擁抱AI浪潮 馭電乘勢而來

　　1月1日，國務院國資委新聞中心發布“2024年度央企十大國之重器”，南方電網公司“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智能仿真專業大模型，依托南網科研院承擔的南方電網公司首個國家自然科學企業聯合基金集成項目，于2024年4月研發成功。它利用基于物理約束神經網絡的人工智能技術，能夠依據新能源發電狀況，快速精準分析電網安全邊界，動態優化電網運行方式，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，新能源發電正迅速成為我國能源結構轉型的重要力量。近年來，我國風電、光伏等新能源保持高速發展趨勢。新能源已經成為南方電網第一大電源，南方五省區新能源單日最大發電量屢創新高，日發電滲透率最高達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。隨著新能源大規模并網，電力系統規劃和運行面臨高度不確定性環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，對電力系統開展仿真分析就很關鍵。但高比例新能源造成電力系統中不確定因素太多，使得計算場景異常復雜，傳統仿真工具能容納的場景既少、計算速度又慢，難以滿足需求。

　　“面對大規模新能源帶來的維數災難問題，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。”南網科研院董事長、黨委書記鄭外生介紹道。

　　能不能開發一款工具，讓調度人員動動手指就瞬間模擬出千萬級別的電網運行結果?

　　為此，南方電網公司瞄準國家重大戰略需求，從“零”開始，統籌公司規劃部、數字化部等部門，以及南網科研院、南網北京研究院、南網數字集團、南網能源院、云南電網公司、南網總調等單位，積極布局研發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”，就是南方電網給出的一份優異答卷。

　　“將模型命名為‘大瓦特·馭電’，代表了我們對于實現駕馭新型電力系統的期望。”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業變革的重要驅動力和戰略性技術。多項人工智能技術在各行各業大顯身手，讓人們不禁感嘆：未來已來。

　　“我們的電網規模太大，尤其是新能源大規模并網后，計算量呈指數級地增長，對日常電力系統仿真分析造成了很大的困難。”南網科研院系統所所長、公司特級專業技術專家、研發團隊成員周保榮說。

　　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，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節點之間的關系，這樣我們在實際應用的時候就只需要單獨分析每個節點，分析難度降低了很多。”南網新型電力系統(北京)研究院高級技術專家、研發團隊成員陳亦平博士說。

　　南方電網公司緊跟世界人工智能技術發展浪潮，推進新型電力系統智能科學計算(AI for Science)體系構建。作為電力行業大模型，“大瓦特·馭電”從基礎模型開始就完全自主開發，沒有采用類GPT通用大模型作為基礎，全球首創神經網絡求解高階微分代數方程關鍵技術，突破了基座設計、組件研制、下游應用的關鍵技術鏈條，填補了國內外在電力系統科學計算大模型研究領域的空白。

　　在基座設計方面，研制以圖神經網絡和Transformer算子為核心的仿真分析大模型基座，實現電力系統變規模、變拓撲、多層次空間特征提取和節點拓撲關聯解耦，適應大規模潮流方程的并行求解。在組件研制方面，提出前向計算過程的單節點多重掩碼機制和反向傳播過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，支撐穩態潮流場景生成、靜態安全分析、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務的部署效率。

　　“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分析制定全年至少8760個電網調度運行方式。”南網能源院研究員、研發團隊成員黃濟宇博士說。

　　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%，可廣泛用于電網規劃、運行控制和市場出清等重要領域，在確保電網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3500個節點數據完成人工智能技術訓練，成功實現未來海量電網運行方式的智能生成，并正在實際電網運行中推廣試用。

　　就像是在電力行業開辟了一個波瀾壯闊的時代，新事物的出現總會帶來巨大的沖擊。

　　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”則通過大數據分析直接從起點到了終點，顛覆了傳統的認知邏輯。因此，“不理解”“不信任”時有發生。

　　“我們團隊原本就是研發傳統仿真軟件的，所以當‘大瓦特·馭電’剛剛出現的時候，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。”南網科研院系統所一級項目經理、二級領軍專業技術專家、研發團隊成員趙利剛說。

　　“為了確保這個新事物真的能夠適應生產，我們堅持與一線人員保持密切的溝通聯系，詳細了解一線分析人員所采用的基礎數據、分析方法及計算維度，以生產所需的精細化需求，創建了符合實際的數千萬個案例，以此作為訓練及分析的樣本，力圖實現各種分析場景的全覆蓋。”南網科研院二級拔尖專業技術專家、研發團隊成員周挺輝說。

　　目前，推廣應用工作正在穩步推進。

　　“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供電可靠性水平，讓人民群眾用上綠色電、環保電、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，開創了電力行業智能科學計算體系，能在確保電網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問題。未來將進一步激發新型電力系統建設原始創新，引領下一代AI浪潮，有力推動戰略性新興產業升級和新質生產力的培育。(金南汐)