我國先進大電網控制系統首次輸出美國

    從教育部近日召開的“復雜電網自律——協同無功電壓自動控制系統關鍵技術及應用”科研成果鑒定會上獲悉，歷經20年研發，作為一項保證電網安全和經濟運行、實時控制電網電壓的科技成果，該技術目前已在我國絕大部分大區域電網和省級電網應用，并實現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，電的質量如何，關鍵之一在電壓質量。對電力系統而言，負荷經常發生變化，故障不可避免，要維持系統的電壓安全，需要實時進行調節。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調整個電網的安全。“尤其是在經濟發達、用電量大的地區，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。這種凹陷區如果遇到突發故障，非常容易發生連鎖反應，就像推倒多米諾骨牌一樣，引發大面積停電事故。”孫宏斌說，國際上的美加大停電、希臘大停電等事故，都反映出電網系統的電壓安全是世界性難題。

    而通過實時采集電網數據進行分析，利用有效算法形成決策，并對電網中的各類無功電壓控制設備進行協調控制，使得整個電網時時刻刻處于最佳的電壓狀態，就能保障電網運行的安全和經濟。但在復雜電力系統中實現系統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，一邊是協同，通過自律使控制簡化、可靠、敏捷，通過協同，保證目標一致、全局最優，而我們所做的就是如何在自律與協同之間找到那個微妙的平衡點。”

    除了保障電網安全之外，該技術還在節能減排和支撐大規模可再生能源接納等方面取得了巨大社會和經濟效益。

    據統計，該系統在江蘇電網投運后，一年可節約近1億度電的損耗，相當于年節省開支約5000萬元人民幣。在美國PJM電網持續半年的運行數據也表明，該系統實現了節能降損收益約850萬美元，在顯著降低網損取得巨大經濟效益的同時，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，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，面臨著大規模的可再生能源接入電網的問題。然而，風、光發電等可再生能源的輸入是間歇性的，會引起電網電壓的快速、大幅度波動，甚至誘發大規模連鎖脫網事故，給電網的安全運行帶來威脅，這也成為我國大規模可再生能源接入電網的主要障礙之一。

    針對這一新出現的重大挑戰，孫宏斌團隊提出并實現了大規模風電匯集接入的自律協同電壓控制技術。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，已經接入協同控制的風/光能源總裝機48.7GW，占全國并網風/光能源總裝機的37%，有效保障了新能源基地和電網的安全運行，顯著提高了電網消納間歇式新能源的能力。

    據悉，該成果自2003年江蘇電網成功運行，至2015年年底，已在華北、華東等6大區域電網和北京、天津等22個省級電網得到推廣應用，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容量的56%。

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