清華團(tuán)隊(duì)解決復(fù)雜電網(wǎng)自動(dòng)控制的核心難題之一

現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行越來越復(fù)雜，對(duì)于電壓控制自動(dòng)化的需求越來越迫切。清華大學(xué)推出的電壓自動(dòng)控制技術(shù)，能減少巨大的人力耗費(fèi)，保障電網(wǎng)在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的電壓分布，以較低的成本就能顯著降低損耗，既節(jié)能環(huán)保又安全可靠。

同時(shí)，近年來可再生能源大規(guī)模出現(xiàn)，由于電壓不同，它們要進(jìn)入超高壓電網(wǎng)，極易引發(fā)電網(wǎng)電壓的快速大幅波動(dòng)，甚至誘發(fā)大規(guī)模事故。而通過這項(xiàng)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)二者的安全銜接，保障能源安全。

該成果也實(shí)現(xiàn)了我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對(duì)美國的首例輸出，并成功進(jìn)入加拿大、馬來西亞等國的電力市場(chǎng)。??編者

清華大學(xué)孫宏斌團(tuán)隊(duì)解決復(fù)雜電網(wǎng)自動(dòng)控制的核心難題之一

“簡(jiǎn)單”控電壓，真不簡(jiǎn)單

復(fù)雜電網(wǎng)的電壓控制，一直是世界性難題。最近20年國際上的歷次大停電事故，都與這個(gè)難題有關(guān)。如何讓復(fù)雜電網(wǎng)的電壓控制不再復(fù)雜？旨在破解這一難題的“復(fù)雜電網(wǎng)自律?協(xié)同無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果鑒定會(huì)日前在清華大學(xué)舉行。

據(jù)介紹，這一成果極大地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，目前已在22個(gè)省級(jí)電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，一年幫助江蘇電網(wǎng)節(jié)約近億度電的損耗，并實(shí)現(xiàn)了我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對(duì)美國的首例輸出，“使得中國在電壓控制領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先于世界”。

讓電壓控制從人工走向自動(dòng)，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)

以前我國采取依靠人工、分散控制的方法，實(shí)時(shí)控制電網(wǎng)。在各級(jí)電網(wǎng)的控制中心和發(fā)電廠、變電站等地方，都有24小時(shí)值班的調(diào)度操作人員，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就逐級(jí)打電話，要求相應(yīng)單位進(jìn)行調(diào)整。這種方式不僅耗費(fèi)巨大的人力，依賴于調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)，而且并不能從有利于整個(gè)電網(wǎng)全局的角度做出有效的協(xié)調(diào)。

因此，讓電壓控制從人工走向自動(dòng)，顯得尤為必要??對(duì)實(shí)時(shí)采集到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用有效的算法形成決策，并對(duì)電網(wǎng)中的各類無功電壓控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以使得整個(gè)電網(wǎng)時(shí)時(shí)刻刻處于最佳的電壓狀態(tài)，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)。

然而，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的自動(dòng)電壓控制，并不容易。首先，控制對(duì)象很復(fù)雜，尤其近年來我國風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量位居世界首位，光伏裝機(jī)占第二位。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，給安全運(yùn)行帶來威脅，這成為我國大規(guī)�？稍偕�能源接入電網(wǎng)的主要障礙之一；第二，控制模式復(fù)雜，我國的互聯(lián)大電網(wǎng)是由空間上分布的多級(jí)控制中心共同調(diào)度的，如何協(xié)調(diào)是難題；第三，這還是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，本身求解起來就有難度。

“我們采用了‘自律+協(xié)同’的技術(shù)路線。控制對(duì)象復(fù)雜，我們就根據(jù)特性將其分成不同的群，做自律控制，從而使問題簡(jiǎn)化。但又不能放任每個(gè)部分各自為政，就再通過方法將他們協(xié)同起來，勁往一處使，保障電網(wǎng)在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的電壓分布，達(dá)到全局最優(yōu)的目標(biāo)�！鼻迦A大學(xué)電機(jī)系教授、該成果的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人孫宏斌說。

我國先進(jìn)電壓控制系統(tǒng)完成對(duì)美國的首例輸出

“安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保是電網(wǎng)運(yùn)行的四大目標(biāo)，我們的研究，始終圍繞著如何通過自動(dòng)控制技術(shù)，讓運(yùn)行人員能夠更好地駕馭日益復(fù)雜的電網(wǎng)而展開�！闭n題組成員、清華大學(xué)電機(jī)系副教授郭慶來說。

在實(shí)際應(yīng)用中，這套系統(tǒng)能夠顯著降低電網(wǎng)輸送過程中的損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)投運(yùn)后，一年節(jié)約近1億度電的損耗，相當(dāng)于年節(jié)省開支約5000萬元。美國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)的節(jié)能降損收益約850萬美元，同時(shí)，5個(gè)關(guān)鍵輸電通道的傳輸極限分別提高了7.6%至16.1%，供電可靠性大大提高�！澳壳埃�中國的電網(wǎng)每年損耗大約是3600億度電，相當(dāng)于每人每天浪費(fèi)了1度電。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)不需要增加任何設(shè)備投入，僅通過控制的手段就能顯著降低損耗�！睂O宏斌說。

針對(duì)大規(guī)模間歇式可再生能源接入電網(wǎng)的問題，孫宏斌團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模風(fēng)電匯集接入的電壓控制技術(shù)。截至2015年底，已在我國6個(gè)大型風(fēng)光基地和102座大型風(fēng)光場(chǎng)站應(yīng)用，接入?yún)f(xié)同控制的風(fēng)/光能源總裝機(jī)48.7GW，占全國并網(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。

截至2015年底，該系統(tǒng)已經(jīng)在華北、華東、華中、西北、南方、西南六大區(qū)域電網(wǎng)和北京、天津、重慶、江蘇等22個(gè)省級(jí)電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，共接入常規(guī)電廠716座，總裝機(jī)容量7.55億千瓦。其間團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了14項(xiàng)國家級(jí)課題，申請(qǐng)發(fā)明專利近90項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇，境外專題特邀報(bào)告20余次。

該成果還成為了美國電網(wǎng)第一個(gè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，也成為我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對(duì)美國的首例輸出。隨后，相關(guān)成果又被推廣到馬來西亞國家電網(wǎng)和加拿大BCHydro電網(wǎng)。美國能源部顧問、美國國家工程院院士博斯教授認(rèn)為，該成果“使得中國在電壓控制領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先于世界”