我國先進大電網(wǎng)控制系統(tǒng)首次輸出美國

    從教育部近日召開的“復雜電網(wǎng)自律——協(xié)同無功電壓自動控制系統(tǒng)關鍵技術及應用”科研成果鑒定會上獲悉，歷經(jīng)20年研發(fā)，作為一項保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟運行、實時控制電網(wǎng)電壓的科技成果，該技術目前已在我國絕大部分大區(qū)域電網(wǎng)和省級電網(wǎng)應用，并實現(xiàn)了對美國的首例輸出。

    項目負責人、清華大學電機系教授孫宏斌介紹，電的質(zhì)量如何，關鍵之一在電壓質(zhì)量。對電力系統(tǒng)而言，負荷經(jīng)常發(fā)生變化，故障不可避免，要維持系統(tǒng)的電壓安全，需要實時進行調(diào)節(jié)。以前各國都采取的是依靠人工分散控制的方法，不僅耗費巨大人力，還不利于從全局的角度協(xié)調(diào)整個電網(wǎng)的安全。“尤其是在經(jīng)濟發(fā)達、用電量大的地區(qū)，電從遠方輸送過來，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，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，國際上的美加大停電、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。

    而通過實時采集電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析，利用有效算法形成決策，并對電網(wǎng)中的各類無功電壓控制設備進行協(xié)調(diào)控制，使得整個電網(wǎng)時時刻刻處于最佳的電壓狀態(tài)，就能保障電網(wǎng)運行的安全和經(jīng)濟。但在復雜電力系統(tǒng)中實現(xiàn)系統(tǒng)級的自動電壓控制是一個重大難題。“為了應付這種復雜性，我們采取了‘自律協(xié)同’的技術路線。”孫宏斌將這種技術路線描述為一個“蹺蹺板”，“一邊是自律，一邊是協(xié)同，通過自律使控制簡化、可靠、敏捷，通過協(xié)同，保證目標一致、全局最優(yōu)，而我們所做的就是如何在自律與協(xié)同之間找到那個微妙的平衡點。”

    除了保障電網(wǎng)安全之外，該技術還在節(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和經(jīng)濟效益。

    據(jù)統(tǒng)計，該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)投運后，一年可節(jié)約近1億度電的損耗，相當于年節(jié)省開支約5000萬元人民幣。在美國PJM電網(wǎng)持續(xù)半年的運行數(shù)據(jù)也表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了節(jié)能降損收益約850萬美元，在顯著降低網(wǎng)損取得巨大經(jīng)濟效益的同時，五個關鍵輸電通道的傳輸極限分別提高了7.6%~16.1%，為PJM電力市場帶來了巨大的電價降低效益，此外還提高了供電可靠性帶來的社會效益。“中國電網(wǎng)目前每年的損耗大約是3600億度電，相當于每人每天浪費了近1度電，相當于多消耗了1.5億噸煤。”孫宏斌說，“而通過我們的自動電壓控制系統(tǒng)，不需要增加任何設備投入，僅通過控制的手段，就能顯著降低損耗，起到四兩撥千斤的效果。”

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

    針對這一新出現(xiàn)的重大挑戰(zhàn)，孫宏斌團隊提出并實現(xiàn)了大規(guī)模風電匯集接入的自律協(xié)同電壓控制技術。截至2015年年底，已在我國6個大型風光基地應用和102座大型風光場站應用，已經(jīng)接入?yún)f(xié)同控制的風/光能源總裝機48.7GW，占全國并網(wǎng)風/光能源總裝機的37%，有效保障了新能源基地和電網(wǎng)的安全運行，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個省級電網(wǎng)得到推廣應用，接入控制的機組的總裝機容量達7.55億千瓦，占全國水火電裝機總?cè)萘康?6%。

    鑒定委員會專家認為，該項目取得了重大的原創(chuàng)性科研成果，引領了電力系統(tǒng)電壓控制領域的發(fā)展與進步，填補了北美在該領域應用的空白，是中國先進大電網(wǎng)控制系統(tǒng)首次輸出北美，具有里程碑意義。<