（原標(biāo)題：比美國(guó)算法快14%！中國(guó)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(jì)算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)軟件，被譽(yù)為“工業(yè)軟件之芯”。全球幾乎所有大型電網(wǎng)、金融市場(chǎng)及供應(yīng)鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)，要想“求得”最優(yōu)運(yùn)行方案，都離不開(kāi)高端求解器。

這類軟件決定著發(fā)電廠的啟停時(shí)機(jī)、電力市場(chǎng)的出清機(jī)制，以及數(shù)萬(wàn)億美元資產(chǎn)的配置方式。但它又如同“黑箱”一般，國(guó)外軟件公司既不提供源代碼，甚至?xí)忾]整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。除研發(fā)者外，無(wú)人知曉其具體工作邏輯。

過(guò)去30余年，美國(guó)憑借這類超先進(jìn)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(duì)全球諸多關(guān)鍵系統(tǒng)施加隱蔽卻強(qiáng)大的影響力。

而如今，中國(guó)電網(wǎng)的部分運(yùn)行終于徹底告別外國(guó)軟件。據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》消息，南方區(qū)域電力市場(chǎng)已全面切換至國(guó)產(chǎn)求解器“天權(quán)”。

據(jù)介紹，這款由中國(guó)工程師自主研發(fā)的產(chǎn)品，計(jì)算速度比美國(guó)同類求解器還快14%。這不僅標(biāo)志著中國(guó)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)邁出關(guān)鍵一步，更意味著我國(guó)將電力保障的主動(dòng)權(quán)牢牢攥在了自己手中。

香港《南華早報(bào)》12月19日解讀認(rèn)為，中國(guó)這一技術(shù)突破或?qū)⒅厮苋蚩萍际袌?chǎng)格局，從東南亞到拉丁美洲的眾多國(guó)家或?qū)⒓娂娦Х�，各�?guó)得以自主運(yùn)營(yíng)電網(wǎng)，擺脫美國(guó)的技術(shù)主導(dǎo)。

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

綜合中國(guó)新聞網(wǎng)、《中國(guó)電力報(bào)》等報(bào)道，南方區(qū)域電力市場(chǎng)是中國(guó)首個(gè)連續(xù)運(yùn)行的區(qū)域電力市場(chǎng)，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(chǎng)日均交易規(guī)模約38億千瓦時(shí)，超過(guò)英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)三國(guó)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(jì)算難題：南方五省區(qū)納入調(diào)度的2400多臺(tái)火電、水電、核電、抽蓄、新能源、儲(chǔ)能等發(fā)電機(jī)組，涉及超120萬(wàn)個(gè)出清變量、超200萬(wàn)條約束條件……如何在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，每隔15分鐘就精準(zhǔn)計(jì)算出購(gòu)電成本最低情況下的發(fā)電機(jī)功率、開(kāi)停時(shí)間、成交電價(jià)等關(guān)鍵參數(shù)？

“這相當(dāng)于一個(gè)大超市要在一個(gè)瞬間，同時(shí)精確計(jì)算6000個(gè)不同地點(diǎn)、120萬(wàn)種商品的價(jià)格、庫(kù)存和配送路線組合，以實(shí)現(xiàn)效益最優(yōu)。”南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心（簡(jiǎn)稱“南網(wǎng)總調(diào)”）總經(jīng)理黃河這樣向《中國(guó)電力報(bào)》類比道。

而按照清華大學(xué)教授、能源經(jīng)濟(jì)資深專家夏清的話來(lái)說(shuō)，這么多市場(chǎng)要素一起出清，簡(jiǎn)直是一個(gè)世界性的難題。

因?yàn)檫@需要從“2的780000次方”種方案中，篩選出唯一一個(gè)最優(yōu)解。求解器正是破解這道難題的關(guān)鍵。

據(jù)中國(guó)南方電網(wǎng)的微信公眾號(hào)“南網(wǎng)50Hz”介紹，此前，南網(wǎng)總調(diào)采用的是美國(guó)的求解器Gurobi，單次計(jì)算平均耗時(shí)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(jì)算時(shí)間縮短至1827秒，計(jì)算性能平均超越Gurobi 14%，最大領(lǐng)先幅度達(dá)38%，同時(shí)運(yùn)算誤差降低23%，運(yùn)算穩(wěn)定性提升21%。

天權(quán)、Gurobi三輪計(jì)算時(shí)間對(duì)比 微信公眾號(hào)“南網(wǎng)50Hz”

回望研發(fā)來(lái)路，“天權(quán)”的誕生并非一帆風(fēng)順，項(xiàng)目初期的測(cè)試結(jié)果甚至堪稱一場(chǎng) “災(zāi)難”。

2018年初，南方電網(wǎng)針對(duì)求解器“卡脖子”問(wèn)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(guó)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(guó)外求解器是很成熟，但用什么公式、代碼怎么運(yùn)作、模型如何求解，外國(guó)公司都不會(huì)提供。不掌握這些運(yùn)行規(guī)則，就是極大的安全隱患�！�

但在第一次試驗(yàn)時(shí)，這支平均年齡僅32歲的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)就被一盆冷水澆了個(gè)“透心涼”。

“我們第一次用‘天權(quán)’運(yùn)算一個(gè)案例就花了2萬(wàn)多秒，用時(shí)是進(jìn)口求解器的11倍�！边@個(gè)結(jié)果讓南方總調(diào)自動(dòng)化處高級(jí)經(jīng)理周華鋒倍感壓力。

面對(duì)困境，研發(fā)團(tuán)隊(duì)沒(méi)有退縮，而是融合前沿?cái)?shù)學(xué)創(chuàng)新成果與實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，全力攻克重重難關(guān)。

他們聚焦運(yùn)算流程中的低效環(huán)節(jié)，逐行拆解剖析代碼并開(kāi)展系統(tǒng)性優(yōu)化；同時(shí)，研發(fā)人員將積累多年的調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，深度“注入”求解器算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層代碼的打磨升級(jí)；針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行“容錯(cuò)空間為零”的安全要求，團(tuán)隊(duì)還專門研發(fā)了定制化算法。

歷經(jīng)5年超1800個(gè)日夜的攻堅(jiān)克難，“天權(quán)”求解器終于在2022年底誕生并投入試運(yùn)行，開(kāi)始與進(jìn)口求解器雙軌部署。

新的考驗(yàn)也接踵而至。不同部門的質(zhì)疑聲不斷傳來(lái)：“這個(gè)運(yùn)算結(jié)果和進(jìn)口求解器不一樣，為什么？”“抽調(diào)這些機(jī)組供電的方案，確定合理嗎？”……

進(jìn)口求解器只有最終執(zhí)行結(jié)果，沒(méi)有任何運(yùn)算過(guò)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)�；诿恳徊竭\(yùn)算，團(tuán)隊(duì)成員不眠不休，隨時(shí)回應(yīng)每一個(gè)質(zhì)疑，并根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，不斷對(duì)“天權(quán)”進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。最終，“天權(quán)”的計(jì)算結(jié)果贏得了兄弟部門的一致認(rèn)可。

與進(jìn)口求解器雙軌運(yùn)行近兩年后，“天權(quán)”正式轉(zhuǎn)為主用求解器獨(dú)立運(yùn)行，支撐交易時(shí)間由2天擴(kuò)大到整月，品種由“日前”擴(kuò)展為“日前+實(shí)時(shí)”，類型由傳統(tǒng)能源擴(kuò)充至新能源……在長(zhǎng)達(dá)35個(gè)月的籌備和12輪內(nèi)部測(cè)試后，“天權(quán)”最終獨(dú)立支撐起南方區(qū)域電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)結(jié)算。

今年夏天，我國(guó)月度用電量首次突破萬(wàn)億千瓦時(shí)。“天權(quán)”就為南方區(qū)域電力市場(chǎng)打贏迎峰度夏攻堅(jiān)戰(zhàn)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

在電力負(fù)荷陡增時(shí)，“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(yùn)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(chǎng)已全面切換至國(guó)產(chǎn)求解器“天權(quán)” 資料圖

據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》、《中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)》等報(bào)道，自南方區(qū)域電力市場(chǎng)啟動(dòng)連續(xù)結(jié)算以來(lái)，“天權(quán)”已支撐該市場(chǎng)超7000個(gè)模型節(jié)點(diǎn)、超200萬(wàn)項(xiàng)出清變量的高效計(jì)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(chǎng)歷次結(jié)算試運(yùn)行，完整覆蓋枯期、汛期、冬季檢修高峰、夏季供應(yīng)緊張等場(chǎng)景，日均降低總發(fā)電成本7000萬(wàn)元，減排二氧化碳1.86萬(wàn)噸，并作為超1642億度電量、630億電費(fèi)的結(jié)算依據(jù)，支撐了南方區(qū)域電力市場(chǎng)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(guó)電力市場(chǎng)改革重大里程碑，助力南方區(qū)域電力市場(chǎng)成為國(guó)內(nèi)首個(gè)且唯一采用全自主可控軟件運(yùn)營(yíng)的電力市場(chǎng)。

南方總調(diào)自動(dòng)化處主管彭超逸告訴《科技日?qǐng)?bào)》，“天權(quán)”的投入應(yīng)用，不但獨(dú)立支撐了南方區(qū)域電力市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行，更將我國(guó)電力保障主動(dòng)權(quán)牢牢攥在自己手中。

按照規(guī)劃，到2025年，全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系初步建成，到2030年，全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系基本建成。黃河透露，未來(lái)南方總調(diào)不僅要為全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)提供硬核支撐，還將為油氣、航空、制造等重點(diǎn)行業(yè)提供求解器解決方案。

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

據(jù)報(bào)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(guó)內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研單位廣泛推廣，并通過(guò)成果轉(zhuǎn)化銷售到其他行業(yè)，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)效率提升2—10倍，年均創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益260億元。