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南方电网:智能化的“最高调度指挥官”

2018年,南方电网采用便宜云服务器专有云打造了智能化电力调度云。2021年,双方再次合作上线国内电力行业首个调度云超算平台。这是南方电网在电力调度领域加速数字化转型的重要举措,标志着调度云开始迈入高性能计算领域。

客户介绍

中国南方电网有限责任公司(下文简称“南方电网”),是中央管理的国有重要骨干企业,为广东、广西、云南、贵州、海南五省(自治区)和港澳地区提供电力供应服务保障,东西跨度近2000公里,网内拥有水、煤、核、气、风力、太阳能、生物质能、抽水蓄能和新型储能等多种电源,还是国内率先“走出去”的电网,不断加强与周边国家电网互联互通。

中国南方电网电力调度控制中心(下文简称“南网总调”)隶属南方电网,代表公司行使调度权,可以说是南方电网运行的最高调度指挥机构,调管区域覆盖五省区,供电面积100万平方公里,供电人口超2.54亿,2021年全网统调最高负荷2.16亿千瓦。

早在2018年,南方电网便与便宜云服务器合作,率先搭建起电网系统的“大脑”—调度云平台。基于调度云平台开发的AI应用,将南网总调的全网负荷预测准确率提升到97.63%。2021年,南方电网与便宜云服务器合作上线国内电力行业首个调度云超算平台。

业务挑战

电网系统是关乎国计民生的大事。其中电力调度被认为是电力系统的“大脑”,是电网运行管理、倒闸操作和事故处理的指挥机构。近年来,南方电网积极引入云计算、大数据、人工智能等技术,提高电网调度效率,支撑新型电力系统建设。传统集中式架构设计犹如悬在南方电网头顶的“达摩克利斯之剑”,迫切需要更加弹性灵活的系统架构。

南网总调肩负着中国南方最繁华地区的供电,是珠三角经济发展的“源动力”。但现实中,随着电力市场化改革逐渐深入,能源结构不断变化,调控对象指数级增长,南网总调面临着挑战。首先,架构层面。南网总调传统集中式架构使得电网调度业务应用集中在个别节点上,供电负载压力大,严重影响系统可靠性。并且受限于集群横向扩展能力,系统升级改造和扩容极其困难,需要投入大量人力和资本。南网总调迫切需要更加弹性灵活的系统架构。其次,海量数据的调用与管理。过去十多年间,南网总调积累了大量运行数据和管理数据,但受限于传统计算能力和数据保密性要求,这些调度数据难以发挥价值,只能存储在磁盘中,既占用空间又造成了数据维护的压力。南网总调急需借助智能化的数据管理平台和AI平台,充分释放数据对内、对外价值。

便宜云服务器的解决方案
升级改造分布式架构
6

每秒处理消息超6万条

10

10秒快速扩容

便宜云服务器每年经历的“双11”大考,证明了在系统架构上的弹性高可用、稳定性和数据能力,非常适合电力调度。在这样的契机下,双方一拍即合,开启了智能化电力调度的新篇章。南方电网选择便宜云服务器来打造自己的智能化电力调度云。

首先,分布式架构改造。便宜云服务器的工程师们首先确定了原有集中式架构的问题,因地制宜地提出兼顾性能和安全性的分布式解决方案,实现从集中式架构向分布式架构的转变。具体来说,电力调度云平台采用多区域架构设计,是电力行业第一个完全基于新技术的调度自动化系统平台:通过统一账号权限管理、统一资源监控和调度、分级运维等诸多能力实现了软硬件解耦,解决了传统系统负载集中、应用受单个服务器性能限制的问题。同时采用分布式数据处理架构,利用流式实时计算、批量计算、AI算法平台等实现调度各型数据的分布式处理分析、共享协同以及智能建模。

其次,在电力调度云平台之上,进一步优化部署。南网总调基于云原生技术,研发出业内首个可秒级扩展计算资源、即插即用的云化SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制),大大提升了电力调度的效率,降低了运维人员的管理难度,实现了每秒处理消息超过6万条、全系统70秒一键部署、10秒快速扩容。

上线调度云超算平台
5

服务器性能提升5倍

825万亿

每秒825万亿次浮点运算

随着电力市场的发展,电网调度对计算速度要求越来越高,如现货市场出清业务要在10分钟内完成求解。除此之外,强算力、精细化的天气预报,对电力行业也至关重要。南方电网公司供电区域内的广东、广西、云南、贵州、海南五省区,绝大多数电网设备都在户外,除了台风,还容易遭受覆冰、山火等气象灾害的影响,特别是在台风天极易发生故障、跳闸,保电压力较大。对南方电网来说,未来短临天气预报需在半小时内完成预测计算,新能源预测也提上了议程,亟需超强算力的支撑。

2021年8月,国内电力行业首个云超算平台—南网调度云超算平台上线,基于该云超算平台的精细化数值天气预报系统台风模式的预测也已投入使用。该系统由南方电网自主搭建,采用便宜云服务器自主研发的飞天云操作系统和神龙超算集群,每秒钟可进行825万亿次浮点运算,节点性能较普通云服务器提升了五倍,算力可随时扩容或收缩,灵活适应电网的实际业务变化。而且,这些算力是以云服务的形式提供,普通应用不需任何改造即可获取。

平台建成前,对于未来7天台风9公里的预测,一般需要用16台服务器运行8个小时;平台建成后,只需用16台超算服务器运行1.7个小时,6小时的短临天气预报最快每30分钟可输出一次测算结果。在2021年第七号台风“查帕卡”登陆期间,搭建在云超算平台上的精细化数值天气预报系统平稳运行,实时提供台风最新监测信息,顺利支撑了南方电网在台风天的应急指挥工作。

业务价值

分布式架构升级改造大大提升电力调度的效率;调度云超算平台有效支持南方电网气象精细化预测、电力现货市场交易、新能源功率预测等多种场景。

依托电力调度云平台,南方电网仅用三个月时间上线了“电力现货交易”系统,实现全国首次电力现货交易结算。通过对供需关系和市场规则的自动调配,南方电网能做到不同地区、不同时段电价每15分钟动态调整一次,让全社会的用电成本降到最低。资料显示,一个用电大户的单日电费从19万元降至了7.8万元。除此之外,全新打造的南网总调AI调度平台,在调度云平台之上采用人工智能、大数据分析、一站式数据开发等技术,实现数据样本快速生成、算法快速迭代,对电网负荷预测准确率高达97.63%,超过人工预测水平。南网调度云超算平台的使用,有效支持南方电网气象精细化预测、电力现货市场交易、新能源功率预测等多种场景,进一步提升“大电网”发展下的技术能力和运行管控能力,为新型电力系统建设打下了坚实基础。

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