隨著國民經濟的持續(xù)健康發(fā)展，我國用電負荷長期處于快速增長態(tài)勢。2017年夏季，江蘇電網最高調度用電負荷突破1億千瓦，超過德國、韓國、澳大利亞等國家用電負荷。“省可敵國”是我國省級電網當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)，用電負荷的增長、電網規(guī)模的擴大以及運行形態(tài)的復雜，對電網的實時運行控制提出了更高的要求，如何保障省級電網的安全運行，是當前我國各個省級電網面臨的共同挑戰(zhàn)。

電網安全呼喚技術革新

我國能源資源和負荷中心總體呈現(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)略轉型的必由之路，省級電網運行形態(tài)已從就地平衡向全網平衡模式轉變。加之地方工業(yè)經濟的快速發(fā)展，區(qū)外來電不斷增多、負荷高位運行已成為當前省級電網的主要特征，未來電網安全運行和系統(tǒng)規(guī)模擴大、區(qū)外來電增加的矛盾日益加劇，電網實時調控運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

電網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。實現(xiàn)電網安全的首要難題就是如何保障超大規(guī)模電網的實時平衡。一旦電網出現(xiàn)嚴重不平衡，即將面臨大面積癱瘓的風險。因此，如何保持實時相對的平衡，是保障大電網安全運行的關鍵。

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，相當于南京市的最大用電負荷，一旦特高壓直流故障將造成功率瞬間失去，電網平衡存在巨大缺口，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、經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，最大用電負荷卻接近英國的兩倍，單位面積用電負荷密度更是英國的4倍，負荷密度極大。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”問題以及減少負荷限電對工業(yè)生產造成的影響，是我國各個省級電網面臨的共性難題。

“如果說調度是電網運行控制的指揮中樞，那么，調度控制系統(tǒng)就是支撐調度實時運行須臾不可或缺的手段，它是電網優(yōu)化決策的‘大腦’、感知電網運行狀態(tài)的‘雙眼’和實時控制電網的‘雙手’”。南瑞集團黨委委員、國電南瑞總經理鄭宗強如是說。調控系統(tǒng)自身的可靠性對保障電網安全至關重要，一旦其功能失效或運轉異常，將導致調度失去對電網的監(jiān)控指揮，其后果難以評估，嚴重情況下局部故障極易擴展為全局性事故，甚至造成電網崩潰。2003年的美加“8.14”大停電最終調查報告表明，“調度控制系統(tǒng)應用功能可靠性、實時性是影響電網緊急處置的關鍵因素”。因此，如何保障調度控制系統(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)模省級電網運行控制關鍵技術及應用”項目團隊給出了解答。

“小時級”到“秒級”的跨越

以國網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，成員包括國家電網公司專業(yè)領軍人才、江蘇省電力公司技術專家以及青年崗位能手等高端人才，有多年研發(fā)技術和運行經驗積累。作為電網調度自動化行業(yè)的領跑者和大型電力二次設備制造商，國電南瑞在大電網一體化分析、源網荷協(xié)同控制、云計算等方面具有深厚的研發(fā)功底、強大的技術儲備和完備的人才梯隊，近40年來在調度自動化領域厚積薄發(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，再到趕超引領的跨越，為項目攻關奠定了堅實的技術基礎。

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

功夫不負有心人，經過項目團隊全體成員的日夜付出，項目組攻克了超大規(guī)模省級電網運行控制的眾多關鍵技術，實現(xiàn)了多項核心技術的原創(chuàng)性創(chuàng)新，相關技術成果已在全國范圍內推廣應用，帶動了調度自動化產業(yè)的發(fā)展，推動了大電網運行控制領域的技術進步，有力支撐了大電網的安全運行。

首先在電網實時平衡控制方面，特高壓直流大功率失去后受端電網頻率大幅降低、輸電斷面嚴重過載、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)務的要求，為此項目團隊率先提出了源網荷多級調度協(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，將百萬千瓦級負荷控制時間從以往的數(shù)十分鐘及以上縮短到一分鐘內，徹底解決了大功率失去后電網運行狀態(tài)快速恢復的重大難題，降低了發(fā)生相繼故障甚至大面積停電的風險，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，設備輸送能力的提升受限于氣象環(huán)境、物理特性及電網安全等多種約束，負荷動態(tài)轉移存在多路徑“組合爆炸”的難題，供電能力在線挖掘難度極大。項目團隊結合設備特性和電網運行特點，建立了區(qū)域層和設備層相結合的供電能力“預測—感知—優(yōu)化”架構，提出了分區(qū)供電能力在線評估和負荷動態(tài)轉移技術，在不增加輸變電設備的情況下，實現(xiàn)關鍵輸電斷面輸送潛力的在線挖掘和分區(qū)電網間的負荷互濟，降低負荷高峰期間的限電容量，深度發(fā)掘了電網蘊含的潛在供電能力，最大化發(fā)揮了電網設備資產效益，降低了由于限電措施對社會經濟、工業(yè)生產造成的不良影響，提升了電網供電可靠性，切實履行了“人民電業(yè)為人民”的服務宗旨。

同時在調度控制系統(tǒng)可靠性方面，隨著電網規(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化，對調度控制系統(tǒng)處理性能提出了極高的要求，哪怕是幾秒內的數(shù)據(jù)阻塞就有可能導致決策的偏差，進而影響到電網運行狀態(tài)的控制，極端情況下可能導致電網失去控制，對電網安全運行構成嚴重威脅。為此，項目團隊率先將云技術引入到調度控制系統(tǒng)中，創(chuàng)新實現(xiàn)了“平臺運化、數(shù)據(jù)池化、應用雙活”，將調度控制系統(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突破，保障了調控實時業(yè)務不間斷連續(xù)可靠運行。

勇攀技術高峰 推廣前景無邊

“此項目在系統(tǒng)架構、實時數(shù)據(jù)分布式處理、風險感知、特高壓故障緊急處置和優(yōu)化調度等方面取得多項技術創(chuàng)新，項目研究成果解決了超大規(guī)模省級電網運行控制關鍵技術難題，具有推廣應用前景。”由院士等專家組成的鑒定委員會在中國電機工程學會舉辦的鑒定會上對“超大規(guī)模省級電網運行控制關鍵技術及應用”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會的首肯。

2017年度紫金論電國際會議上，IEEE PES主席認為“該項目成果為大功率缺失后的電網快速恢復提供了創(chuàng)新性的解決方案，在應對互聯(lián)大電網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，并獲得了廣泛應用。負荷批量控制軟件應用超過200余個地級電網，區(qū)域互備系統(tǒng)在江蘇電網13個地調實現(xiàn)了全覆蓋。成果提升了電網抵御直流大功率失去的能力，保障了錦蘇、復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，顯著提高了調度防災備用水平，降低了因調控系統(tǒng)失效引發(fā)的電網失控風險，為國慶閱兵、南京青奧和G20杭州峰會等重大活動保電發(fā)揮了關鍵作用。

“隨著省級電網規(guī)模的進一步發(fā)展，成果有力保障了電網可靠供電，降低了大面積停電風險，實現(xiàn)了超大規(guī)模電網運行控制技術的引領!”項目負責人國網江蘇省電力公司副總經理陳慶自豪地說。

如今，項目成果已成為保障電網安全運行不可或缺的技術手段，實現(xiàn)了調度控制技術的引領，節(jié)省投資、減少停電損失等超過15億元，經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的安全運行，為我國經濟發(fā)展與社會穩(wěn)定發(fā)揮重要作用。