拥抱AI浪潮 驭电乘势而来

　　1月1日，国务院国资委新闻中心发布“2024年度央企十大国之重器”，南方电网公司“大瓦特·驭电”智能仿真大模型成功入选。

　　“大瓦特·驭电”智能仿真大模型(以下简称“大瓦特·驭电”)是全球首款电力系统智能仿真专业大模型，依托南网科研院承担的南方电网公司首个国家自然科学企业联合基金集成项目，于2024年4月研发成功。它利用基于物理约束神经网络的人工智能技术，能够依据新能源发电状况，快速精准分析电网安全边界，动态优化电网运行方式，有效解决新能源变化无常、难以计划带来的难题，最大限度提高新能源的利用率，为电力系统规划与运行方案制定提供了全新的工具。

　　拥抱人工智能浪潮，从0到1，“大瓦特·驭电”的研发故事，要从两年前开始说起……

　　组织者：回答时代命题

　　在“双碳”背景下，新能源发电正迅速成为我国能源结构转型的重要力量。近年来，我国风电、光伏等新能源保持高速发展趋势。新能源已经成为南方电网第一大电源，南方五省区新能源单日最大发电量屡创新高，日发电渗透率最高达31.12%，相当于当天每用4度电就有超过1度电来自新能源。

　　然而，风电、光伏等新能源具有“看天吃饭”的特性，不一定每时每刻都能足量供应。随着新能源大规模并网，电力系统规划和运行面临高度不确定性环境下海量调度单元的多目标、多约束的快速决策等重大技术挑战。

　　在这种情况下，既要保证电力系统安全，又要最大限度利用好新能源，对电力系统开展仿真分析就很关键。但高比例新能源造成电力系统中不确定因素太多，使得计算场景异常复杂，传统仿真工具能容纳的场景既少、计算速度又慢，难以满足需求。

　　“面对大规模新能源带来的维数灾难问题，传统基于机理模型的仿真工具在计算能力和效率上已出现瓶颈。”南网科研院董事长、党委书记郑外生介绍道。

　　能不能开发一款工具，让调度人员动动手指就瞬间模拟出千万级别的电网运行结果?

　　为此，南方电网公司瞄准国家重大战略需求，从“零”开始，统筹公司规划部、数字化部等部门，以及南网科研院、南网北京研究院、南网数字集团、南网能源院、云南电网公司、南网总调等单位，积极布局研发能够响应新型电力系统规划运行海量计算分析需求的计算工具。

　　“大瓦特·驭电”，就是南方电网给出的一份优异答卷。

　　“将模型命名为‘大瓦特·驭电’，代表了我们对于实现驾驭新型电力系统的期望。”郑外生说。

　　探索者：破解科学计算难题

　　当前，人工智能已成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力和战略性技术。多项人工智能技术在各行各业大显身手，让人们不禁感叹：未来已来。

　　“我们的电网规模太大，尤其是新能源大规模并网后，计算量呈指数级地增长，对日常电力系统仿真分析造成了很大的困难。”南网科研院系统所所长、公司特级专业技术专家、研发团队成员周保荣说。

　　要彻底跳出这一困境，就必须突破现有仿真方法的逻辑体系。在一次团队研讨中，“AI+电力系统分析”的灵感突然迸发，就像一把关键的“钥匙”，打开了变革的大门。

　　“人工智能技术能够帮助我们在高维空间解析电网节点之间的关系，这样我们在实际应用的时候就只需要单独分析每个节点，分析难度降低了很多。”南网新型电力系统(北京)研究院高级技术专家、研发团队成员陈亦平博士说。

　　南方电网公司紧跟世界人工智能技术发展浪潮，推进新型电力系统智能科学计算(AI for Science)体系构建。作为电力行业大模型，“大瓦特·驭电”从基础模型开始就完全自主开发，没有采用类GPT通用大模型作为基础，全球首创神经网络求解高阶微分代数方程关键技术，突破了基座设计、组件研制、下游应用的关键技术链条，填补了国内外在电力系统科学计算大模型研究领域的空白。

　　在基座设计方面，研制以图神经网络和Transformer算子为核心的仿真分析大模型基座，实现电力系统变规模、变拓扑、多层次空间特征提取和节点拓扑关联解耦，适应大规模潮流方程的并行求解。在组件研制方面，提出前向计算过程的单节点多重掩码机制和反向传播过程的电力系统方程规律嵌入方法，适应不同方程求解模式，使得大模型从根本上满足仿真分析的精确性和可靠性要求。在下游应用方面，提出基于分块权重冻结机制的通用参数微调机制，支撑稳态潮流场景生成、静态安全分析、小干扰稳定分析等下游模型的高效构建，提高大模型应用于具体业务的部署效率。

　　“作为电力系统分析与控制的‘超强大脑’，‘大瓦特·驭电’可以精细化到按小时分析制定全年至少8760个电网调度运行方式。”南网能源院研究员、研发团队成员黄济宇博士说。

　　相比传统仿真软件，“大瓦特·驭电”的分析速度提升了1000倍，误差小于1.5%，可广泛用于电网规划、运行控制和市场出清等重要领域，在确保电网安全的前提下最大限度利用新能源，助力新型电力系统和新型能源体系建设。

　　2024年7月，“大瓦特·驭电”在世界人工智能大会上获得了被誉为人工智能领域“奥斯卡奖”的SAIL奖(卓越人工智能引领者奖)，彰显了南方电网为世界人工智能领域做出的重要贡献。

　　带动者：引领电力科技前沿

　　当巨浪来袭时，如果一味躲避，终将会被裹挟淹没。只有用勇气去拥抱它，才能屹立在浪潮之巅。

　　近日，“大瓦特·驭电”基于云南电网3500个节点数据完成人工智能技术训练，成功实现未来海量电网运行方式的智能生成，并正在实际电网运行中推广试用。

　　就像是在电力行业开辟了一个波澜壮阔的时代，新事物的出现总会带来巨大的冲击。

　　传统的仿真软件基本上都是根据既定的公式逐步推导出运行方式，而“大瓦特·驭电”则通过大数据分析直接从起点到了终点，颠覆了传统的认知逻辑。因此，“不理解”“不信任”时有发生。

　　“我们团队原本就是研发传统仿真软件的，所以当‘大瓦特·驭电’刚刚出现的时候，我们会本能地感到畏惧和不信任。但很快我们就明白，做科研攻关总得要有第一个吃螃蟹的人，我们需要做的是学习、拥抱、融合、升级，只有这样才不会被时代淘汰。”南网科研院系统所一级项目经理、二级领军专业技术专家、研发团队成员赵利刚说。

　　“为了确保这个新事物真的能够适应生产，我们坚持与一线人员保持密切的沟通联系，详细了解一线分析人员所采用的基础数据、分析方法及计算维度，以生产所需的精细化需求，创建了符合实际的数千万个案例，以此作为训练及分析的样本，力图实现各种分析场景的全覆盖。”南网科研院二级拔尖专业技术专家、研发团队成员周挺辉说。

　　目前，推广应用工作正在稳步推进。

　　“预计‘大瓦特·驭电’将能支撑云南新能源电力渗透率从2024年的62%提升至70%以上水平，有效提升新型电力系统供电可靠性水平，让人民群众用上绿色电、环保电、安全电。”郑外生说。

　　不仅如此，“大瓦特·驭电”具有良好的可拓展性，其功能正逐步从超大规模微分代数方程组求解扩展到AI支撑的广域空间源荷预测、考虑新能源随机性的运筹优化等领域。相比于通用大模型，“大瓦特·驭电”没有引用任何通用大模型开源代码，开创了电力行业智能科学计算体系，能在确保电网安全前提下最大限度利用新能源，解决我国新型电力系统建设最大的痛点问题。未来将进一步激发新型电力系统建设原始创新，引领下一代AI浪潮，有力推动战略性新兴产业升级和新质生产力的培育。(金南汐)