yù)為人工智能領(lǐng)域“奧斯卡獎”的SAIL獎(卓越人工智能引領(lǐng)者獎)，彰顯了南方電網(wǎng)為世界人工智能領(lǐng)域做出的重要貢獻。
帶動(dòng)者：引領(lǐng)電力科技前沿
當巨浪來(lái)襲時(shí)，如果一味躲避，終將會(huì )被裹挾淹沒(méi)。只有用勇氣去擁抱它，才能屹立在浪潮之巔。
近日，“大瓦特·馭電”基于云南電網(wǎng)3500個(gè)節點(diǎn)數據完成人工智能技術(shù)訓練，成功實(shí)現未來(lái)海量電網(wǎng)運行方式的智能生成，并正在實(shí)際電網(wǎng)運行中推廣試用。
就像是在電力行業(yè)開(kāi)辟了一個(gè)波瀾壯闊的時(shí)代，新事物的出現總會(huì )帶來(lái)巨大的沖擊。
傳統的仿真軟件基本上都是根據既定的公式逐步推導出運行方式，而“大瓦特·馭電”則通過(guò)大數據分析直接從起點(diǎn)到了終點(diǎn)，顛覆了傳統的認知邏輯。因此，“不理解”“不信任”時(shí)有發(fā)生。
“我們團隊原本就是研發(fā)傳統仿真軟件的，所以當‘大瓦特·馭電’剛剛出現的時(shí)候，我們會(huì )本能地感到畏懼和不信任。但很快我們就明白，做科研攻關(guān)總得要有第一個(gè)吃螃蟹的人，我們需要做的是學(xué)習、擁抱、融合、升級，只有這樣才不會(huì )被時(shí)代淘汰。”南網(wǎng)科研院系統所一級項目經(jīng)理、二級領(lǐng)軍專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家、研發(fā)團隊成員趙利剛說(shuō)。
“為了確保這個(gè)新事物真的能夠適應生產(chǎn)，我們堅持與一線(xiàn)人員保持密切的溝通聯(lián)系，詳細了解一線(xiàn)分析人員所采用的基礎數據、分析方法及計算維度，以生產(chǎn)所需的精細化需求，創(chuàng )建了符合實(shí)際的數千萬(wàn)個(gè)案例，以此作為訓練及分析的樣本，力圖實(shí)現各種分析場(chǎng)景的全覆蓋。”南網(wǎng)科研院二級拔尖專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家、研發(fā)團隊成員周挺輝說(shuō)。
目前，推廣應用工作正在穩步推進(jìn)。
“預計‘大瓦特·馭電’將能支撐云南新能源電力滲透率從2024年的62%提升至70%以上水平，有效提升新型電力系統供電可靠性水平，讓人民群眾用上綠色電、環(huán)保電、安全電。”鄭外生說(shuō)。
不僅如此，“大瓦特·馭電”具有良好的可拓展性，其功能正逐步從超大規模微分代數方程組求解擴展到AI支撐的廣域空間源荷預測、考慮新能源隨機性的運籌優(yōu)化等領(lǐng)域。相比于通用大模型，“大瓦特·馭電”沒(méi)有引用任何通用大模型開(kāi)源代碼，開(kāi)創(chuàng )了電力行業(yè)智能科學(xué)計算體系，能在確保電網(wǎng)安全前提下最大限度利用新能源，解決我國新型電力系統建設最大的痛點(diǎn)問(wèn)題。未來(lái)將進(jìn)一步激發(fā)新型電力系統建設原始創(chuàng )新，引領(lǐng)下一代AI浪潮，有力推動(dòng)戰略性新興產(chǎn)業(yè)升級和新質(zhì)生產(chǎn)力的培育。(金南汐)
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