英特爾助力國家電網全數字實時仿真系統

2014-07-27 11:46:31

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國家電網公司是世界上最大的電力公共事業公司，承擔著超過11億人的電力供應責任。在電力系統的規劃設計和調度運行中，依靠高性能計算集群服務器實現仿真研究，以確定電網規劃設計方案和運行控制策略是確保電網安

國家電網公司是世界上最大的電力公共事業公司，承擔著超過11億人的電力供應責任。在電力系統的規劃設計和調度運行中，依靠高性能計算集群服務器實現仿真研究，以確定電網規劃設計方案和運行控制策略是確保電網安全穩定運行的重要基礎。伴隨中國電網規模的不斷擴大，國家電網公司急需不斷增強全數字實時仿真系統(Advanced Digital Power System Simulator，以下簡稱ADPSS)，以滿足國家日益增長的電力供應需求。

面臨挑戰

• 增強系統的可擴展性。以滿足不斷增長和持續變化的國家電網運營和教學科研需求。

• 恒定的低延遲。國家電網需要確保在特定的時間延遲內，實現精確、實時的電網仿真。

• 優化平臺性能。針對國家電網全數字實時仿真系統進行硬件和軟件優化，確保系統的可靠性和穩定性。

解決方案

• 部署基于英特爾®架構的硬件平臺。部署英特爾®至強™處理器E5-2600系列和英特爾®以太網千兆位服務器適配器I350的服務器做為ADPSS的運行平臺。

• 部署基于英特爾架構硬件優化的風河*Linux*實時操作系統。操作系統采用風河Linux，同時利用英特爾®編譯器和軟件庫等進行系統開發。

影響

• 提高模擬能力。國家電網ADPSS可支持對3000臺發電機、30000條母線的大規模復雜交直流(AC/DC)電力系統實施全數字實時仿真模擬。

• 增強的可擴展性。國家電網高性能計算集群，支持上萬個處理器內核的擴展，滿足了國家電網面向未來的擴展需求。

• 優化的性能。英特爾針對國家電網的需求進行了平臺的性能測試，為國家電網選擇了更適合的軟硬件平臺，確保精確的國家電網全數字實時仿真。

伴隨中國經濟的高速增長，電網負荷的需求急劇增長、電源裝機也逐年增加，同時，特高壓線路、智能變電站等設備相繼投入運營，電網中各種裝置使得電網的運行控制變得越來越復雜。對國家電網而言，不斷利用更新的技術手段改進或優化電網ADPSS，以確保電網的安全穩定運行，從而為經濟發展提供堅強的電力保障，變得越來越重要。

增強系統可擴展性，保持計算周期內恒定的低延遲和整體性能優化

國家電網ADPSS首先遇到的是系統可擴展性的挑戰，因為伴隨供電設備、線路等等的增多，需要不斷的增加計算節點實現電網實時的仿真。國家電網電科院電力系統研究所張星說到：“在現有的平臺下，我們發現，在為集群增加一個或多個計算節點時，會導致計算周期內數據延遲增加，這不但會直接影響仿真性能，嚴重時還導致錯誤的仿真計算結果進而影響電網運行決策。”

除了擴展性的需求，國家電網ADPSS對系統的仿真延遲有著嚴格的需求。仿真系統從被測設備獲得輸入數據進行大規模電網仿真計算后輸出的過程稱為一個仿真步長。國家電網ADPSS要求每一個仿真步長都是精確的50微秒，仿真系統的低延遲和硬件平臺以及軟件環境息息相關，例如處理器、網卡、操作系統、編譯器、集群消息傳遞接口等等。

“國家電網ADPSS不但要求7*24不間斷安全穩定的運行，而且要求實時仿真的數據延遲保持較低和恒定的狀態。高延遲無法實現在線的實時電網仿真，延遲的抖動會導致在故障發生時無法確定是系統故障還是設備故障。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，以保障電網的安全穩定運行。” 國家電網電科院電力系統研究所張星說。

此外，國家電網還需要對ADPSS實現整體性能優化。讓多方硬件、軟件能夠協同的穩定運行已經非常困難，此外還存在系統的更新，例如，驅動程序和操作系統之間的兼容性等難題。國家電網電科院電力系統研究所張星談到：“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ADPSS的需求進行整體性能優化，同時能夠避免后顧之憂，讓技術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的功能優化或其它系統開發上。”面對這些難題，國家電網和英特爾和風河公司緊密合作，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測試，最終，國家電網決定為其ADPSS系統部署基于英特爾技術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ADPSS計算周期內的延遲需要硬件平臺和軟件環境的緊密集成。國家電網為其ADPSS選擇了基于英特爾至強處理器E5-2600系列的服務器，網卡采用英特爾®以太網千兆位服務器適配器I350，運行環境為風河Linux實時操作系統，部署英特爾®數據面開發套件，并選用英特爾®Cluster Studio進行編譯，集群之間的通訊統一采用英特爾消息傳遞界面庫。這些軟件和開發工具全部針對英特爾架構進行了優化，提供最好的硬件和軟件集成。

“當英特爾公司為我們介紹包括處理器、網卡、操作系統、編譯器、軟件開發平臺等等在內的一體化解決方案時，我們立刻意識到，這正是國家電網一直期望并一直在尋覓的理想的國家電網ADPSS方案。” 國家電網電科院電力系統研究所張星說到。“另外，測試過程也表明了基于英特爾技術的ADPSS系統集群，并沒有因加入更多的計算節點而導致延遲增加，這滿足了國家電網ADPSS對擴展性的需求。”

接下來，國家電網將繼續和英特爾公司在其它技術上緊密合作，不斷提升國家電網ADPSS的穩定性和可靠性，為國家經濟建設做出更大貢獻。

經驗

• 英特爾公司不僅僅可提供技術領先的硬件平臺，而且提供風河實時Linux操作系統以及針對英特爾硬件優化的包括編譯器、Cluster Studio以數據面開發套件等相關軟件。

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

• 針對特定應用的性能測試從而確保硬件和軟件發揮最佳性能至關重要。