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是挑战更是机遇
特高压技术的研发及工程建设是中国对世界电工及电力技术的重大贡献,我认为非常了不起。广大的电气工程学术界、装备制造及工程运行人员的努力值得大书特书。
2004年中国提出发展特高压技术的当时,其电工技术、电工装备制造及电力系统习惯于跟随国际经验,装备制造、电网规划和运行都缺乏足够的创新意识及能力。根据我的观察,当时对特高压的适用性与经济性的讨论还并非争论的核心,而最大的怀疑也许是既然发达国家都先后放弃了交流特高压技术的开发,因此它是落后的技术,以及中国开发特高压技术的必要性及能力。说实话,当时我对诸如特高压的环境影响、一次装备的可靠性等也有顾虑。国家电网公司决策层坚持走自己的路是有很大勇气的,现在回头看,特高压对中国装备制造业与电力界创新发展的促进作用不可磨灭。
单就我的专业范围而言,建设特高压电网也面临着严峻的挑战。即使不考虑特高压输电,大停电防御问题国际上也在摸索。而特高压电网会带来哪些新的静态及动态行为,应该如何应对等一系列问题则进一步增加了挑战性。
我从1978年开始,一直在国网电力科学研究院从事电力系统安全稳定分析与控制的研究,1987年发明了扩展等面积准则EEAC,解决了电力系统暂态稳定性定量分析这一世界性难题,开创了时变非线性系统稳定性量化分析的研究领域。到目前为止,其他的方法都是定性方法,就像盲人的探路棍,无法觉察临近的风险。而EEAC的量化功能使运行人员能直接估计系统在扰动下离开崩溃状态还有多远,犹如导盲犬对盲人的指引,掌握离开障碍物的距离并及时调整行走路线。而这正是可以帮助运行控制人员规避大停电的最关键信息。
特高压输电把原来地理位置很远,相互影响较小的多个区域电网的电气距离大大拉近了,使电网对扰动的敏感性进一步提高。如果停电防御系统没有很好地协调,就很可能由于相继故障而大范围地影响供电可靠性。我们认识到在线稳定分析与控制环节必须要有源头性的突破,才能可靠保证特高压电网的安全运行。
团队对特高压交直流混联电网工程完成了稳定分析、稳定控制系统协调配置及安全控制策略设计。用EEAC理论揭示了特高压直流接入对交流电网暂态稳定性影响的机理,提出了综合特高压直流调制功能的电压协调控制方法及利用解列联切机组抑制相继失步的主动防御方法,解决了穿越功率突降导致系统过电压问题,提高电网抵御极端严重故障的能力。发现了远方故障导致的暂态多失稳模式现象及失稳模式易变现象,并成功揭示了其机理。提出了特大型同步电网严重故障下的主动防御方案。
在系统保护装置方面也解决了特高压输电线路非周期分量衰减时间常数大而引起低压解列误动,及正确区分对称性短路与失步振荡的困难。解决了当受端无故障跳闸时,送端由于空充电流大而拒动的问题。提出用直流信号模拟量输出控制技术,实现对直流输送功率的快速无级调制,实现了直流特高压送端出现孤岛运行时精确的紧急控制。开发了适应特高压直流极闭锁及换流器故障时直流损失功率计算的新判据和方法。为了防止德宝直流大负荷南送双极闭锁造成交流特高压试验示范工程超稳定极限的问题,在三峡近区的安控系统中实现了交直流特高压紧急协调控制。这些措施都已应用于特高压工程。
在特高压工程的推动下,我们在2005年成功构建了电网大停电防御框架,研发了电力系统大停电综合防御系统 WARMAP。在2006年初发表的题为“时空协调的大停电防御框架”的系列文章中,介绍了在“从孤立防线到综合防御”“广域信息、在线量化分析和自适应优化控制”及“各道防线内部的优化和不同防线之间的协调”等方向上的研究成果。该系统可以及时判断出大电网在运行中的风险并选择预防控制;在故障过程中正确选择紧急控制与校正控制决策;在多道防线之间进行协调。
WARMAP克服了一系列技术难题,包括离线向在线控制的跨越,广域空间中的自适应协调控制技术,预防、紧急、校正控制三道防线之间的协调。从而实现了电网安全防御从被动预案型向主动对策型转换,安全稳定决策从离线向在线转换,调度控制从依赖经验为主向智能化控制转换。目前,WARMAP已成为保障大电网安全的重大装备,防御范围已经覆盖了80% 的中国电网,支撑了中国电网没有由于电网稳定性而引发大停电。其中,华东电网实现了国际首个停电预警系统,江苏电网实现了国际首个闭环控制系统。
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“泛在电力物联网”的春风给电力与能源领域注入了新的活力,学术界、企业界乃至资本市场无不热捧和跃跃欲试。本刊主编薛禹胜院士在致力于研究能源领域信息-物理-社会系统的同时,以其独特的视角和学术前瞻性、敏锐性,一直思考着电力物联网与综合能源系统的融合,并于2018年11月应邀在杭州召开的中国通
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