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卢强:40年,电力系统调度控制实现巨大飞跃

国际电力网  来源:电力网  日期:2019-01-03
  改革开放40年来,中国电力在调度控制方面取得了巨大的发展成就。作为著名的自动控制和电力系统动态学专家,中国科学院院士、清华大学电机系教授卢强在电力系统最优控制等领域的理念和研究成果,很大程度上推动了我国电力系统调控自动化水平和理念的提升。日前,卢强接受本报记者采访,讲述了对改革开放40年来电力行业发展的记忆以及对未来的展望。
 
  电力系统调度技术 变革惊艳于世
 
  “改革开放40年来,中国电力的发展与中国经济几乎同步。”卢强认为,改革开放40年来,中国电力在整体上保持了较为平稳的发展势头,取得了显著的成就。他对于电力系统调控技术的进步感触最深。
 
  上世纪70年代之前,中国只有一些发电厂和输电线路,还没有形成电力系统,直到1972年。
 
  “1972年7月,从丹江口水电站到武汉的高压输电线路,由于人为操作不当,发生了三相短路,直接造成整条线路跳闸,瞬间切断了武汉钢铁厂的供电。”卢强回忆此事,仍然心有余悸,“武钢没了电,冷却水就中断了,如果在5分钟内不能供应冷却水,4台高炉将会坍塌,变成一堆废铁,整个武钢也将毁灭。”
 
  幸好,武钢在长江江心预留了一个江心水泵,当时武汉地区有一个装机容量仅1万千瓦的小型电厂。电厂果断切断了与整个系统的联系,独立向江心水泵供电,武钢才得以幸存。此后,人们意识到建立电力系统的调度控制管理中心的必要。
 
  “改革开放初期,中国电力调度工作,只能依靠调度人员的经验手动操控。”卢强说,当时,中国并没有具有初步自动化的调度管控系统,只能引进国外的能量管理系统(EMS:Energy Management System)。“从上世纪80年代初,我国开始了电力界无人不知的‘四大电网(华北、东北、华东、华中)引进’,高价引进欧美发达国家的EMS软件。这其实并非今天我国调度所用的真正意义上的EMS,只是一个数据接收和数据自动处理单元。”
 
  在引进的基础上,中国电力科研人员开始了对电力调控技术的吸收消化,并走上了再创造的道路。卢强举例说明,当时引进的EMS系统缺少一个重要的组成部分——状态估计单元。“这一软件的主要作用简单地讲就是将接收到的状态数据去伪存真,最终依靠准确性较高的数据对整个电力系统进行调度。”卢强说,当时,中国电力科学研究院和清华大学电机系的教授和他们的学生承担了状态估计软件的开发。到了上世纪90年代初,具有完全自主知识产权的EMS研发成功,并经过不断创新和改进应用至今。
 
  “电力系统管控和运行与军队打仗是一个道理。军队打仗需要有指挥中心,根据战场瞬息万变的情况,灵活调度军队。电力系统也是如此,有了EMS系统,就有了电力的自动化调度控制中心。现在,我国的EMS处于国际领先水平。世界各大国电力系统均发生过大范围长时间停电事故,独我国没有,这就是明证。从‘四大网引进’到今天具有自主知识产权并领先于世的EMS,这种电力系统自动化领域惊艳于世的大变革,不正是改革开放40年成就的一角吗?”卢强说。
 
  电力系统最优控制 带来科技自信的思考
 
  能源技术革命是“四个革命、一个合作”能源战略的重要组成部分。回顾中国电力系统调控技术的发展历程,卢强深刻体会到科技自信对于能源技术革命的重要意义。
 
  “这还要提到电力系统的最优控制技术。”卢强说,对于较大型的电力系统而言,交流远距离输电具有一个稳定极限,如果某输电线路的输送功率超过极限值就会引起“自发振荡”,震荡幅度渐增,就会引发整个电力系统的稳定破坏。上世纪七八十年代,这一度成为国内外电力同行亟需攻克的技术难关。
 
  “39年前,美国GE公司的两位工程师提出了‘电力系统镇定器’(PSS)的概念。几乎同时,清华大学提出了多输入量的‘线性最优控制’理念。我也参与了该理念的工程实现研究工作,并在1982年出版了《输电系统最优控制》专著。”卢强解释道,我国所提出的线性最优控制器输入量有电压、功率、频率和励磁电压偏差4种输入变量,并具有严格意义上的最优协同控制能力,比GE公司的PSS足足领先了一代,至今代差依旧存在。
 
  但在上世纪八九十年代,我国在电力科技水平方面缺乏自信,大部分发电机组安装的是从美国进口的镇定器,国产的线性最优控制技术推广并不顺利。“直到上世纪80年代末期,在当时的东北电管局总工程师黄其励的支持下,这一技术才应用到东北白山水电站4台30万千瓦机组上。当时这是我国单机容量最大的水电机组。此项线性最优控制技术在日后东北和华北联网中发挥了决定性的镇定作用。”卢强回忆道。
 
  卢强和他的“战友”及学生们用5年时间,为白山水电站安装的线性最优励磁控制器。使水电站的对外输送功率极限提升了15%,也在很大程度上提升了中国电力技术在电力系统控制方面的影响力。控制器的作用与美国电力科学研究院提出的可控电容串联补偿相当,但成本只是后者的1%。
 
  后来,在黄其励的指导下,东北电网又装上19套新一代的非线性励磁控制器。这就使得我国在励磁控制领域领先美国二代。这些成就不光推动了我国电力系统控制技术的发展进步,还进一步提升了我国在电力系统控制领域的技术自信。
 
  卢强表示,推动能源领域的技术革命,不光需要科技创新,更重要的是树立思想上的自信。有了自信,科研工作者才会拥有不断进取的动力,中国能源电力技术才能实现一次又一次伟大变革。
 
  数字电力系统是未来发展的一大方向
 
  在卢强看来,如何实现多目标自趋优的电力系统调度控制,仍是目前需要创新实现的战略目标之一。
 
  如何实现我国电力系统完全的自动趋优调度控制?卢强在10年前呼吁,要构造我国的数字电力系统。10年来,清华大学电机系有关团队为此耕耘不止。
 
  “这是一个相对于实体电网而言的自动管理控制中心,实现电力调度控制的全盘自动化。”卢强表示,我国电网应利用无处不在的传感器、大数据平台和内网的“云”(我国电力“云”分内外层;内层几乎不可被攻破),核心科技还是自主研发的软件系统。
 
  实现了“多目标自趋优”目标,电力系统就成为广域机器人调度控制系统。原有调度人员运用多年积累的宝贵知识和丰富经验,能够从事更高级的工作。今日电力系统运行过程的仿真不仅要达到“实时”,还应达到“超实时”,使这项科技也能领先于世。卢强说:“今日我国电力系统是世界上最复杂的。它具有世界唯一的特高压交直流混成电网,有多端落地的柔性直流输电系统,有世界上装机容量最大的风、光绿色能源发电厂站,将来还会有如雨后春笋般出现的与光伏融合一体的建筑群,当然还会有世界上总容量最大的电力交通系统等。”
 
  “智能微能源电网是最贴近负荷侧的能源网,使原来的纯负荷变成一个弹性负荷。比如,一个小区就可以构建一个智能微电网,有风电、太阳能发电和储能。如何实现整个电网的最优调控?还是需要建立一个具有自趋优运行能力的电力系统。”卢强说。
 
  他认为,“自趋优”是未来电力调控技术发展的一大方向。它要达到的并不是一个单独的优化指标,而是涉及安全性、经济性、电能质量等方面。“未来的电力调度控制,需要实现这三大指标的最优集合。也只有具有自趋优的广域无人调度或称为广域机器人调度系统,我们才能建设真正的智能电力系统,我国电力调控技术才能在未来实现进一步质的跨越。”
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