原标题：仿出中国大电网

人勤春来早。眼下，神州大地按下了生产劳作的“快进键”。田地间，春耕春灌一派繁忙；工厂里，机器轰鸣灯火通明。

此时此刻，位于北京市海淀区的国家电网有限公司仿真中心（以下简称“仿真中心”）四楼内，电磁暂态仿真计算正在全速运行。一排排机柜有节奏地闪烁着灯光，犹如“呼吸”一般守护着电网。

这就是最近入选“2023年度央企十大国之重器”的国产化大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台。依靠它，全球电压等级最高、规模最大、结构最复杂、清洁能源发展最快的中国电网，多年来一直保持着最长的安全运行纪录。

告别“仿不了”

电网设计是否有缺陷？系统到底稳不稳定？提前开展电网仿真分析，是作出判断的最有效手段。

“2010年，随着特高压直流输电工程加速建设，我们原有的仿真方法不太灵了！”仿真中心副主任李亚楼告诉科技日报记者，究其原因，主要是新入网的设备富含各种电力电子器件，以前的机电暂态仿真方法无法准确模拟这些设备的快速响应和复杂控制特性。

用什么技术替代？已成功用于局部电网的电磁暂态仿真技术行不行？一个个疑问萦绕在仿真中心数模混合仿真研究室主任朱艺颖的脑海里。

当时，仿真领域专家普遍认为，电磁暂态仿真步长小、计算效率低、建模复杂，根本无法仿真大规模实际电网。

朱艺颖偏“不信邪”。她带领一群30岁出头的科研人员，下定决心要攻下这个“山头”。

随着时间的推移，研发团队先后攻克了大电网仿真数值计算方法、并行解耦算法、分散同步数模混合仿真技术等难关，研发出指定潮流自动构建和数据通信传输等技术，尤其是突破了至关重要的50微秒步长实时仿真技术。

“50微秒的实时仿真步长意味着，系统要在1秒钟内对华东电网6000个节点进行20000次计算。”朱艺颖解释。

“每一个CPU内核既要完成自己的任务，又要与其他CPU内核交互数据，还要完成与外接物理装置上万路信号的交互，且计算速度必须跟实际物理过程同步。”在朱艺颖看来，这好比让数字电网练就“凌波微步”。

2017年的一个夏夜，仿真中心实验室里灯火通明，几百个CPU内核飞速运转，几万路信号实时交互。当看到故障仿真模型仿真结果与实际波形几乎重合时，现场爆发出热烈的欢呼声——这意味着，包含11回直流的华东区域电网首次实现了精准的电磁暂态实时仿真，大电网被仿出来了！

破解“仿不准”

准确的仿真结果离不开精准的模型。在啃下大电网实时仿真这块“硬骨头”后，研发团队发现，仿真结果和电网实际运行情况仍存在较大差异，“仿不准”问题日益凸显。

造成“仿不准”的原因是什么？

时任仿真中心数字混合仿真研究室主任张星告诉记者，仿真建模涉及直流输电工程、新能源机组等多个环节，出于技术与商业的考虑，设备厂商将有关设备参数视为“独门绝技”，不愿意提供设备相关参数和控制逻辑。受限于此，研发团队只能参照经典控制理论进行建模。

“这会导致搭建的模型只能片面反映控制器的一部分性能指标，无法完整复现控制器的响应特性。”张星将此过程形容为“盲人摸象”。

而且，情况还在变得越来越复杂。由于电网工程涉及的设备厂家数量繁多，随着新的电网工程建设，仿真结果的准确性更加难以保证。

面对这一难以跨越的鸿沟，研发人员苦思解决方案。

“拿到数据的可能性微乎其微。那么，可不可以像安卓开放系统一样，让厂家自己封装数据建好模型，平台只需开放接口，将其像App一样安装进来？”张星大胆设想。

在国家电力调度控制中心的统筹下，大家很快达成了共识。

研发团队在仿真平台设置开放化接口，让厂家给自己的设备建模，实现模型和设备1∶1克隆后，再“安装”到仿真平台上来。

“这就好比厂家直接提供‘菜品’，配方却是保密的。”朱艺颖说，“而我们一样可以综合各家的‘菜品’，做出‘满汉全席’来。”

这样一来，既保护了厂家的知识产权，又实现了对控制逻辑的精确仿真。

在南瑞、许继等众多直流、新能源设备厂商的全力支持下，历时3年多，仿真中心终于建成了电磁暂态仿真平台的模型库，解决了复杂控制保护设备“仿不准”这一难题。

实现“仿得快”

“仿不准”解决了，“仿不快”又成为新问题。

“以前采用单机串行模式就能满足仿真计算要求，现在随着计算量指数级增长，这种模式提供的算力捉襟见肘。”李亚楼说，以往完成单个省级电网的仿真模拟，都要以“天”为单位，要实现全国规模的电网仿真，时间还会更长。

必须提高工作效率！“一项任务工作量太大时，可以拆分给多个人来干。同理，仿真计算量太大，那就交给服务器集群来处理。”张星就此提出了建设我国电力系统首个超算中心的设想。

彼时，国内虽有成熟的商用超算中心案例，但电力系统尚无专用的超算中心。从硬件架构设计到软件系统开发，都无经验可循。

CPU选型、数据网络交互方式、CPU冷却方案、软硬件融合可行性、计算适配性……研发团队一项一项理、一件一件干。

“4家国内主流厂商、10多个解决方案，被我们反复比较、来回测试。”张星回忆道，没有直接可用的方案，大家就集思广益，与供应商一起进行二次开发，持续改进、不断完善，逐一满足大电网高效仿真的特殊需求。

测评对比、计算验证、系统联调……解决方案终于确定下来。

硬件有了，但其性能的挖掘还得靠软件。张星比喻道：“犹如再强健的肌肉，如果没有神经系统指挥，那也毫无用处。”

在方案选型伊始，研发团队就潜心打造基于超算的仿真云计算架构，充分挖掘数万个CPU核的计算潜力，“软硬兼施”成功搭建出仿真平台专用超算中心。

如今，仿真平台已在国家电网得到全面应用。张星自豪地说：“过去，扫描分析主网架2.6万条线路、1.8万台变压器的安全风险，需耗时10天以上，现在只要不到5分钟。”

随着电力系统不断向高比例可再生能源、高比例电力电子设备的发展方向演变，其系统的复杂程度、对控制响应速度的要求都在快速上升。

“全国大电网是一个牵一发而动全身的系统，能源保障和安全是须臾不可忽视的‘国之大者’。”研发团队负责人、中国电力科学研究院副院长郭强表示，“团队将以‘十年磨一剑’的韧劲，心无旁骛攻坚克难，为提高国家能源安全和保障能力作出更大贡献！”

(责编：杨曦、陈键)

　　工人在对彩灯进行美饰处理。 　　李 艾摄（人民视觉）

　　工人在排线装灯。 　　李 艾摄（人民视觉）

　　自贡灯会上的灯组。 　　自贡市委宣传部供图

　　新春的四川自贡是座不夜城。遥望去，城市仿佛披着缤纷彩灯织就的华服，光影流转，似在翩然起舞。

　　中华彩灯大世界景区，第三十届自贡国际恐龙灯会现场热闹非凡——2月2日开园亮灯，截至2月11日入园游客已达37.35万人次。

　　彩灯是这座城市的名片，也成为当地经济发展的重要引擎：制灯售灯、策展办会，彩灯相关企业上千家，年产值约60亿元，国内灯展市场占有率达85％。

　　自贡彩灯的名声何止国内。30余年来，自贡灯会已在80多个国家和地区举办。

　　自贡彩灯为何这样亮？记者进行了探访。

　　发挥优势  建链扩销

　　自贡龙腾文化艺术有限公司生产车间，焊花飞溅，一条中国龙的骨架正在成形。另一侧，裱糊工将龙鳞拼贴上色，彩灯渐显神韵。

　　从设计形象、绘制图纸，到选用合适的材料做出造型、布置光源与传动设施，再到完成裱糊、粘贴和彩绘……彩灯制作流程繁多、对熟练工人的需求大。“自贡彩灯行业节庆期间加上临时用工，可以带动10万人就业。”公司董事长邓培林说。

　　早在1964年春节，自贡首届春节灯会亮起，这座城市从此与灯结缘。“我们是以盐业、化工、机械为主要产业的工业城市，工业门类齐全，能工巧匠云集。”自贡彩灯行业协会会长沈宏跃告诉记者，早年间灯会由政府主办、企事业单位做灯参展，“美工、钳工、电工等多个工种协作完成。灯会不只为节庆娱乐，还可以向群众展示生产建设成就。”

　　经过多年发展，如今的自贡彩灯，设计、制作、展出等环节分工日渐细化，催生出专业团队，积聚了产业潜力。不断完善的产业链上，上千家相关企业分工分类齐备，各自发挥作用。“玻纤、工艺灯等彩灯所需的原材料本地都能充分供应，生产没有后顾之忧。”邓培林所在的企业专攻彩灯设计与制造，利用工艺优势，业务范围已扩展到夜间造景、仿真恐龙等多个方向。

　　车间管理看板上，订单密密麻麻，不少来自国外。“自贡灯会有了知名度，推动彩灯产品在广交会等重要展会及各大国际销售平台亮相，好产品有了好销路。”邓培林说。

　　成立行业协会、制定自律公约、设立职称专业、发布从业人员薪酬指导价……近年来，自贡市多措并举引导彩灯产业健康发展。“企业间无序竞争减少，营商氛围更好了。”沈宏跃对彩灯产业的未来很有信心。

　　创新技艺  坚守匠心

　　烟花灯效映照下，巨大的机械年兽摇头晃脑，时不时发出吼叫声。本届自贡国际恐龙灯会上，科技范儿十足的《年兽贺岁》灯组吸引了不少观众驻足欣赏。

　　“灯组以彩灯工艺结合仿真恐龙机械传动的方式制作，别看它重达10吨以上，却能灵活地完成十几个动作。”本届灯会总策划人钟逸介绍，年兽还搭载了“AI大脑”，能与游客进行语音问答互动。

　　每年的灯会，既是自贡彩灯产业的“期末考”，更是推广会。优秀的工艺技术、制灯材料和设计理念，在灯会上集中展现在观众、客商面前。

　　新材料不断引入，“万物皆可成灯”。美轮美奂的《如梦飞天》灯组凝聚了多项创新尝试。为提升视觉效果，首次尝试采用水溶性树脂塑形，使人物面部几如真人；仙子脚下的云彩则开创性地全部用聚氨酯发泡剂做外饰，轻盈明丽。

　　设计理念也在迭代更新。热门游戏和潮玩IP角色坐上灯车，“潮”起来的灯会受到年轻观众喜爱。不拘泥于红、黄等暖色系，灯会尝试多样化色彩，使用喷枪、喷笔描摹色彩渐变，营造出流光溢彩的视觉效果。

　　据介绍，自贡彩灯全行业已拥有160余项专利，7000余项彩灯著作权。“创新是灯会的灵魂，也是产业竞争力的源泉。”钟逸说，2023年，自贡市彩灯企业在各地承接彩灯项目有200余个。

　　接续创新，离不开人才支撑。依托四川轻化工大学成立全国首个彩灯学院、在自贡职业技术学院等院校设立彩灯专业，自贡完善“中职—专科—本科—研究生”的四级彩灯人才培养体系，每年能培育超过2000名“彩灯工匠”。“源源不断地造血，文化传承、产业发展就有了不竭动力。”中国彩灯博物馆副研究馆员张方来说。

　　彩灯样式多变，匠心本色不改。本届灯会上，一只璀璨精致的彩灯孔雀备受关注，它的创作者是58岁的工匠刘俊才。为将孔雀做得逼真，刘俊才和工人一剪剪做出细如发丝的羽毛，单一片尾羽就要3000多剪，手上磨出厚厚的茧子。“能出好作品，花再多心血都值得。”刘俊才说。

　　扬帆出海  交流互鉴

　　2月11日，一场名为“奇幻世界、幻想之旅”的中国彩灯节在法国蒙托邦市落下帷幕，来自遥远东方的彩灯吸引观众超过30万人次。参观人数多，今年又恰逢中法建交60周年，这让参与举办此次法国灯会的自贡灯彩集团海外工程队队长黄明述很有成就感。

　　去年9月，黄明述与团队前往法国办展。“我们80多个人，包括彩灯设计、制作和安装所需的全部工种。”制灯的材料和半成品通过中欧班列或海运送达，团队到场后进一步加工，用3个月左右的时间，将灯组制作完善。

　　1990年，自贡彩灯首次走出国门赴新加坡展出。从此，自贡灯会扬帆出海，足迹到达80多个国家和地区，占据海外92%的灯展市场份额。2023年，自贡彩灯企业开展境外彩灯项目90个，实现文化出口5061万美元。

　　从事海外灯展工作20多年，黄明述去过不少国家，也积攒了很多心得：各国技术与安全标准不同，中国工匠需要下功夫适应；不少海外观众更注重彩灯的设计和工艺细节，所以作品容不得半点马虎。自贡成立彩灯元宇宙研发中心，将全息投影、激光水幕电影等技术广泛运用于海外灯会。“一定要把灯会办得安全、惊艳。”黄明述说。

　　不久前，灯彩集团收到一封来自法国观众阿兰卡的邮件。在邮件中，阿兰卡说，她连续多年在法国各地参观灯会，是中国文化的忠实“粉丝”。她今年举办婚礼，很希望现场能摆上中国的大熊猫彩灯。

　　“我们答应了阿兰卡的请求。”灯彩集团国际市场部总经理李仲文说，“要让更多外国观众喜欢中国彩灯，不仅要讲好中国故事，也需要用彩灯艺术表达当地的文化。”

　　文化在交流互鉴中更为多彩。本次在法国举办的灯会上，游客可以在一顶神奇魔法帽的引领下走进浩瀚星海、神秘森林等场景组成的奇幻世界，中国风光、大熊猫等元素穿插其间，中西文化元素成功联动。“我们在灯会上引入史努比、彼得兔等卡通形象，还将外国作家的绘本作品用彩灯诠释，这些展品深受外国观众喜爱。”李仲文介绍。

　　出海路上，有坚实的后盾支持。针对彩灯企业面临的法律纠纷多、融资难等问题，近年来，自贡市向企业精准提供涉外法律服务，创新推出“彩灯文化经营快贷”“彩灯e贷”等专属信贷产品，累计向彩灯企业发放贷款26.22亿元。

　　2023年，自贡成功创建国家对外文化贸易基地，迎来更多发展机遇。“我们将在企业集聚发展、知识产权保护等方面持续发力，不断壮大彩灯产业，让自贡彩灯更明亮。”自贡市文化广播电视和旅游局局长陈金洪说。

 

　　版式设计：沈亦伶

　　《 人民日报 》（ 2024年02月13日 02 版）

(责编：胡永秋、曹昆)