隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展，我國用電負(fù)荷長期處于快速增長態(tài)勢。2017年夏季，江蘇電網(wǎng)最高調(diào)度用電負(fù)荷突破1億千瓦，超過德國、韓國、澳大利亞等國家用電負(fù)荷。“省可敵國”是我國省級電網(wǎng)當(dāng)前及未來一段時間的發(fā)展趨勢。

電力安全是國家安全的重要一環(huán)，用電負(fù)荷的增長、電網(wǎng)規(guī)模的擴大以及運行形態(tài)的復(fù)雜，對電網(wǎng)的實時運行控制提出了更高的要求，如何保障省級電網(wǎng)的安全運行，是當(dāng)前我國各個省級電網(wǎng)面臨的共同挑戰(zhàn)。

電網(wǎng)安全呼喚技術(shù)革新

我國能源資源和負(fù)荷中心總體呈現(xiàn)逆向分布特征，大規(guī)模清潔能源跨區(qū)遠距離輸送是實現(xiàn)國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必由之路，省級電網(wǎng)運行形態(tài)已從就地平衡向全網(wǎng)平衡模式轉(zhuǎn)變。加之地方工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，區(qū)外來電不斷增多、負(fù)荷高位運行已成為當(dāng)前省級電網(wǎng)的主要特征，未來電網(wǎng)安全運行和系統(tǒng)規(guī)模擴大、區(qū)外來電增加的矛盾日益加劇，電網(wǎng)實時調(diào)控運行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

電網(wǎng)電力供需就像一個天平，一端是用戶，一端是電廠，而讓它平衡的支架就是電網(wǎng)。實現(xiàn)電網(wǎng)安全的首要難題就是如何保障超大規(guī)模電網(wǎng)的實時平衡。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，即將面臨大面積癱瘓的風(fēng)險。因此，如何保持實時相對的平衡，是保障大電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵。

目前，受入江蘇的單條特高壓直流最大輸送能力達到1000萬千瓦，相當(dāng)于南京市的最大用電負(fù)荷，一旦特高壓直流故障將造成功率瞬間失去，電網(wǎng)平衡存在巨大缺口，系統(tǒng)處于薄弱運行狀態(tài)，一旦處置不及時極易引發(fā)相繼故障，甚至大面積停電，將給社會生產(chǎn)、經(jīng)濟生活造成巨大損失。

與此同時，地理面積不到英國一半的江蘇省，最大用電負(fù)荷卻接近英國的兩倍，單位面積用電負(fù)荷密度更是英國的4倍，負(fù)荷密度極大。在這種情況下，如何在供電能力趨于飽和的情況下保障可靠供電，在不增加現(xiàn)有輸電設(shè)備的情況下最大限度挖掘供電潛力、提升供電能力、破解局部地區(qū)供電“卡脖子”問題以及減少負(fù)荷限電對工業(yè)生產(chǎn)造成的影響，是我國各個省級電網(wǎng)面臨的共性難題。

“如果說調(diào)度是電網(wǎng)運行控制的指揮中樞，那么，調(diào)度控制系統(tǒng)就是支撐調(diào)度實時運行須臾不可或缺的手段，它是電網(wǎng)優(yōu)化決策的‘大腦’、感知電網(wǎng)運行狀態(tài)的‘雙眼’和實時控制電網(wǎng)的‘雙手’”。南瑞集團黨委委員、國電南瑞總經(jīng)理鄭宗強如是說。調(diào)控系統(tǒng)自身的可靠性對保障電網(wǎng)安全至關(guān)重要，一旦其功能失效或運轉(zhuǎn)異常，將導(dǎo)致調(diào)度失去對電網(wǎng)的監(jiān)控指揮，其后果難以評估，嚴(yán)重情況下局部故障極易擴展為全局性事故，甚至造成電網(wǎng)崩潰。2003年的美加“8.14”大停電最終調(diào)查報告表明，“調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)用功能可靠性、實時性是影響電網(wǎng)緊急處置的關(guān)鍵因素”。因此，如何保障調(diào)度控制系統(tǒng)的連續(xù)不間斷可靠運行也是擺在各省電網(wǎng)面前不可回避的問題。

困難是機遇，更是挑戰(zhàn)，面對難題，“超大規(guī)模省級電網(wǎng)運行控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目團隊給出了解答。

“小時級”到“秒級”的跨越

以國網(wǎng)江蘇省電力公司和國電南瑞科技股份有限公司為主組建的項目團隊，成員包括國家電網(wǎng)公司專業(yè)領(lǐng)軍人才、江蘇省電力公司技術(shù)專家以及青年崗位能手等高端人才，有多年研發(fā)技術(shù)和運行經(jīng)驗積累。作為電網(wǎng)調(diào)度自動化行業(yè)的領(lǐng)跑者和大型電力二次設(shè)備制造商，國電南瑞在大電網(wǎng)一體化分析、源網(wǎng)荷協(xié)同控制、云計算等方面具有深厚的研發(fā)功底、強大的技術(shù)儲備和完備的人才梯隊，近40年來在調(diào)度自動化領(lǐng)域厚積薄發(fā)，在與ABB、西門子等國際知名公司同臺競技中脫穎而出，實現(xiàn)了從消化吸收到發(fā)展創(chuàng)新，再到趕超引領(lǐng)的跨越，為項目攻關(guān)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

難題意味著創(chuàng)新，在無任何經(jīng)驗可以借鑒的前提下，從項目的技術(shù)論證、方案設(shè)計到驗收測試，團隊成員擰成一股繩，個個亮出看家本領(lǐng)，你設(shè)計我驗證，你測試我把關(guān)，很快底層平臺架構(gòu)設(shè)計通過驗證、底層數(shù)據(jù)處理能力驗算通過、又快又準(zhǔn)的負(fù)荷控制算法通過驗證……項目團隊就這樣肩負(fù)著電網(wǎng)人的使命一步一個腳印，踏踏實實，一路向前邁進。

功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過項目團隊全體成員的日夜付出，項目組攻克了超大規(guī)模省級電網(wǎng)運行控制的眾多關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了多項核心技術(shù)的原創(chuàng)性創(chuàng)新，相關(guān)技術(shù)成果已在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，帶動了調(diào)度自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動了大電網(wǎng)運行控制領(lǐng)域的技術(shù)進步，有力支撐了大電網(wǎng)的安全運行。

首先在電網(wǎng)實時平衡控制方面，特高壓直流大功率失去后受端電網(wǎng)頻率大幅降低、輸電斷面嚴(yán)重過載、備用水平顯著下降等問題相互交織，控制時間緊迫、受控對象面廣量多，以往基于經(jīng)驗決策、電話通知、手動控制的故障處置模式，已顯然不能滿足上述業(yè)務(wù)的要求，為此項目團隊率先提出了源網(wǎng)荷多級調(diào)度協(xié)同的控制方法，實現(xiàn)了省地兩級控制策略的優(yōu)化計算、自動下發(fā)和并發(fā)控制，將百萬千瓦級負(fù)荷控制時間從以往的數(shù)十分鐘及以上縮短到一分鐘內(nèi)，徹底解決了大功率失去后電網(wǎng)運行狀態(tài)快速恢復(fù)的重大難題，降低了發(fā)生相繼故障甚至大面積停電的風(fēng)險，保障了特高壓直流的安全運行，為清潔能源的跨區(qū)滿功率輸送提供了安全保障。

其次在供電可靠性提升方面，設(shè)備輸送能力的提升受限于氣象環(huán)境、物理特性及電網(wǎng)安全等多種約束，負(fù)荷動態(tài)轉(zhuǎn)移存在多路徑“組合爆炸”的難題，供電能力在線挖掘難度極大。項目團隊結(jié)合設(shè)備特性和電網(wǎng)運行特點，建立了區(qū)域?qū)雍驮O(shè)備層相結(jié)合的供電能力“預(yù)測—感知—優(yōu)化”架構(gòu)，提出了分區(qū)供電能力在線評估和負(fù)荷動態(tài)轉(zhuǎn)移技術(shù)，在不增加輸變電設(shè)備的情況下，實現(xiàn)關(guān)鍵輸電斷面輸送潛力的在線挖掘和分區(qū)電網(wǎng)間的負(fù)荷互濟，降低負(fù)荷高峰期間的限電容量，深度發(fā)掘了電網(wǎng)蘊含的潛在供電能力，最大化發(fā)揮了電網(wǎng)設(shè)備資產(chǎn)效益，降低了由于限電措施對社會經(jīng)濟、工業(yè)生產(chǎn)造成的不良影響，提升了電網(wǎng)供電可靠性，切實履行了“人民電業(yè)為人民”的服務(wù)宗旨。

同時在調(diào)度控制系統(tǒng)可靠性方面，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大、數(shù)據(jù)采集的爆炸式增長、運行狀態(tài)的瞬息萬變、實時決策的快速精細(xì)化，對調(diào)度控制系統(tǒng)處理性能提出了極高的要求，哪怕是幾秒內(nèi)的數(shù)據(jù)阻塞就有可能導(dǎo)致決策的偏差，進而影響到電網(wǎng)運行狀態(tài)的控制，極端情況下可能導(dǎo)致電網(wǎng)失去控制，對電網(wǎng)安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為此，項目團隊率先將云技術(shù)引入到調(diào)度控制系統(tǒng)中，創(chuàng)新實現(xiàn)了“平臺運化、數(shù)據(jù)池化、應(yīng)用雙活”，將調(diào)度控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)處理能力從傳統(tǒng)的8千個提升至國際領(lǐng)先的10萬個，實現(xiàn)了電力實時數(shù)據(jù)高速并行處理的重大技術(shù)突破，保障了調(diào)控實時業(yè)務(wù)不間斷連續(xù)可靠運行。

勇攀技術(shù)高峰 推廣前景無邊

“此項目在系統(tǒng)架構(gòu)、實時數(shù)據(jù)分布式處理、風(fēng)險感知、特高壓故障緊急處置和優(yōu)化調(diào)度等方面取得多項技術(shù)創(chuàng)新，項目研究成果解決了超大規(guī)模省級電網(wǎng)運行控制關(guān)鍵技術(shù)難題，具有推廣應(yīng)用前景。”由院士等專家組成的鑒定委員會在中國電機工程學(xué)會舉辦的鑒定會上對“超大規(guī)模省級電網(wǎng)運行控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”給予了這樣的評價。這已是該項目第二次獲得中國電機工程學(xué)會的首肯。

2017年度紫金論電國際會議上，IEEE PES主席認(rèn)為“該項目成果為大功率缺失后的電網(wǎng)快速恢復(fù)提供了創(chuàng)新性的解決方案，在應(yīng)對互聯(lián)大電網(wǎng)相繼故障處置方面做出了重要貢獻。”

項目取得了一系列成果，并獲得了廣泛應(yīng)用。負(fù)荷批量控制軟件應(yīng)用超過200余個地級電網(wǎng)，區(qū)域互備系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)13個地調(diào)實現(xiàn)了全覆蓋。成果提升了電網(wǎng)抵御直流大功率失去的能力，保障了錦蘇、復(fù)奉和賓金特高壓直流的滿功率輸送，近兩年累計接納清潔能源714億千瓦時，顯著提高了調(diào)度防災(zāi)備用水平，降低了因調(diào)控系統(tǒng)失效引發(fā)的電網(wǎng)失控風(fēng)險，為國慶閱兵、南京青奧和G20杭州峰會等重大活動保電發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

“隨著省級電網(wǎng)規(guī)模的進一步發(fā)展，成果有力保障了電網(wǎng)可靠供電，降低了大面積停電風(fēng)險，實現(xiàn)了超大規(guī)模電網(wǎng)運行控制技術(shù)的引領(lǐng)!”項目負(fù)責(zé)人國網(wǎng)江蘇省電力公司副總經(jīng)理陳慶自豪地說。

如今，項目成果已成為保障電網(wǎng)安全運行不可或缺的技術(shù)手段，實現(xiàn)了調(diào)度控制技術(shù)的引領(lǐng)，節(jié)省投資、減少停電損失等超過15億元，經(jīng)濟和社會效益十分顯著。今后，成果將更有力地保障未來電網(wǎng)的安全運行，為我國經(jīng)濟發(fā)展與社會穩(wěn)定發(fā)揮重要作用。