英特尔助力国家电网全数字实时仿真系统

2014-07-27 11:46:31

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国家电网公司是世界上最大的电力公共事业公司，承担着超过11亿人的电力供应责任。在电力系统的规划设计和调度运行中，依靠高性能计算集群服务器实现仿真研究，以确定电网规划设计方案和运行控制策略是确保电网安

国家电网公司是世界上最大的电力公共事业公司，承担着超过11亿人的电力供应责任。在电力系统的规划设计和调度运行中，依靠高性能计算集群服务器实现仿真研究，以确定电网规划设计方案和运行控制策略是确保电网安全稳定运行的重要基础。伴随中国电网规模的不断扩大，国家电网公司急需不断增强全数字实时仿真系统(Advanced Digital Power System Simulator，以下简称ADPSS)，以满足国家日益增长的电力供应需求。

面临挑战

• 增强系统的可扩展性。以满足不断增长和持续变化的国家电网运营和教学科研需求。

• 恒定的低延迟。国家电网需要确保在特定的时间延迟内，实现精确、实时的电网仿真。

• 优化平台性能。针对国家电网全数字实时仿真系统进行硬件和软件优化，确保系统的可靠性和稳定性。

解决方案

• 部署基于英特尔®架构的硬件平台。部署英特尔®至强™处理器E5-2600系列和英特尔®以太网千兆位服务器适配器I350的服务器做为ADPSS的运行平台。

• 部署基于英特尔架构硬件优化的风河*Linux*实时操作系统。操作系统采用风河Linux，同时利用英特尔®编译器和软件库等进行系统开发。

影响

• 提高模拟能力。国家电网ADPSS可支持对3000台发电机、30000条母线的大规模复杂交直流(AC/DC)电力系统实施全数字实时仿真模拟。

• 增强的可扩展性。国家电网高性能计算集群，支持上万个处理器内核的扩展，满足了国家电网面向未来的扩展需求。

• 优化的性能。英特尔针对国家电网的需求进行了平台的性能测试，为国家电网选择了更适合的软硬件平台，确保精确的国家电网全数字实时仿真。

伴随中国经济的高速增长，电网负荷的需求急剧增长、电源装机也逐年增加，同时，特高压线路、智能变电站等设备相继投入运营，电网中各种装置使得电网的运行控制变得越来越复杂。对国家电网而言，不断利用更新的技术手段改进或优化电网ADPSS，以确保电网的安全稳定运行，从而为经济发展提供坚强的电力保障，变得越来越重要。

增强系统可扩展性，保持计算周期内恒定的低延迟和整体性能优化

国家电网ADPSS首先遇到的是系统可扩展性的挑战，因为伴随供电设备、线路等等的增多，需要不断的增加计算节点实现电网实时的仿真。国家电网电科院电力系统研究所张星说到：“在现有的平台下，我们发现，在为集群增加一个或多个计算节点时，会导致计算周期内数据延迟增加，这不但会直接影响仿真性能，严重时还导致错误的仿真计算结果进而影响电网运行决策。”

除了扩展性的需求，国家电网ADPSS对系统的仿真延迟有着严格的需求。仿真系统从被测设备获得输入数据进行大规模电网仿真计算后输出的过程称为一个仿真步长。国家电网ADPSS要求每一个仿真步长都是精确的50微秒，仿真系统的低延迟和硬件平台以及软件环境息息相关，例如处理器、网卡、操作系统、编译器、集群消息传递接口等等。

“国家电网ADPSS不但要求7*24不间断安全稳定的运行，而且要求实时仿真的数据延迟保持较低和恒定的状态。高延迟无法实现在线的实时电网仿真，延迟的抖动会导致在故障发生时无法确定是系统故障还是设备故障。因此，我们迫切需要一套硬件软件一体化的完整解决方案解决这些难题，以保障电网的安全稳定运行。” 国家电网电科院电力系统研究所张星说。

此外，国家电网还需要对ADPSS实现整体性能优化。让多方硬件、软件能够协同的稳定运行已经非常困难，此外还存在系统的更新，例如，驱动程序和操作系统之间的兼容性等难题。国家电网电科院电力系统研究所张星谈到：“我们期望找到一套硬软件一体化的解决方案，并针对国家电网ADPSS的需求进行整体性能优化，同时能够避免后顾之忧，让技术人员从软件的更新部署、兼容性排查等繁重的工作中解脱出来，将更多的时间专注在研究ADPSS的功能优化或其它系统开发上。”面对这些难题，国家电网和英特尔和风河公司紧密合作，完成了英特尔硬件软件一体化解决方案的概念验证和详细测试，最终，国家电网决定为其ADPSS系统部署基于英特尔技术的软硬件一体化解决方案。

选择英特尔硬软件一体化解决方案

确保国家电网ADPSS计算周期内的延迟需要硬件平台和软件环境的紧密集成。国家电网为其ADPSS选择了基于英特尔至强处理器E5-2600系列的服务器，网卡采用英特尔®以太网千兆位服务器适配器I350，运行环境为风河Linux实时操作系统，部署英特尔®数据面开发套件，并选用英特尔®Cluster Studio进行编译，集群之间的通讯统一采用英特尔消息传递界面库。这些软件和开发工具全部针对英特尔架构进行了优化，提供最好的硬件和软件集成。

“当英特尔公司为我们介绍包括处理器、网卡、操作系统、编译器、软件开发平台等等在内的一体化解决方案时，我们立刻意识到，这正是国家电网一直期望并一直在寻觅的理想的国家电网ADPSS方案。” 国家电网电科院电力系统研究所张星说到。“另外，测试过程也表明了基于英特尔技术的ADPSS系统集群，并没有因加入更多的计算节点而导致延迟增加，这满足了国家电网ADPSS对扩展性的需求。”

接下来，国家电网将继续和英特尔公司在其它技术上紧密合作，不断提升国家电网ADPSS的稳定性和可靠性，为国家经济建设做出更大贡献。

经验

• 英特尔公司不仅仅可提供技术领先的硬件平台，而且提供风河实时Linux操作系统以及针对英特尔硬件优化的包括编译器、Cluster Studio以数据面开发套件等相关软件。

• 国家电网利用英特尔公司提供的硬件平台以及针对硬件而优化的软件开发平台和工具不但提高了ADPSS系统的实时和精确特性，而且获得了包括针对性的性能优化等附加服务。

• 针对特定应用的性能测试从而确保硬件和软件发挥最佳性能至关重要。