我國(guó)先進(jìn)大電網(wǎng)控制系統(tǒng)首次輸出美國(guó)

    從教育部近日召開(kāi)的“復(fù)雜電網(wǎng)自律——協(xié)同無(wú)功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”科研成果鑒定會(huì)上獲悉，歷經(jīng)20年研發(fā)，作為一項(xiàng)保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、實(shí)時(shí)控制電網(wǎng)電壓的科技成果，該技術(shù)目前已在我國(guó)絕大部分大區(qū)域電網(wǎng)和省級(jí)電網(wǎng)應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)美國(guó)的首例輸出。

    項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)電機(jī)系教授孫宏斌介紹，電的質(zhì)量如何，關(guān)鍵之一在電壓質(zhì)量。對(duì)電力系統(tǒng)而言，負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生變化，故障不可避免，要維持系統(tǒng)的電壓安全，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以前各國(guó)都采取的是依靠人工分散控制的方法，不僅耗費(fèi)巨大人力，還不利于從全局的角度協(xié)調(diào)整個(gè)電網(wǎng)的安全。“尤其是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用電量大的地區(qū)，電從遠(yuǎn)方輸送過(guò)來(lái)，就向瀑布注入深潭一樣，容易形成電壓的凹陷區(qū)。這種凹陷區(qū)如果遇到突發(fā)故障，非常容易發(fā)生連鎖反應(yīng)，就像推倒多米諾骨牌一樣，引發(fā)大面積停電事故。”孫宏斌說(shuō)，國(guó)際上的美加大停電、希臘大停電等事故，都反映出電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓安全是世界性難題。

    而通過(guò)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用有效算法形成決策，并對(duì)電網(wǎng)中的各類無(wú)功電壓控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使得整個(gè)電網(wǎng)時(shí)時(shí)刻刻處于最佳的電壓狀態(tài)，就能保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)。但在復(fù)雜電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的自動(dòng)電壓控制是一個(gè)重大難題。“為了應(yīng)付這種復(fù)雜性，我們采取了‘自律協(xié)同’的技術(shù)路線。”孫宏斌將這種技術(shù)路線描述為一個(gè)“蹺蹺板”，“一邊是自律，一邊是協(xié)同，通過(guò)自律使控制簡(jiǎn)化、可靠、敏捷，通過(guò)協(xié)同，保證目標(biāo)一致、全局最優(yōu)，而我們所做的就是如何在自律與協(xié)同之間找到那個(gè)微妙的平衡點(diǎn)。”

    除了保障電網(wǎng)安全之外，該技術(shù)還在節(jié)能減排和支撐大規(guī)模可再生能源接納等方面取得了巨大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)投運(yùn)后，一年可節(jié)約近1億度電的損耗，相當(dāng)于年節(jié)省開(kāi)支約5000萬(wàn)元人民幣。在美國(guó)PJM電網(wǎng)持續(xù)半年的運(yùn)行數(shù)據(jù)也表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降損收益約850萬(wàn)美元，在顯著降低網(wǎng)損取得巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，五個(gè)關(guān)鍵輸電通道的傳輸極限分別提高了7.6%~16.1%，為PJM電力市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的電價(jià)降低效益，此外還提高了供電可靠性帶來(lái)的社會(huì)效益。“中國(guó)電網(wǎng)目前每年的損耗大約是3600億度電，相當(dāng)于每人每天浪費(fèi)了近1度電，相當(dāng)于多消耗了1.5億噸煤。”孫宏斌說(shuō)，“而通過(guò)我們的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，不需要增加任何設(shè)備投入，僅通過(guò)控制的手段，就能顯著降低損耗，起到四兩撥千斤的效果。”

    另一方面，近年來(lái)我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量位居世界首位，光伏裝機(jī)占第二位，面臨著大規(guī)模的可再生能源接入電網(wǎng)的問(wèn)題。然而，風(fēng)、光發(fā)電等可再生能源的輸入是間歇性的，會(huì)引起電網(wǎng)電壓的快速、大幅度波動(dòng)，甚至誘發(fā)大規(guī)模連鎖脫網(wǎng)事故，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)威脅，這也成為我國(guó)大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)的主要障礙之一。

    針對(duì)這一新出現(xiàn)的重大挑戰(zhàn)，孫宏斌團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模風(fēng)電匯集接入的自律協(xié)同電壓控制技術(shù)。截至2015年年底，已在我國(guó)6個(gè)大型風(fēng)光基地應(yīng)用和102座大型風(fēng)光場(chǎng)站應(yīng)用，已經(jīng)接入?yún)f(xié)同控制的風(fēng)/光能源總裝機(jī)48.7GW，占全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)/光能源總裝機(jī)的37%，有效保障了新能源基地和電網(wǎng)的安全運(yùn)行，顯著提高了電網(wǎng)消納間歇式新能源的能力。

    據(jù)悉，該成果自2003年江蘇電網(wǎng)成功運(yùn)行，至2015年年底，已在華北、華東等6大區(qū)域電網(wǎng)和北京、天津等22個(gè)省級(jí)電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，接入控制的機(jī)組的總裝機(jī)容量達(dá)7.55億千瓦，占全國(guó)水火電裝機(jī)總?cè)萘康?6%。

    鑒定委員會(huì)專家認(rèn)為，該項(xiàng)目取得了重大的原創(chuàng)性科研成果，引領(lǐng)了電力系統(tǒng)電壓控制領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步，填補(bǔ)了北美在該領(lǐng)域應(yīng)用的空白，是中國(guó)先進(jìn)大電網(wǎng)控制系統(tǒng)首次輸出北美，具有里程碑意義。<