计算软件

量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算复杂问题上提供指数级加速，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。近年来，国内外量子计算处理器呈现并行发展态势，量子比特数、逻辑门保真度等关键性能指标逐步提升。与此同时，量子计算软件作为连接使用者与量子计算硬件处理器的关键纽带，也在保持同步发展，其与量子计算硬件处理器相结合，可为科学研究和行业应用提供有力支持。量子软件开发工具链涉及量子汇编语言、量子中间表示和高级量子程序设计语言等，其中量子汇编语言、量子中间表示作为面向量子计算硬件处理器的底层软件，是现阶段研发重点，国内外科技巨头及量子初创企业争相布局。为深入了解量子汇编语言和量子中间表示的最新进展，分析其未来发展趋势，联盟组织研究编写了《量子汇编语言和量子中间表示发展白皮书》，旨在为业界知悉相关前沿进展提供一定参考。

党和国家对质量高度重视，“质量强国”已写入质量发展纲要、政府工作报告和国家“十三五”规划。国网公司深入推进电网设备质量管理，提出“优化采购评审规则，严格专业检测，加强设备厂商业绩评价，进一步选好选优设备”和“选质量最好的设备、选管理最强的乙方”的统一部署。2015年以来，湖北公司在国网设备部指导下，健全设备质量监督管控体系，创新开展供应商设备质量评价工作，强化运维专业缺陷、故障等多维信息向物资采购部门的反馈，提高采购设备质量，推进“质量强网”。首次采用知识图谱技术，利用图数据库和人工智能领域的最新成果，将各业务系统的数据和外部互联网信息全面融合，形成电力装备质量管理全景知识，精准发现数据间内在的本质关联关系，真正挖掘数据资产价值。 一是首次提出一套全过程设备质量评估技术体系，制定并发布了变压器类、高压开关类、输电线路类、高压电缆及附件类、无功补偿类设备质量评级技术导则等五项国网公司企业标准。二是建立一套设备质量评估管理体系，下发了《国家电网有限公司运检环节电网设备供应商绩效评价管理办法》《国网湖北省电力公司设备质量评级管理规范》《国网湖北省电力公司设备抽检监造技术监督指导意见》等，为规范开展设备质量评级工作，推动评级结果的落地应用奠定基础。三是构建评估信息系统，推进成果在国网公司系统全面应用。开发电网设备质量评估模块和一体化评价计算软件，实现评价工作全流程线上流转，提高评价工作效率和结果可视化水平。组织国网系统内27家单位，自2017年至2019年开展五轮供应商设备绩效评价和应用，评价结果应用于国网公司物资招标采购。四是不断优化电力设备质量评估机制，创新探索省公司和国网公司两级评价算法。充分落实“谁使用，谁评价”的原则，应用最新一轮评价数据开展两级评价算法研究与试算。五是创新应用知识图谱技术等人工智能技术，全方位挖掘数据价值。开展电网关键主设备质量提升分析研究，应用知识领域映射地图，深度探索设备缺陷及质量问题发展进程与结构关系，多维度分析设备故障或缺陷原因及规律，为促进供应商产品质量提升和运维检修策略优化提供具体建议。 电网设备全过程质量评估的推广应用，一方面从生产厂家设计制造环节开始，有效提升设备质量水平；另一方面为电网设备的招标采购提供决策依据，严格把控入网设备质量第一关口，对维护电网安全稳定具有重要的意义。

本项目成果首次形成国际直流工程成套设计技术体系，提出了单12脉动换流器±800kV换流站避雷器立体配置方法、适用于双回直流接地极共用的主接线方案、双回士800kV直流系统协调控制技术，以及换流站阀厅及金具设计方案。基本解决问题：首次研发与直流输电工程高可用率要求相适应的可靠性分析计算方法，并开发具有自主知识产权的直流系统可靠性分析计算软件；提出基于谐波时域分段技术的设备损耗计算方法，开发具有自主知识产权的换流站损耗分析计算软件，并首次提出特高压直流换流站损耗优化设计的工程实现手段。本项目授权发明专利6项，获得软件著作权3项，形成国家电网公司企业标准3项，发表学术论文8篇。

软导线拉力计算是根据软导线各荷载点受力力矩之和为零的原理组成方程，从而求得每个受力点下垂距离。各工况下荷载点受力需考虑设备材料本身质量覆冰重量、风压力影响以及不同上人检修或设备挂在线上增加荷重的综合影响。由上述各种荷载在垂直方向分量的累加求和为该点实际的受力。 再根据不同工况的状态方程，组成方程组，以一个已知状态为参考点，求出其他各种工况、气象条件下的弧垂，从而检验弧垂是否满足要求。 为高效而准确计算高次高阶方程组，开发中采用牛顿送代法进行求解并编制算法模块。牛顿-拉夫逊法是一种经典的解非线性方程的方法，广泛应用在电力系统的各类计算中，它是用选代的方法求解高阶非线性间题的方法，其具体操作过程是将非线性方程逐次线性化变为与之对应的线性方程，再对变换后的线性方程问题进行求解。 本软件可自动计算软导线各种比载、应力、反力、弧垂、次档距等多类数据，并具有直观化输出界面；参数丰富，适用广泛；编制人性化操作界面，使软件操作更容易；方便快捷生成详尽的报告书，格式严整清晰，并有中英双语可选；具有常见设备材料数据库，方便调用，并可随时扩充。从根本上解决了同类软件功能简单、操作不便、适用范围小、精度低等缺点。目前该软件已获得国家版权局软件著作权。

研究生物质在流化床燃烧过程的结焦问题，分析钾盐形式和含量对生物质灰烧结熔融特性的影响。 方法 借助扫描电子显微镜耦合能谱仪、X射线衍射仪、X射线荧光分析仪和FactSage热力学计算软件，通过实验分析了生物质合成灰的烧结熔融特性和矿物转变规律。 结果 在流化床的典型运行温度750~950 ℃范围内，合成灰的烧结熔融程度随温度以及钾盐质量分数的增加而加剧。此外，钾盐形式不同，其对生物质合成灰的烧结熔融特性的影响也有显著差异：钾盐为K2CO3时，合成灰中液相比例最高可达34.36%，合成灰由此发生严重烧结；钾盐为KCl时，大部分K和Cl元素在750~850 ℃逃逸，合成灰的烧结程度较K2CO3有所减弱；钾盐为K2SO4时，合成灰中液相含量最少，烧结熔融程度也最弱。 结论 改变钾盐的存在形式并控制床温，有望缓解生物质在流化床燃烧过程的结焦问题。

1.变电站全站核验原理变电站核验分为电流回路核验和电压回路核验。（1）电流回路核验变电站CT较多且分散，电流回路核验需分数次完成。试验时，将变压器视作负载，选择台适的接地点，变压器某侧母线加压（具体哪一侧应根据变压器参数计算，选择对电源要求最低的那侧），形成回路并产生一次电流，即可对相应回路上所有CT的极性、变比、二次回路进行校验。（2）电压回路核验加压点位于变压器低压侧母线，加压前，通过分合相关隔离开关、断路器，确保电压能到达待核验PT，PT带电后就可实施定相、核相、并列、解列等试验。具体试验方法详见附录《变电站核验方案》。 创新点：1.优化原有的变电站全站交流电气量校核试验流程，提出了一套针对特高压变电站的核验方案，提升了核验完整性。结合特高压变电站一次系统特点，制定核验方案，不仅可以对全站电流回路、CT极性及变比进行校验，还可以验证全站电压回路、PT变比等的正确性，核验范围更广。2.研制了一套变电站模拟投运智能校验系统，提高试验效率，解决了原有试验方法部分数据无法准确测量的问题。3.分析了特高压变压器注流试验绕组电流计算方法，并开发了计算软件。对于特高压变压器，除了主体变外，还配有调压变和补偿变，CT配置多，电流回路复杂。现场试验时，输入相关参数可以较快计算出各绕组CT二次电流理论值，便于分析电流回路及变比是否正确。专利：获得3项发明专利，3项实用新型专利。该成果从根本上解决了变电站主变加压核验方法的问题。

针对现存大量传感设备未充分发挥作用，各专业系统自成体系，传感设备重复部署，难以满足终端统一接入的管理要求；无法充分挖掘数据在提高电网安全运行水平、效率效益和工作质量等方面的价值，传统的在线监测仍主要依赖于值班人员的专业素养和主观能动性；网建设认识不深，标准接入方式普及有限，接入设备缺乏统一标准，错误接入等问题，基于电力物联网架构体系的安全接入、设备管理及边缘计算、嵌入式系统的软硬件架构的要求，秉承“边端分离”的思路，开发出智慧变电站物联感知边缘物联代理（接入节点）应用解决方案。该装置是一套统一的应用于输、变、配电的边缘物联代理装置（接入节点），用于解决边端一体造成的单一现场配置多个边缘代理或感知终端重复配置的问题，是电力物联网感知层的核心设备，是实现“数据一个源”和“统一接入、边缘智能、共享共用”的关键设备。通过在输、变、配电系统中配置边缘物联代理，实现各种微功率、低功耗无线传感器以及有线传感器的自由组网，南向可实现不同厂家、不同类型、不同协议、不同通信方式的传感器数据接入配置，实现汇聚单元统一接口协议和统一通信协议接入，北向可通过安全加密芯片或安全加密程序实现与汇聚单元及物联网平台的安全通信。凭借EdgeX Foundry（国际物联网边缘计算软件框架），实现边缘算法App在边缘物联代理（接入节点）本地搭载，也可以通过云端对本节点内的边缘算法App进行远程更新，实现高级应用算法远程部署，充分发挥传感设备数据的价值。

软导线拉力计算是根据软导线各荷载点受力力矩之和为零的原理组成方程，从而求得每个受力点下垂距离。各工况下荷载点受力需考虑设备材料本身质量覆冰重量、风压力影响以及不同上人检修或设备挂在线上增加荷重的综合影响。由上述各种荷载在垂直方向分量的累加求和为该点实际的受力。 再根据不同工况的状态方程，组成方程组，以一个已知状态为参考点，求出其他各种工况、气象条件下的弧垂，从而检验弧垂是否满足要求。 为高效而准确计算高次高阶方程组，开发中采用牛顿送代法进行求解并编制算法模块。牛顿-拉夫逊法是一种经典的解非线性方程的方法，广泛应用在电力系统的各类计算中，它是用选代的方法求解高阶非线性间题的方法，其具体操作过程是将非线性方程逐次线性化变为与之对应的线性方程，再对变换后的线性方程问题进行求解。 本软件可自动计算软导线各种比载、应力、反力、弧垂、次档距等多类数据，并具有直观化输出界面；参数丰富，适用广泛；编制人性化操作界面，使软件操作更容易；方便快捷生成详尽的报告书，格式严整清晰，并有中英双语可选；具有常见设备材料数据库，方便调用，并可随时扩充。从根本上解决了同类软件功能简单、操作不便、适用范围小、精度低等缺点。目前该软件已获得国家版权局软件著作权。

蒸汽发生器（以下简称 SG）是核岛主回路中最重要的设备之一，其工作状态影响着整个核电站的动态特性，对核电站的安全性、经济性都有重大影响。据压水堆核电站事故统计显示，在 SG 破坏的核电站中，有四分之一的核电站其 SG 破坏的主要原因即是因为传热管的流致振动，造成了巨大的经济损失和负面影响。本项目针对 SG 传热管束在二次侧流体的作用下易发生流致振动导致管道破坏，该破坏难以定量分析和预测的难题，研究了 SG 管束流致振动分析方法，开发了国内首款涵盖非线性分析功能的流致振动分析专用软件 FIVA。通过本软件，实现了对 SG 中暴露于湍流且横向流速很高管子的振动破坏风险进行预测性分析，判断由流动引起的管子振动是否可以接受，以及在寿期内是否会出现疲劳、磨损引起的管子损坏。 本项目根据面向对象思想，以类的形式实现不同功能之间的互相调用，预留了多个接口可实现不同输入文件的读取和导入以及增强了可扩展性。本项目遵循软件工程学的方法，采用多种测试手段确保了测试代码的覆盖率达到 100%，同时经过严格的软件 V&V,确保了计算结果的正确性和有效性及 FIVA 软件的可靠性。本项目依托中广核工程有限公司两项科研课题，研发了具有自主知识产权的专用软件，专利受理 2 项，取得软件著作权 1 项，发表核心期刊论文 4 篇，通过了同行业专家评审，经鉴定整体技术达到国内领先、国际先进水平，对形成国内 SG 自主研发设计能力具有重大意义。FIVA 软件可适用于多种型号和结构（现有的 CPR1000、AP1000、EPR 等堆型）的 SG，在华龙一号项目 SG 的自主设计研发以及阳江、宁德、红沿河等多个项目上有成功应用。同时，可进一步推广应用于核电行业其他工程项目，具有广阔的应用前景。