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但在复杂电力系统中实现系统级的自动电压控制是一个重大的难题,一方面控制对象复杂,尤其近年来大规模间歇式可再生能源集中馈入到了原本就非常复杂的特大电网中,进一步引发了新问题;第二是控制模式复杂,我国的互联大电网是由空间上分布的多级控制中心共同调度的,电网互联而控制分布,如何协调是难题;第三是数学问题复杂,这是一个含大规模复杂约束的混合整数动态规划问题,本身求解起来就有难度。
"为了应对这种复杂性,我们采用了’自律+协同’的技术路线",孙宏斌介绍说,"控制对象复杂,我们就根据特性将其分成不同的群,自己做自律控制,从而使问题简化,但又不能放任每个部分各自为政,就再通过方法将大家协同起来,劲往一处使,达到全局最优的目标。类似的,为了应对控制模式的复杂,我们就结合调度分工的要求首先实现自律控制,然后再通过控制中心间的双向信息互动,让位于不同城市的控制中心协同工作,使电网在更大范围内实现优化的电压分布。而复杂的安全经济多目标优化问题也被首先分解为相对简化的安全和经济两个子问题自律求解,然后再通过合作博弈把二者协同起来"。孙宏斌最后把这种技术路线形象的形容为一个跷跷板,"一边是自律,一边是协同,通过自律使控制简化、可靠、敏捷,通过协同保证目标一致、全局最优,而我们所做的就是如何在自律与协同之间找到那个微妙的平衡点。"
在20世纪80年代,法国在世界上首先投入了自动电压控制系统,然而该技术却无法直接在国内使用。其中最关键的就是中国电网的发展非常迅猛,进入新世纪来,有十年的时间里每年中国电网新增的装机容量大约相当于一个英国,而法国的自动电压控制技术是一种固化的控制系统,无法适应中国电网的这种快速变化。
1995年,还是一名博士研究生的孙宏斌在导师相年德教授与张伯明教授的指导下,开始涉足这一研究领域,参与了国家85科技攻关项目"电力系统全局准稳态电压优化闭环控制研究及示范工程"的研究,开始了20年来在这一领域里孜孜不倦的求索。针对法国的自动电压控制系统难以解决的问题,孙宏斌的团队致力于让控制系统具有一定的自适应的特性,使系统的控制模式和方法能够跟随电网的变化而发生变化,成为灵活的、具有自动应变的控制模式的系统,同时还考虑了电网潜在的故障,使系统的控制策略能够自动应对。
2002年,对自动电压控制系统需求迫切的江苏电网找到了孙宏斌,希望开展合作。而在此之前,江苏电网还曾找过其他公司,但因为该系统研发运行的难度和责任巨大而未达成合作。然而,凭借着已有的积累和不怕失败的勇气,孙宏斌没有犹豫就接受了这个挑战,并将理论研究与工程实践深度结合。在江苏电网进行的第一次闭环试验中,当时还是一名博士生的课题组成员、电机系副教授郭庆来在机房整整守了72个小时没敢离开。"以前做的是理论分析和仿真试验,这次是真正的工程实际应用,压力非常大,只能一直在现场盯着控制曲线和效果。"郭庆来说,"但是当真正看到控制指令发送到实际电网系统中,设备按照预想策略动作并达到理想的控制效果时,作为一个工科研究人员,那一刻的成就感这辈子都忘不掉。"
在江苏电网的成功运行,给了孙宏斌的团队莫大的激励。他们没有停歇,马不停蹄地开始根据实际工程应用中积累的经验和发现的问题,对系统不断进行改进和升级。越来越多的各级电网开始应用他们研发的系统。截止2015年年底,他们的系统已经在我国华北、华东、华中、西北、南方、西南6大区域电网(占中国全部区域电网数量的6/7)和北京、天津、重庆、江苏等22个省级电网(占中国全部省级电网数量的2/3)得到推广应用,共接入常规电厂716座,总装机容量7.55亿千瓦(占全国水火电装机总容量的56%)。
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