（原標題：比美國算法快14%！中國超大電力系統(tǒng)有“解”了）

? 文 觀察者網(wǎng) 阮佳琪

求解器是一種用于優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)軟件，被譽為“工業(yè)軟件之芯”。全球幾乎所有大型電網(wǎng)、金融市場及供應(yīng)鏈的運轉(zhuǎn)，要想“求得”最優(yōu)運行方案，都離不開高端求解器。

這類軟件決定著發(fā)電廠的啟停時機、電力市場的出清機制，以及數(shù)萬億美元資產(chǎn)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?xí)忾]整個運行過程。除研發(fā)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(yè)文明的“隱形霸主”，得以對全球諸多關(guān)鍵系統(tǒng)施加隱蔽卻強大的影響力。

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

據(jù)介紹，這款由中國工程師自主研發(fā)的產(chǎn)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(tǒng)一電力市場建設(shè)邁出關(guān)鍵一步，更意味著我國將電力保障的主動權(quán)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(shù)突破或?qū)⒅厮苋蚩萍际袌龈窬�，從東南亞到拉丁美洲的眾多國家或?qū)⒓娂娦Х拢鲊靡宰灾鬟\營電網(wǎng)，擺脫美國的技術(shù)主導(dǎo)。

“天權(quán)”求解器軟件界面圖 微信公眾號“南網(wǎng)50Hz”

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

這也是全球規(guī)模最大的“電力超市”。轉(zhuǎn)為連續(xù)結(jié)算后，該市場日均交易規(guī)模約38億千瓦時，超過英國、法國、德國三國用電量規(guī)模的總和。

但龐大的交易規(guī)模背后，是極為復(fù)雜的計算難題：南方五省區(qū)納入調(diào)度的2400多臺火電、水電、核電、抽蓄、新能源、儲能等發(fā)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(wǎng)安全穩(wěn)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(fā)電機功率、開停時間、成交電價等關(guān)鍵參數(shù)？

“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(xiàn)效益最優(yōu)�！蹦戏诫娋W(wǎng)電力調(diào)度控制中心（簡稱“南網(wǎng)總調(diào)”）總經(jīng)理黃河這樣向《中國電力報》類比道。

而按照清華大學(xué)教授、能源經(jīng)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(yōu)解。求解器正是破解這道難題的關(guān)鍵。

據(jù)中國南方電網(wǎng)的微信公眾號“南網(wǎng)50Hz”介紹，此前，南網(wǎng)總調(diào)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(wǎng)自主研發(fā)的電力求解器“天權(quán)”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(lǐng)先幅度達38%，同時運算誤差降低23%，運算穩(wěn)定性提升21%。

天權(quán)、Gurobi三輪計算時間對比 微信公眾號“南網(wǎng)50Hz”

回望研發(fā)來路，“天權(quán)”的誕生并非一帆風(fēng)順，項目初期的測試結(jié)果甚至堪稱一場 “災(zāi)難”。

2018年初，南方電網(wǎng)針對求解器“卡脖子”問題提前布局，牽頭聯(lián)合杉數(shù)科技、清能互聯(lián)、南瑞繼保、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等行業(yè)龍頭與產(chǎn)學(xué)研單位創(chuàng)新突圍，向研制全國產(chǎn)自主可控的電力求解器發(fā)起沖擊。

南方電網(wǎng)科創(chuàng)部副總經(jīng)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(guī)則，就是極大的安全隱患。”

但在第一次試驗時，這支平均年齡僅32歲的攻關(guān)團隊就被一盆冷水澆了個“透心涼”。

“我們第一次用‘天權(quán)’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(jié)果讓南方總調(diào)自動化處高級經(jīng)理周華鋒倍感壓力。

面對困境，研發(fā)團隊沒有退縮，而是融合前沿數(shù)學(xué)創(chuàng)新成果與實際工程經(jīng)驗，全力攻克重重難關(guān)。

他們聚焦運算流程中的低效環(huán)節(jié)，逐行拆解剖析代碼并開展系統(tǒng)性優(yōu)化；同時，研發(fā)人員將積累多年的調(diào)度運行經(jīng)驗和專業(yè)領(lǐng)域知識，深度“注入”求解器算法，實現(xiàn)對底層代碼的打磨升級；針對電網(wǎng)運行“容錯空間為零”的安全要求，團隊還專門研發(fā)了定制化算法。

歷經(jīng)5年超1800個日夜的攻堅克難，“天權(quán)”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(zhì)疑聲不斷傳來：“這個運算結(jié)果和進口求解器不一樣，為什么？”“抽調(diào)這些機組供電的方案，確定合理嗎？”……

進口求解器只有最終執(zhí)行結(jié)果，沒有任何運算過程可追溯；而自主研發(fā)的“天權(quán)”，每一步算法都有明確依據(jù)。基于每一步運算，團隊成員不眠不休，隨時回應(yīng)每一個質(zhì)疑，并根據(jù)市場實際運行情況，不斷對“天權(quán)”進行優(yōu)化升級。最終，“天權(quán)”的計算結(jié)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(quán)”正式轉(zhuǎn)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(tǒng)能源擴充至新能源……在長達35個月的籌備和12輪內(nèi)部測試后，“天權(quán)”最終獨立支撐起南方區(qū)域電力市場實現(xiàn)連續(xù)結(jié)算。

今年夏天，我國月度用電量首次突破萬億千瓦時�！疤鞕�(quán)”就為南方區(qū)域電力市場打贏迎峰度夏攻堅戰(zhàn)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

在電力負荷陡增時，“天權(quán)”以最優(yōu)調(diào)度確保電力“滿格”供應(yīng)，保障了五省電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，未出現(xiàn)一例停電事故或供電瓶頸。

南方區(qū)域電力市場已全面切換至國產(chǎn)求解器“天權(quán)” 資料圖

據(jù)《科技日報》、《中國經(jīng)濟導(dǎo)報》等報道，自南方區(qū)域電力市場啟動連續(xù)結(jié)算以來，“天權(quán)”已支撐該市場超7000個模型節(jié)點、超200萬項出清變量的高效計算。

“南網(wǎng)50Hz”還介紹道，迄今，“天權(quán)”已服務(wù)南方區(qū)域電力市場歷次結(jié)算試運行，完整覆蓋枯期、汛期、冬季檢修高峰、夏季供應(yīng)緊張等場景，日均降低總發(fā)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(jié)算依據(jù)，支撐了南方區(qū)域電力市場首次調(diào)電、首次分省結(jié)算、首次全域結(jié)算、首次整月結(jié)算等我國電力市場改革重大里程碑，助力南方區(qū)域電力市場成為國內(nèi)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(diào)自動化處主管彭超逸告訴《科技日報》，“天權(quán)”的投入應(yīng)用，不但獨立支撐了南方區(qū)域電力市場連續(xù)運行，更將我國電力保障主動權(quán)牢牢攥在自己手中。

按照規(guī)劃，到2025年，全國統(tǒng)一電力市場體系初步建成，到2030年，全國統(tǒng)一電力市場體系基本建成。黃河透露，未來南方總調(diào)不僅要為全國統(tǒng)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(yè)提供求解器解決方案。

顯然，為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)行業(yè)提供優(yōu)化決策的核心計算引擎，才是“天權(quán)”真正的星辰大海。

據(jù)報道，“天權(quán)”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(qū)，新加坡綜合能源公司、香港大學(xué)等10余家國內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研單位廣泛推廣，并通過成果轉(zhuǎn)化銷售到其他行業(yè)，促進相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)效率提升2—10倍，年均創(chuàng)造經(jīng)濟效益260億元。