清华大学孙宏斌团队解决复杂电网自动控制的核心难题之一
“简单”控电压，真不简单
赵婀娜 朱天星
现代电网运行越来越复杂，对于电压控制自动化的需求越来越迫切。清华大学推出的电压自动控制技术，能减少巨大的人力耗费，保障电网在更大范围内实现优化的电压分布，以较低的成本就能显著降低损耗，既节能环保又安全可靠。
同时，近年来可再生能源大规模出现，由于电压不同，它们要进入超高压电网，极易引发电网电压的快速大幅波动，甚至诱发大规模事故。而通过这项技术，能实现二者的安全衔接，保障能源安全。
该成果也实现了我国先进电网控制系统对美国的首例输出，并成功进入加拿大、马来西亚等国的电力市场。
——编 者
复杂电网的电压控制，一直是世界性难题。最近20年国际上的历次大停电事故，都与这个难题有关。如何让复杂电网的电压控制不再复杂？旨在破解这一难题的“复杂电网自律—协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”成果鉴定会日前在清华大学举行。
据介绍，这一成果极大地提高了电网运行的安全性与经济性，目前已在22个省级电网得到推广应用，一年帮助江苏电网节约近亿度电的损耗，并实现了我国先进电网控制系统对美国的首例输出，“使得中国在电压控制领域遥遥领先于世界”。
让电压控制从人工走向自动，保障电网运行的安全和经济
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。
我国先进电压控制系统完成对美国的首例输出
“安全、优质、经济、环保是电网运行的四大目标，我们的研究，始终围绕着如何通过自动控制技术，让运行人员能够更好地驾驭日益复杂的电网而展开。”课题组成员、清华大学电机系副教授郭庆来说。
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”。
《 人民日报 》（ 2016年01月29日 09 版）
