孙宏斌:“简单”控电压,真不简单

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  编者按

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  以前我国采取依靠人工、分散控制的方法,实时控制电网。在各级电网的控制中心和发电厂、变电站等地方,都有24小时值班的调度操作人员,一旦发现问题,就逐级打电话,要求相应单位进行调整。这种方式不仅耗费巨大的人力,依赖于调度人员的经验,而且并不能从有利于整个电网全局的角度做出有效的协调。

  因此,让电压控制从人工走向自动,显得尤为必要——对实时采集到的电网数据进行分析,利用有效的算法形成决策,并对电网中的各类无功电压控制设备进行协调控制,以使得整个电网时时刻刻处于最佳的电压状态,保障电网运行的安全和经济。

  然而,要实现系统级的自动电压控制,并不容易。首先,控制对象很复杂,尤其近年来我国风机装机容量位居世界首位,光伏装机占第二位。然而,风、光发电等可再生能源的输入是间歇性的,会引起电网电压的快速、大幅度波动,甚至诱发大规模连锁脱网事故,给安全运行带来威胁,这成为我国大规模可再生能源接入电网的主要障碍之一;第二,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,如何协调是难题;第三,这还是一个复杂的数学问题,本身求解起来就有难度。

  

  “我们采用了‘自律+协同’的技术路线。控制对象复杂,我们就根据特性将其分成不同的群,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,就再通过方法将他们协同起来,劲往一处使,保障电网在更大范围内实现优化的电压分布,达到全局最优的目标。”清华大学电机系教授、该成果的项目负责人孙宏斌说。

  

  在实际应用中,这套系统能够显著降低电网输送过程中的损耗。据统计,该系统在江苏电网投运后,一年节约近1亿度电的损耗,相当于年节省开支约5000万元。美国PJM电网持续半年的运行数据也表明,该系统实现的节能降损收益约850万美元,同时,5个关键输电通道的传输极限分别提高了7.6%至16.1%,供电可靠性大大提高。“目前,中国的电网每年损耗大约是3600亿度电,相当于每人每天浪费了1度电。自动电压控制系统不需要增加任何设备投入,仅通过控制的手段就能显著降低损耗。”孙宏斌说。

  

  针对大规模间歇式可再生能源接入电网的问题,孙宏斌团队提出并实现了大规模风电汇集接入的电压控制技术。截至2015年底,已在我国6个大型风光基地和102座大型风光场站应用,接入协同控制的风/光能源总装机48.7GW,占全国并网风/光能源总装机的37%,有效保障了新能源基地和电网的安全运行。

  截至2015年底,该系统已经在华北、华东、华中、西北、南方、西南六大区域电网和北京、天津、重庆、江苏等22个省级电网得到推广应用,共接入常规电厂716座,总装机容量7.55亿千瓦。其间团队经历了14项国家级课题,申请发明专利近90项,发表论文200余篇,境外专题特邀报告20余次。

  

  该成果还成为了美国电网第一个自动电压控制系统,也成为我国先进电网控制系统对美国的首例输出。随后,相关成果又被推广到马来西亚国家电网和加拿大BC Hydro电网。美国能源部顾问、美国国家工程院院士博斯教授认为,该成果“使得中国在电压控制领域遥遥领先于世界”。(文/人民日报)

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