面臨挑戰(zhàn)

 

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

 

• 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)，實現(xiàn)精確、實時的電網(wǎng)仿真。

 

• 優(yōu)化平臺性能。針對國家電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)進行硬件和軟件優(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™處理器E5-2600系列和英特爾®以太網(wǎng)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(gòu)硬件優(yōu)化的風河*Linux*實時操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)采用風河Linux，同時利用英特爾®編譯器和軟件庫等進行系統(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、30000條母線的大規(guī)模復雜交直流(AC/DC)電力系統(tǒng)實施全數(shù)字實時仿真模擬。

 

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

 

• 優(yōu)化的性能。英特爾針對國家電網(wǎng)的需求進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)字實時仿真。

 

伴隨中國經(jīng)濟的高速增長，電網(wǎng)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(wǎng)中各種裝置使得電網(wǎng)的運行控制變得越來越復雜。對國家電網(wǎng)而言，不斷利用更新的技術(shù)手段改進或優(yōu)化電網(wǎng)ADPSS，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，從而為經(jīng)濟發(fā)展提供堅強的電力保障，變得越來越重要。

 

增強系統(tǒng)可擴展性，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)可擴展性的挑戰(zhàn)，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(jié)點實現(xiàn)電網(wǎng)實時的仿真。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)點時，會導致計算周期內(nèi)數(shù)據(jù)延遲增加，這不但會直接影響仿真性能，嚴重時還導致錯誤的仿真計算結(jié)果進而影響電網(wǎng)運行決策。”

 

除了擴展性的需求，國家電網(wǎng)ADPSS對系統(tǒng)的仿真延遲有著嚴格的需求。仿真系統(tǒng)從被測設備獲得輸入數(shù)據(jù)進行大規(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)定的運行，而且要求實時仿真的數(shù)據(jù)延遲保持較低和恒定的狀態(tài)。高延遲無法實現(xiàn)在線的實時電網(wǎng)仿真，延遲的抖動會導致在故障發(fā)生時無法確定是系統(tǒng)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(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。” 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(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處理器E5-2600系列的服務器，網(wǎng)卡采用英特爾®以太網(wǎng)千兆位服務器適配器I350，運行環(huán)境為風河Linux實時操作系統(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)進行了優(yōu)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(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)點而導致延遲增加，這滿足了國家電網(wǎng)ADPSS對擴展性的需求。”

 

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)濟建設做出更大貢獻。

 

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，而且提供風河實時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。

 

• 針對特定應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。