改革開放40年來，中國電力在調(diào)度控制方面取得了巨大的發(fā)展成就。作為著名的自動控制和電力系統(tǒng)動態(tài)學(xué)專家，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)電機(jī)系教授盧強(qiáng)在電力系統(tǒng)最優(yōu)控制等領(lǐng)域的理念和研究成果，很大程度上推動了我國電力系統(tǒng)調(diào)控自動化水平和理念的提升。日前，盧強(qiáng)接受本報記者采訪，講述了對改革開放40年來電力行業(yè)發(fā)展的記憶以及對未來的展望。
電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù) 變革驚艷于世
“改革開放40年來，中國電力的發(fā)展與中國經(jīng)濟(jì)幾乎同步?！北R強(qiáng)認(rèn)為，改革開放40年來，中國電力在整體上保持了較為平穩(wěn)的發(fā)展勢頭，取得了顯著的成就。他對于電力系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)的進(jìn)步感觸最深。
上世紀(jì)70年代之前，中國只有一些發(fā)電廠和輸電線路，還沒有形成電力系統(tǒng)，直到1972年。
“1972年7月，從丹江口水電站到武漢的高壓輸電線路，由于人為操作不當(dāng)，發(fā)生了三相短路，直接造成整條線路跳閘，瞬間切斷了武漢鋼鐵廠的供電。”盧強(qiáng)回憶此事，仍然心有余悸，“武鋼沒了電，冷卻水就中斷了，如果在5分鐘內(nèi)不能供應(yīng)冷卻水，4臺高爐將會坍塌，變成一堆廢鐵，整個武鋼也將毀滅。”
幸好，武鋼在長江江心預(yù)留了一個江心水泵，當(dāng)時武漢地區(qū)有一個裝機(jī)容量僅1萬千瓦的小型電廠。電廠果斷切斷了與整個系統(tǒng)的聯(lián)系，獨立向江心水泵供電，武鋼才得以幸存。此后，人們意識到建立電力系統(tǒng)的調(diào)度控制管理中心的必要。
“改革開放初期，中國電力調(diào)度工作，只能依靠調(diào)度人員的經(jīng)驗手動操控?！北R強(qiáng)說，當(dāng)時，中國并沒有具有初步自動化的調(diào)度管控系統(tǒng)，只能引進(jìn)國外的能量管理系統(tǒng)（EMS：Energy Management System）?！皬纳鲜兰o(jì)80年代初，我國開始了電力界無人不知的‘四大電網(wǎng)（華北、東北、華東、華中）引進(jìn)’，高價引進(jìn)歐美發(fā)達(dá)國家的EMS軟件。這其實并非今天我國調(diào)度所用的真正意義上的EMS，只是一個數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)自動處理單元?！?/span>
在引進(jìn)的基礎(chǔ)上，中國電力科研人員開始了對電力調(diào)控技術(shù)的吸收消化，并走上了再創(chuàng)造的道路。盧強(qiáng)舉例說明，當(dāng)時引進(jìn)的EMS系統(tǒng)缺少一個重要的組成部分——狀態(tài)估計單元?！斑@一軟件的主要作用簡單地講就是將接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)去偽存真，最終依靠準(zhǔn)確性較高的數(shù)據(jù)對整個電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。”盧強(qiáng)說，當(dāng)時，中國電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)電機(jī)系的教授和他們的學(xué)生承擔(dān)了狀態(tài)估計軟件的開發(fā)。到了上世紀(jì)90年代初，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的EMS研發(fā)成功，并經(jīng)過不斷創(chuàng)新和改進(jìn)應(yīng)用至今。
“電力系統(tǒng)管控和運(yùn)行與軍隊打仗是一個道理。軍隊打仗需要有指揮中心，根據(jù)戰(zhàn)場瞬息萬變的情況，靈活調(diào)度軍隊。電力系統(tǒng)也是如此，有了EMS系統(tǒng)，就有了電力的自動化調(diào)度控制中心?，F(xiàn)在，我國的EMS處于國際領(lǐng)先水平。世界各大國電力系統(tǒng)均發(fā)生過大范圍長時間停電事故，獨我國沒有，這就是明證。從‘四大網(wǎng)引進(jìn)’到今天具有自主知識產(chǎn)權(quán)并領(lǐng)先于世的EMS，這種電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域驚艷于世的大變革，不正是改革開放40年成就的一角嗎？”盧強(qiáng)說。
電力系統(tǒng)最優(yōu)控制 帶來科技自信的思考
能源技術(shù)革命是“四個革命、一個合作”能源戰(zhàn)略的重要組成部分?；仡欀袊娏ο到y(tǒng)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展歷程，盧強(qiáng)深刻體會到科技自信對于能源技術(shù)革命的重要意義。
“這還要提到電力系統(tǒng)的最優(yōu)控制技術(shù)?！北R強(qiáng)說，對于較大型的電力系統(tǒng)而言，交流遠(yuǎn)距離輸電具有一個穩(wěn)定極限，如果某輸電線路的輸送功率超過極限值就會引起“自發(fā)振蕩”，震蕩幅度漸增，就會引發(fā)整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞。上世紀(jì)七八十年代，這一度成為國內(nèi)外電力同行亟需攻克的技術(shù)難關(guān)。
“39年前，美國GE公司的兩位工程師提出了‘電力系統(tǒng)鎮(zhèn)定器’（PSS）的概念。幾乎同時，清華大學(xué)提出了多輸入量的‘線性最優(yōu)控制’理念。我也參與了該理念的工程實現(xiàn)研究工作，并在1982年出版了《輸電系統(tǒng)最優(yōu)控制》專著。”盧強(qiáng)解釋道，我國所提出的線性最優(yōu)控制器輸入量有電壓、功率、頻率和勵磁電壓偏差4種輸入變量，并具有嚴(yán)格意義上的最優(yōu)協(xié)同控制能力，比GE公司的PSS足足領(lǐng)先了一代，至今代差依舊存在。
但在上世紀(jì)八九十年代，我國在電力科技水平方面缺乏自信，大部分發(fā)電機(jī)組安裝的是從美國進(jìn)口的鎮(zhèn)定器，國產(chǎn)的線性最優(yōu)控制技術(shù)推廣并不順利?！爸钡缴鲜兰o(jì)80年代末期，在當(dāng)時的東北電管局總工程師黃其勵的支持下，這一技術(shù)才應(yīng)用到東北白山水電站4臺30萬千瓦機(jī)組上。當(dāng)時這是我國單機(jī)容量最大的水電機(jī)組。此項線性最優(yōu)控制技術(shù)在日后東北和華北聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了決定性的鎮(zhèn)定作用。”盧強(qiáng)回憶道。
盧強(qiáng)和他的“戰(zhàn)友”及學(xué)生們用5年時間，為白山水電站安裝的線性最優(yōu)勵磁控制器。使水電站的對外輸送功率極限提升了15%，也在很大程度上提升了中國電力技術(shù)在電力系統(tǒng)控制方面的影響力。控制器的作用與美國電力科學(xué)研究院提出的可控電容串聯(lián)補(bǔ)償相當(dāng)，但成本只是后者的1%。
后來，在黃其勵的指導(dǎo)下，東北電網(wǎng)又裝上19套新一代的非線性勵磁控制器。這就使得我國在勵磁控制領(lǐng)域領(lǐng)先美國二代。這些成就不光推動了我國電力系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，還進(jìn)一步提升了我國在電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域的技術(shù)自信。
盧強(qiáng)表示，推動能源領(lǐng)域的技術(shù)革命，不光需要科技創(chuàng)新，更重要的是樹立思想上的自信。有了自信，科研工作者才會擁有不斷進(jìn)取的動力，中國能源電力技術(shù)才能實現(xiàn)一次又一次偉大變革。
數(shù)字電力系統(tǒng) 是未來發(fā)展的一大方向
在盧強(qiáng)看來，如何實現(xiàn)多目標(biāo)自趨優(yōu)的電力系統(tǒng)調(diào)度控制，仍是目前需要創(chuàng)新實現(xiàn)的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。
如何實現(xiàn)我國電力系統(tǒng)完全的自動趨優(yōu)調(diào)度控制？盧強(qiáng)在10年前呼吁，要構(gòu)造我國的數(shù)字電力系統(tǒng)。10年來，清華大學(xué)電機(jī)系有關(guān)團(tuán)隊為此耕耘不止。
“這是一個相對于實體電網(wǎng)而言的自動管理控制中心，實現(xiàn)電力調(diào)度控制的全盤自動化?！北R強(qiáng)表示，我國電網(wǎng)應(yīng)利用無處不在的傳感器、大數(shù)據(jù)平臺和內(nèi)網(wǎng)的“云”（我國電力“云”分內(nèi)外層；內(nèi)層幾乎不可被攻破），核心科技還是自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)。
實現(xiàn)了“多目標(biāo)自趨優(yōu)”目標(biāo)，電力系統(tǒng)就成為廣域機(jī)器人調(diào)度控制系統(tǒng)。原有調(diào)度人員運(yùn)用多年積累的寶貴知識和豐富經(jīng)驗，能夠從事更高級的工作。今日電力系統(tǒng)運(yùn)行過程的仿真不僅要達(dá)到“實時”，還應(yīng)達(dá)到“超實時”，使這項科技也能領(lǐng)先于世。盧強(qiáng)說：“今日我國電力系統(tǒng)是世界上最復(fù)雜的。它具有世界唯一的特高壓交直流混成電網(wǎng)，有多端落地的柔性直流輸電系統(tǒng)，有世界上裝機(jī)容量最大的風(fēng)、光綠色能源發(fā)電廠站，將來還會有如雨后春筍般出現(xiàn)的與光伏融合一體的建筑群，當(dāng)然還會有世界上總?cè)萘孔畲蟮碾娏煌ㄏ到y(tǒng)等?！?/span>
“智能微能源電網(wǎng)是最貼近負(fù)荷側(cè)的能源網(wǎng)，使原來的純負(fù)荷變成一個彈性負(fù)荷。比如，一個小區(qū)就可以構(gòu)建一個智能微電網(wǎng)，有風(fēng)電、太陽能發(fā)電和儲能。如何實現(xiàn)整個電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)控？還是需要建立一個具有自趨優(yōu)運(yùn)行能力的電力系統(tǒng)?！北R強(qiáng)說。
他認(rèn)為，“自趨優(yōu)”是未來電力調(diào)控技術(shù)發(fā)展的一大方向。它要達(dá)到的并不是一個單獨的優(yōu)化指標(biāo)，而是涉及安全性、經(jīng)濟(jì)性、電能質(zhì)量等方面?！拔磥淼碾娏φ{(diào)度控制，需要實現(xiàn)這三大指標(biāo)的最優(yōu)集合。也只有具有自趨優(yōu)的廣域無人調(diào)度或稱為廣域機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)，我們才能建設(shè)真正的智能電力系統(tǒng)，我國電力調(diào)控技術(shù)才能在未來實現(xiàn)進(jìn)一步質(zhì)的跨越。”
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