現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行越來越復(fù)雜，對于電壓控制自動化的需求越來越迫切。清華大學(xué)推出的電壓自動控制技術(shù)，能減少巨大的人力耗費，保障電網(wǎng)在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)化的電壓分布，以較低的成本就能顯著降低損耗，既節(jié)能環(huán)保又安全可靠。
同時，近年來可再生能源大規(guī)模出現(xiàn)，由于電壓不同，它們要進(jìn)入超高壓電網(wǎng)，極易引發(fā)電網(wǎng)電壓的快速大幅波動，甚至誘發(fā)大規(guī)模事故。而通過這項技術(shù)，能實現(xiàn)二者的安全銜接，保障能源安全。
該成果也實現(xiàn)了我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對美國的首例輸出，并成功進(jìn)入加拿大、馬來西亞等國的電力市場。
復(fù)雜電網(wǎng)的電壓控制，一直是世界性難題。最近20年國際上的歷次大停電事故，都與這個難題有關(guān)。如何讓復(fù)雜電網(wǎng)的電壓控制不再復(fù)雜?旨在破解這一難題的“復(fù)雜電網(wǎng)自律—協(xié)同無功電壓自動控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果鑒定會日前在清華大學(xué)舉行。
據(jù)介紹，這一成果極大地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，目前已在22個省級電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，一年幫助江蘇電網(wǎng)節(jié)約近億度電的損耗，并實現(xiàn)了我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對美國的首例輸出，“使得中國在電壓控制領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先于世界”。
讓電壓控制從人工走向自動，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)
以前我國采取依靠人工、分散控制的方法，實時控制電網(wǎng)。在各級電網(wǎng)的控制中心和發(fā)電廠、變電站等地方，都有24小時值班的調(diào)度操作人員，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就逐級打電話，要求相應(yīng)單位進(jìn)行調(diào)整。這種方式不僅耗費巨大的人力，依賴于調(diào)度人員的經(jīng)驗，而且并不能從有利于整個電網(wǎng)全局的角度做出有效的協(xié)調(diào)。
因此，讓電壓控制從人工走向自動，顯得尤為必要——對實時采集到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用有效的算法形成決策，并對電網(wǎng)中的各類無功電壓控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以使得整個電網(wǎng)時時刻刻處于最佳的電壓狀態(tài)，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)。
然而，要實現(xiàn)系統(tǒng)級的自動電壓控制，并不容易。首先，控制對象很復(fù)雜，尤其近年來我國風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量位居世界首位，光伏裝機(jī)占第二位。然而，風(fēng)、光發(fā)電等可再生能源的輸入是間歇性的，會引起電網(wǎng)電壓的快速、大幅度波動，甚至誘發(fā)大規(guī)模連鎖脫網(wǎng)事故，給安全運(yùn)行帶來威脅，這成為我國大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)的主要障礙之一;第二，控制模式復(fù)雜，我國的互聯(lián)大電網(wǎng)是由空間上分布的多級控制中心共同調(diào)度的，如何協(xié)調(diào)是難題;第三，這還是一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，本身求解起來就有難度。
“我們采用了‘自律+協(xié)同’的技術(shù)路線。控制對象復(fù)雜，我們就根據(jù)特性將其分成不同的群，做自律控制，從而使問題簡化。但又不能放任每個部分各自為政，就再通過方法將他們協(xié)同起來，勁往一處使，保障電網(wǎng)在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)化的電壓分布，達(dá)到全局最優(yōu)的目標(biāo)。”清華大學(xué)電機(jī)系教授、該成果的項目負(fù)責(zé)人孫宏斌說。
我國先進(jìn)電壓控制系統(tǒng)完成對美國的首例輸出
“安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保是電網(wǎng)運(yùn)行的四大目標(biāo)，我們的研究，始終圍繞著如何通過自動控制技術(shù)，讓運(yùn)行人員能夠更好地駕馭日益復(fù)雜的電網(wǎng)而展開。”課題組成員、清華大學(xué)電機(jī)系副教授郭慶來說。
在實際應(yīng)用中，這套系統(tǒng)能夠顯著降低電網(wǎng)輸送過程中的損耗。據(jù)統(tǒng)計，該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)投運(yùn)后，一年節(jié)約近1億度電的損耗，相當(dāng)于年節(jié)省開支約5000萬元。美國PJM電網(wǎng)持續(xù)半年的運(yùn)行數(shù)據(jù)也表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)的節(jié)能降損收益約850萬美元，同時，5個關(guān)鍵輸電通道的傳輸極限分別提高了7.6%至16.1%，供電可靠性大大提高。“目前，中國的電網(wǎng)每年損耗大約是3600億度電，相當(dāng)于每人每天浪費了1度電。自動電壓控制系統(tǒng)不需要增加任何設(shè)備投入，僅通過控制的手段就能顯著降低損耗。”孫宏斌說。
針對大規(guī)模間歇式可再生能源接入電網(wǎng)的問題，孫宏斌團(tuán)隊提出并實現(xiàn)了大規(guī)模風(fēng)電匯集接入的電壓控制技術(shù)。截至2015年底，已在我國6個大型風(fēng)光基地和102座大型風(fēng)光場站應(yīng)用，接入?yún)f(xié)同控制的風(fēng)/光能源總裝機(jī)48.7GW，占全國并網(wǎng)風(fēng)/光能源總裝機(jī)的37%，有效保障了新能源基地和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
截至2015年底，該系統(tǒng)已經(jīng)在華北、華東、華中、西北、南方、西南六大區(qū)域電網(wǎng)和北京、天津、重慶、江蘇等22個省級電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，共接入常規(guī)電廠716座，總裝機(jī)容量7.55億千瓦。其間團(tuán)隊經(jīng)歷了14項國家級課題，申請發(fā)明專利近90項，發(fā)表論文200余篇，境外專題特邀報告20余次。
該成果還成為了美國電網(wǎng)第一個自動電壓控制系統(tǒng)，也成為我國先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對美國的首例輸出。隨后，相關(guān)成果又被推廣到馬來西亞國家電網(wǎng)和加拿大BC Hydro電網(wǎng)。美國能源部顧問、美國國家工程院院士博斯教授認(rèn)為，該成果“使得中國在電壓控制領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先于世界”。
