英特爾助力國家電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時仿真系統(tǒng)

2014-07-27 11:46:31

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國家電網(wǎng)公司是世界上最大的電力公共事業(yè)公司，承擔(dān)著超過11億人的電力供應(yīng)責(zé)任。在電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和調(diào)度運(yùn)行中，依靠高性能計算集群服務(wù)器實(shí)現(xiàn)仿真研究，以確定電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方案和運(yùn)行控制策略是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。伴隨中國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，國家電網(wǎng)公司急需不斷增強(qiáng)全數(shù)字實(shí)時仿真系統(tǒng)(Advanced Digital Power System Simulator，以下簡稱ADPSS)，以滿足國家日益增長的電力供應(yīng)需求。

面臨挑戰(zhàn)

• 增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。以滿足不斷增長和持續(xù)變化的國家電網(wǎng)運(yùn)營和教學(xué)科研需求。

• 恒定的低延遲。國家電網(wǎng)需要確保在特定的時間延遲內(nèi)，實(shí)現(xiàn)精確、實(shí)時的電網(wǎng)仿真。

• 優(yōu)化平臺性能。針對國家電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時仿真系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件優(yōu)化，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

解決方案

• 部署基于英特爾®架構(gòu)的硬件平臺。部署英特爾®至強(qiáng)™處理器E5-2600系列和英特爾®以太網(wǎng)千兆位服務(wù)器適配器I350的服務(wù)器做為ADPSS的運(yùn)行平臺。

• 部署基于英特爾架構(gòu)硬件優(yōu)化的風(fēng)河*Linux*實(shí)時操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)采用風(fēng)河Linux，同時利用英特爾®編譯器和軟件庫等進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。

影響

• 提高模擬能力。國家電網(wǎng)ADPSS可支持對3000臺發(fā)電機(jī)、30000條母線的大規(guī)模復(fù)雜交直流(AC/DC)電力系統(tǒng)實(shí)施全數(shù)字實(shí)時仿真模擬。

• 增強(qiáng)的可擴(kuò)展性。國家電網(wǎng)高性能計算集群，支持上萬個處理器內(nèi)核的擴(kuò)展，滿足了國家電網(wǎng)面向未來的擴(kuò)展需求。

• 優(yōu)化的性能。英特爾針對國家電網(wǎng)的需求進(jìn)行了平臺的性能測試，為國家電網(wǎng)選擇了更適合的軟硬件平臺，確保精確的國家電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時仿真。

伴隨中國經(jīng)濟(jì)的高速增長，電網(wǎng)負(fù)荷的需求急劇增長、電源裝機(jī)也逐年增加，同時，特高壓線路、智能變電站等設(shè)備相繼投入運(yùn)營，電網(wǎng)中各種裝置使得電網(wǎng)的運(yùn)行控制變得越來越復(fù)雜。對國家電網(wǎng)而言，不斷利用更新的技術(shù)手段改進(jìn)或優(yōu)化電網(wǎng)ADPSS，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供堅強(qiáng)的電力保障，變得越來越重要。

增強(qiáng)系統(tǒng)可擴(kuò)展性，保持計算周期內(nèi)恒定的低延遲和整體性能優(yōu)化

國家電網(wǎng)ADPSS首先遇到的是系統(tǒng)可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)，因為伴隨供電設(shè)備、線路等等的增多，需要不斷的增加計算節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時的仿真。國家電網(wǎng)電科院電力系統(tǒng)研究所張星說到：“在現(xiàn)有的平臺下，我們發(fā)現(xiàn)，在為集群增加一個或多個計算節(jié)點(diǎn)時，會導(dǎo)致計算周期內(nèi)數(shù)據(jù)延遲增加，這不但會直接影響仿真性能，嚴(yán)重時還導(dǎo)致錯誤的仿真計算結(jié)果進(jìn)而影響電網(wǎng)運(yùn)行決策。”

除了擴(kuò)展性的需求，國家電網(wǎng)ADPSS對系統(tǒng)的仿真延遲有著嚴(yán)格的需求。仿真系統(tǒng)從被測設(shè)備獲得輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模電網(wǎng)仿真計算后輸出的過程稱為一個仿真步長。國家電網(wǎng)ADPSS要求每一個仿真步長都是精確的50微秒，仿真系統(tǒng)的低延遲和硬件平臺以及軟件環(huán)境息息相關(guān)，例如處理器、網(wǎng)卡、操作系統(tǒng)、編譯器、集群消息傳遞接口等等。

“國家電網(wǎng)ADPSS不但要求7*24不間斷安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而且要求實(shí)時仿真的數(shù)據(jù)延遲保持較低和恒定的狀態(tài)。高延遲無法實(shí)現(xiàn)在線的實(shí)時電網(wǎng)仿真，延遲的抖動會導(dǎo)致在故障發(fā)生時無法確定是系統(tǒng)故障還是設(shè)備故障。因此，我們迫切需要一套硬件軟件一體化的完整解決方案解決這些難題，以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。” 國家電網(wǎng)電科院電力系統(tǒng)研究所張星說。

此外，國家電網(wǎng)還需要對ADPSS實(shí)現(xiàn)整體性能優(yōu)化。讓多方硬件、軟件能夠協(xié)同的穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)非常困難，此外還存在系統(tǒng)的更新，例如，驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)之間的兼容性等難題。國家電網(wǎng)電科院電力系統(tǒng)研究所張星談到：“我們期望找到一套硬軟件一體化的解決方案，并針對國家電網(wǎng)ADPSS的需求進(jìn)行整體性能優(yōu)化，同時能夠避免后顧之憂，讓技術(shù)人員從軟件的更新部署、兼容性排查等繁重的工作中解脫出來，將更多的時間專注在研究ADPSS的功能優(yōu)化或其它系統(tǒng)開發(fā)上。”面對這些難題，國家電網(wǎng)和英特爾和風(fēng)河公司緊密合作，完成了英特爾硬件軟件一體化解決方案的概念驗證和詳細(xì)測試，最終，國家電網(wǎng)決定為其ADPSS系統(tǒng)部署基于英特爾技術(shù)的軟硬件一體化解決方案。

選擇英特爾硬軟件一體化解決方案

確保國家電網(wǎng)ADPSS計算周期內(nèi)的延遲需要硬件平臺和軟件環(huán)境的緊密集成。國家電網(wǎng)為其ADPSS選擇了基于英特爾至強(qiáng)處理器E5-2600系列的服務(wù)器，網(wǎng)卡采用英特爾®以太網(wǎng)千兆位服務(wù)器適配器I350，運(yùn)行環(huán)境為風(fēng)河Linux實(shí)時操作系統(tǒng)，部署英特爾®數(shù)據(jù)面開發(fā)套件，并選用英特爾®Cluster Studio進(jìn)行編譯，集群之間的通訊統(tǒng)一采用英特爾消息傳遞界面庫。這些軟件和開發(fā)工具全部針對英特爾架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，提供最好的硬件和軟件集成。

“當(dāng)英特爾公司為我們介紹包括處理器、網(wǎng)卡、操作系統(tǒng)、編譯器、軟件開發(fā)平臺等等在內(nèi)的一體化解決方案時，我們立刻意識到，這正是國家電網(wǎng)一直期望并一直在尋覓的理想的國家電網(wǎng)ADPSS方案。” 國家電網(wǎng)電科院電力系統(tǒng)研究所張星說到。“另外，測試過程也表明了基于英特爾技術(shù)的ADPSS系統(tǒng)集群，并沒有因加入更多的計算節(jié)點(diǎn)而導(dǎo)致延遲增加，這滿足了國家電網(wǎng)ADPSS對擴(kuò)展性的需求。”

接下來，國家電網(wǎng)將繼續(xù)和英特爾公司在其它技術(shù)上緊密合作，不斷提升國家電網(wǎng)ADPSS的穩(wěn)定性和可靠性，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。

經(jīng)驗

• 英特爾公司不僅僅可提供技術(shù)領(lǐng)先的硬件平臺，而且提供風(fēng)河實(shí)時Linux操作系統(tǒng)以及針對英特爾硬件優(yōu)化的包括編譯器、Cluster Studio以數(shù)據(jù)面開發(fā)套件等相關(guān)軟件。

• 國家電網(wǎng)利用英特爾公司提供的硬件平臺以及針對硬件而優(yōu)化的軟件開發(fā)平臺和工具不但提高了ADPSS系統(tǒng)的實(shí)時和精確特性，而且獲得了包括針對性的性能優(yōu)化等附加服務(wù)。

• 針對特定應(yīng)用的性能測試從而確保硬件和軟件發(fā)揮最佳性能至關(guān)重要。

責(zé)任編輯：葉雨田

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