1月1日，國務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(以下簡稱“大瓦特·馭電”)是全球首款電力系統(tǒng)智能仿真專業(yè)大模型，依托南網(wǎng)科研院承擔的南方電網(wǎng)公司首個國家自然科學企業(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)絡的人工智能技術，能夠依據(jù)新能源發(fā)電狀況，快速精準分析電網(wǎng)安全邊界，動態(tài)優(yōu)化電網(wǎng)運行方式，有效解決新能源變化無常、難以計劃帶來的難題，最大限度提高新能源的利用率，為電力系統(tǒng)規(guī)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，要從兩年前開始說起……
組織者：回答時代命題
在“雙碳”背景下，新能源發(fā)電正迅速成為我國能源結構轉(zhuǎn)型的重要力量。近年來，我國風電、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(qū)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1度電來自新能源。
然而，風電、光伏等新能源具有“看天吃飯”的特性，不一定每時每刻都能足量供應。隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行面臨高度不確定性環(huán)境下海量調(diào)度單元的多目標、多約束的快速決策等重大技術挑戰(zhàn)。
在這種情況下，既要保證電力系統(tǒng)安全，又要最大限度利用好新能源，對電力系統(tǒng)開展仿真分析就很關鍵。但高比例新能源造成電力系統(tǒng)中不確定因素太多，使得計算場景異常復雜，傳統(tǒng)仿真工具能容納的場景既少、計算速度又慢，難以滿足需求。
“面對大規(guī)模新能源帶來的維數(shù)災難問題，傳統(tǒng)基于機理模型的仿真工具在計算能力和效率上已出現(xiàn)瓶頸。”南網(wǎng)科研院董事長、黨委書記鄭外生介紹道。
能不能開發(fā)一款工具，讓調(diào)度人員動動手指就瞬間模擬出千萬級別的電網(wǎng)運行結果?
為此，南方電網(wǎng)公司瞄準國家重大戰(zhàn)略需求，從“零”開始，統(tǒng)籌公司規(guī)劃部、數(shù)字化部等部門，以及南網(wǎng)科研院、南網(wǎng)北京研究院、南網(wǎng)數(shù)字集團、南網(wǎng)能源院、云南電網(wǎng)公司、南網(wǎng)總調(diào)等單位，積極布局研發(fā)能夠響應新型電力系統(tǒng)規(guī)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’，代表了我們對于實現(xiàn)駕馭新型電力系統(tǒng)的期望。”鄭外生說。
探索者：破解科學計算難題
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(qū)動力和戰(zhàn)略性技術。多項人工智能技術在各行各業(yè)大顯身手，讓人們不禁感嘆：未來已來。
“我們的電網(wǎng)規(guī)模太大，尤其是新能源大規(guī)模并網(wǎng)后，計算量呈指數(shù)級地增長，對日常電力系統(tǒng)仿真分析造成了很大的困難。”南網(wǎng)科研院系統(tǒng)所所長、公司特級專業(yè)技術專家、研發(fā)團隊成員周保榮說。
要徹底跳出這一困境，就必須突破現(xiàn)有仿真方法的邏輯體系。在一次團隊研討中，“AI+電力系統(tǒng)分析”的靈感突然迸發(fā)，就像一把關鍵的“鑰匙”，打開了變革的大門。
“人工智能技術能夠幫助我們在高維空間解析電網(wǎng)節(jié)點之間的關系，這樣我們在實際應用的時候就只需要單獨分析每個節(jié)點，分析難度降低了很多。”南網(wǎng)新型電力系統(tǒng)(北京)研究院高級技術專家、研發(fā)團隊成員陳亦平博士說。
南方電網(wǎng)公司緊跟世界人工智能技術發(fā)展浪潮，推進新型電力系統(tǒng)智能科學計算(AI for Science)體系構建。作為電力行業(yè)大模型，“大瓦特·馭電”從基礎模型開始就完全自主開發(fā)，沒有采用類GPT通用大模型作為基礎，全球首創(chuàng)神經(jīng)網(wǎng)絡求解高階微分代數(shù)方程關鍵技術，突破了基座設計、組件研制、下游應用的關鍵技術鏈條，填補了國內(nèi)外在電力系統(tǒng)科學計算大模型研究領域的空白。
在基座設計方面，研制以圖神經(jīng)網(wǎng)絡和Transformer算子為核心的仿真分析大模型基座，實現(xiàn)電力系統(tǒng)變規(guī)模、變拓撲、多層次空間特征提取和節(jié)點拓撲關聯(lián)解耦，適應大規(guī)模潮流方程的并行求解。在組件研制方面，提出前向計算過程的單節(jié)點多重掩碼機制和反向傳播過程的電力系統(tǒng)方程規(guī)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(shù)微調(diào)機制，支撐穩(wěn)態(tài)潮流場景生成、靜態(tài)安全分析、小干擾穩(wěn)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)務的部署效率。
“作為電力系統(tǒng)分析與控制的‘超強大腦’，‘大瓦特·馭電’可以精細化到按小時分析制定全年至少8760個電網(wǎng)調(diào)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。
相比傳統(tǒng)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(guī)劃、運行控制和市場出清等重要領域，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(tǒng)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上獲得了被譽為人工智能領域“奧斯卡獎”的SAIL獎(卓越人工智能引領者獎)，彰顯了南方電網(wǎng)為世界人工智能領域做出的重要貢獻。
帶動者：引領電力科技前沿
當巨浪來襲時，如果一味躲避，終將會被裹挾淹沒。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個節(jié)點數(shù)據(jù)完成人工智能技術訓練，成功實現(xiàn)未來海量電網(wǎng)運行方式的智能生成，并正在實際電網(wǎng)運行中推廣試用。
就像是在電力行業(yè)開辟了一個波瀾壯闊的時代，新事物的出現(xiàn)總會帶來巨大的沖擊。
傳統(tǒng)的仿真軟件基本上都是根據(jù)既定的公式逐步推導出運行方式，而“大瓦特·馭電”則通過大數(shù)據(jù)分析直接從起點到了終點，顛覆了傳統(tǒng)的認知邏輯。因此，“不理解”“不信任”時有發(fā)生。
“我們團隊原本就是研發(fā)傳統(tǒng)仿真軟件的，所以當‘大瓦特·馭電’剛剛出現(xiàn)的時候，我們會本能地感到畏懼和不信任。但很快我們就明白，做科研攻關總得要有第一個吃螃蟹的人，我們需要做的是學習、擁抱、融合、升級，只有這樣才不會被時代淘汰。”南網(wǎng)科研院系統(tǒng)所一級項目經(jīng)理、二級領軍專業(yè)技術專家、研發(fā)團隊成員趙利剛說。
“為了確保這個新事物真的能夠適應生產(chǎn)，我們堅持與一線人員保持密切的溝通聯(lián)系，詳細了解一線分析人員所采用的基礎數(shù)據(jù)、分析方法及計算維度，以生產(chǎn)所需的精細化需求，創(chuàng)建了符合實際的數(shù)千萬個案例，以此作為訓練及分析的樣本，力圖實現(xiàn)各種分析場景的全覆蓋。”南網(wǎng)科研院二級拔尖專業(yè)技術專家、研發(fā)團隊成員周挺輝說。
目前，推廣應用工作正在穩(wěn)步推進。
“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(tǒng)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。
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(guī)模微分代數(shù)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)化等領域。相比于通用大模型，“大瓦特·馭電”沒有引用任何通用大模型開源代碼，開創(chuàng)了電力行業(yè)智能科學計算體系，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(tǒng)建設最大的痛點問題。未來將進一步激發(fā)新型電力系統(tǒng)建設原始創(chuàng)新，引領下一代AI浪潮，有力推動戰(zhàn)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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