現代電網運行越來越復雜，對于電壓控制自動化的需求越來越迫切。清華大學推出的電壓自動控制技術，能減少巨大的人力耗費，保障電網在更大范圍內實現優(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，由于電壓不同，它們要進入超高壓電網，極易引發(fā)電網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，能實現二者的安全銜接，保障能源安全。
該成果也實現了我國先進電網控制系統對美國的首例輸出，并成功進入加拿大、馬來西亞等國的電力市場。
復雜電網的電壓控制，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。如何讓復雜電網的電壓控制不再復雜?旨在破解這一難題的“復雜電網自律—協同無功電壓自動控制系統關鍵技術及應用”成果鑒定會日前在清華大學舉行。
據介紹，這一成果極大地提高了電網運行的安全性與經濟性，目前已在22個省級電網得到推廣應用，一年幫助江蘇電網節(jié)約近億度電的損耗，并實現了我國先進電網控制系統對美國的首例輸出，“使得中國在電壓控制領域遙遙領先于世界”。
讓電壓控制從人工走向自動，保障電網運行的安全和經濟
以前我國采取依靠人工、分散控制的方法，實時控制電網。在各級電網的控制中心和發(fā)電廠、變電站等地方，都有24小時值班的調度操作人員，一旦發(fā)現問題，就逐級打電話，要求相應單位進行調整。這種方式不僅耗費巨大的人力，依賴于調度人員的經驗，而且并不能從有利于整個電網全局的角度做出有效的協調。
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數據進行分析，利用有效的算法形成決策，并對電網中的各類無功電壓控制設備進行協調控制，以使得整個電網時時刻刻處于最佳的電壓狀態(tài)，保障電網運行的安全和經濟。
然而，要實現系統級的自動電壓控制，并不容易。首先，控制對象很復雜，尤其近年來我國風機裝機容量位居世界首位，光伏裝機占第二位。然而，風、光發(fā)電等可再生能源的輸入是間歇性的，會引起電網電壓的快速、大幅度波動，甚至誘發(fā)大規(guī)模連鎖脫網事故，給安全運行帶來威脅，這成為我國大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W的主要障礙之一;第二，控制模式復雜，我國的互聯大電網是由空間上分布的多級控制中心共同調度的，如何協調是難題;第三，這還是一個復雜的數學問題，本身求解起來就有難度。
“我們采用了‘自律+協同’的技術路線。控制對象復雜，我們就根據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同起來，勁往一處使，保障電網在更大范圍內實現優(yōu)化的電壓分布，達到全局最優(yōu)的目標。”清華大學電機系教授、該成果的項目負責人孫宏斌說。
我國先進電壓控制系統完成對美國的首例輸出
“安全、優(yōu)質、經濟、環(huán)保是電網運行的四大目標，我們的研究，始終圍繞著如何通過自動控制技術，讓運行人員能夠更好地駕馭日益復雜的電網而展開。”課題組成員、清華大學電機系副教授郭慶來說。
在實際應用中，這套系統能夠顯著降低電網輸送過程中的損耗。據統計，該系統在江蘇電網投運后，一年節(jié)約近1億度電的損耗，相當于年節(jié)省開支約5000萬元。美國PJM電網持續(xù)半年的運行數據也表明，該系統實現的節(jié)能降損收益約850萬美元，同時，5個關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，中國的電網每年損耗大約是3600億度電，相當于每人每天浪費了1度電。自動電壓控制系統不需要增加任何設備投入，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的問題，孫宏斌團隊提出并實現了大規(guī)模風電匯集接入的電壓控制技術。截至2015年底，已在我國6個大型風光基地和102座大型風光場站應用，接入協同控制的風/光能源總裝機48.7GW，占全國并網風/光能源總裝機的37%，有效保障了新能源基地和電網的安全運行。
截至2015年底，該系統已經在華北、華東、華中、西北、南方、西南六大區(qū)域電網和北京、天津、重慶、江蘇等22個省級電網得到推廣應用，共接入常規(guī)電廠716座，總裝機容量7.55億千瓦。其間團隊經歷了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第一個自動電壓控制系統，也成為我國先進電網控制系統對美國的首例輸出。隨后，相關成果又被推廣到馬來西亞國家電網和加拿大BC Hydro電網。美國能源部顧問、美國國家工程院院士博斯教授認為，該成果“使得中國在電壓控制領域遙遙領先于世界”。
