“超大规模省级电网运行控制关键技术及应用”项目实施纪实

随着国民经济的持续健康发展，我国用电负荷长期处于快速增长态势。2017年夏季，江苏电网最高调度用电负荷突破1亿千瓦，超过德国、韩国、澳大利亚等国家用电负荷。“省可敌国”是我国省级电网当前及未来一段时间的发展趋势。

电力安全是国家安全的重要一环，用电负荷的增长、电网规模的扩大以及运行形态的复杂，对电网的实时运行控制提出了更高的要求，如何保障省级电网的安全运行，是当前我国各个省级电网面临的共同挑战。

电网安全呼唤技术革新

我国能源资源和负荷中心总体呈现逆向分布特征，大规模清洁能源跨区远距离输送是实现国家能源战略转型的必由之路，省级电网运行形态已从就地平衡向全网平衡模式转变。加之地方工业经济的快速发展，区外来电不断增多、负荷高位运行已成为当前省级电网的主要特征，未来电网安全运行和系统规模扩大、区外来电增加的矛盾日益加剧，电网实时调控运行面临严峻挑战。

电网电力供需就像一个天平，一端是用户，一端是电厂，而让它平衡的支架就是电网。实现电网安全的首要难题就是如何保障超大规模电网的实时平衡。一旦电网出现严重不平衡，即将面临大面积瘫痪的风险。因此，如何保持实时相对的平衡，是保障大电网安全运行的关键。

目前，受入江苏的单条特高压直流最大输送能力达到1000万千瓦，相当于南京市的最大用电负荷，一旦特高压直流故障将造成功率瞬间失去，电网平衡存在巨大缺口，系统处于薄弱运行状态，一旦处置不及时极易引发相继故障，甚至大面积停电，将给社会生产、经济生活造成巨大损失。

与此同时，地理面积不到英国一半的江苏省，最大用电负荷却接近英国的两倍，单位面积用电负荷密度更是英国的4倍，负荷密度极大。在这种情况下，如何在供电能力趋于饱和的情况下保障可靠供电，在不增加现有输电设备的情况下最大限度挖掘供电潜力、提升供电能力、破解局部地区供电“卡脖子”问题以及减少负荷限电对工业生产造成的影响，是我国各个省级电网面临的共性难题。

“如果说调度是电网运行控制的指挥中枢，那么，调度控制系统就是支撑调度实时运行须臾不可或缺的手段，它是电网优化决策的‘大脑’、感知电网运行状态的‘双眼’和实时控制电网的‘双手’”。南瑞集团党委委员、国电南瑞总经理郑宗强如是说。调控系统自身的可靠性对保障电网安全至关重要，一旦其功能失效或运转异常，将导致调度失去对电网的监控指挥，其后果难以评估，严重情况下局部故障极易扩展为全局性事故，甚至造成电网崩溃。2003年的美加“8.14”大停电最终调查报告表明，“调度控制系统应用功能可靠性、实时性是影响电网紧急处置的关键因素”。因此，如何保障调度控制系统的连续不间断可靠运行也是摆在各省电网面前不可回避的问题。

困难是机遇，更是挑战，面对难题，“超大规模省级电网运行控制关键技术及应用”项目团队给出了解答。

“小时级”到“秒级”的跨越

以国网江苏省电力公司和国电南瑞科技股份有限公司为主组建的项目团队，成员包括国家电网公司专业领军人才、江苏省电力公司技术专家以及青年岗位能手等高端人才，有多年研发技术和运行经验积累。作为电网调度自动化行业的领跑者和大型电力二次设备制造商，国电南瑞在大电网一体化分析、源网荷协同控制、云计算等方面具有深厚的研发功底、强大的技术储备和完备的人才梯队，近40年来在调度自动化领域厚积薄发，在与ABB、西门子等国际知名公司同台竞技中脱颖而出，实现了从消化吸收到发展创新，再到赶超引领的跨越，为项目攻关奠定了坚实的技术基础。

难题意味着创新，在无任何经验可以借鉴的前提下，从项目的技术论证、方案设计到验收测试，团队成员拧成一股绳，个个亮出看家本领，你设计我验证，你测试我把关，很快底层平台架构设计通过验证、底层数据处理能力验算通过、又快又准的负荷控制算法通过验证……项目团队就这样肩负着电网人的使命一步一个脚印，踏踏实实，一路向前迈进。

功夫不负有心人，经过项目团队全体成员的日夜付出，项目组攻克了超大规模省级电网运行控制的众多关键技术，实现了多项核心技术的原创性创新，相关技术成果已在全国范围内推广应用，带动了调度自动化产业的发展，推动了大电网运行控制领域的技术进步，有力支撑了大电网的安全运行。

首先在电网实时平衡控制方面，特高压直流大功率失去后受端电网频率大幅降低、输电断面严重过载、备用水平显著下降等问题相互交织，控制时间紧迫、受控对象面广量多，以往基于经验决策、电话通知、手动控制的故障处置模式，已显然不能满足上述业务的要求，为此项目团队率先提出了源网荷多级调度协同的控制方法，实现了省地两级控制策略的优化计算、自动下发和并发控制，将百万千瓦级负荷控制时间从以往的数十分钟及以上缩短到一分钟内，彻底解决了大功率失去后电网运行状态快速恢复的重大难题，降低了发生相继故障甚至大面积停电的风险，保障了特高压直流的安全运行，为清洁能源的跨区满功率输送提供了安全保障。

其次在供电可靠性提升方面，设备输送能力的提升受限于气象环境、物理特性及电网安全等多种约束，负荷动态转移存在多路径“组合爆炸”的难题，供电能力在线挖掘难度极大。项目团队结合设备特性和电网运行特点，建立了区域层和设备层相结合的供电能力“预测—感知—优化”架构，提出了分区供电能力在线评估和负荷动态转移技术，在不增加输变电设备的情况下，实现关键输电断面输送潜力的在线挖掘和分区电网间的负荷互济，降低负荷高峰期间的限电容量，深度发掘了电网蕴含的潜在供电能力，最大化发挥了电网设备资产效益，降低了由于限电措施对社会经济、工业生产造成的不良影响，提升了电网供电可靠性，切实履行了“人民电业为人民”的服务宗旨。

同时在调度控制系统可靠性方面，随着电网规模的不断扩大、数据采集的爆炸式增长、运行状态的瞬息万变、实时决策的快速精细化，对调度控制系统处理性能提出了极高的要求，哪怕是几秒内的数据阻塞就有可能导致决策的偏差，进而影响到电网运行状态的控制，极端情况下可能导致电网失去控制，对电网安全运行构成严重威胁。为此，项目团队率先将云技术引入到调度控制系统中，创新实现了“平台运化、数据池化、应用双活”，将调度控制系统实时数据处理能力从传统的8千个提升至国际领先的10万个，实现了电力实时数据高速并行处理的重大技术突破，保障了调控实时业务不间断连续可靠运行。

勇攀技术高峰 推广前景无边

“此项目在系统架构、实时数据分布式处理、风险感知、特高压故障紧急处置和优化调度等方面取得多项技术创新，项目研究成果解决了超大规模省级电网运行控制关键技术难题，具有推广应用前景。”由院士等专家组成的鉴定委员会在中国电机工程学会举办的鉴定会上对“超大规模省级电网运行控制关键技术及应用”给予了这样的评价。这已是该项目第二次获得中国电机工程学会的首肯。

2017年度紫金论电国际会议上，IEEE PES主席认为“该项目成果为大功率缺失后的电网快速恢复提供了创新性的解决方案，在应对互联大电网相继故障处置方面做出了重要贡献。”

项目取得了一系列成果，并获得了广泛应用。负荷批量控制软件应用超过200余个地级电网，区域互备系统在江苏电网13个地调实现了全覆盖。成果提升了电网抵御直流大功率失去的能力，保障了锦苏、复奉和宾金特高压直流的满功率输送，近两年累计接纳清洁能源714亿千瓦时，显著提高了调度防灾备用水平，降低了因调控系统失效引发的电网失控风险，为国庆阅兵、南京青奥和G20杭州峰会等重大活动保电发挥了关键作用。

“随着省级电网规模的进一步发展，成果有力保障了电网可靠供电，降低了大面积停电风险，实现了超大规模电网运行控制技术的引领!”项目负责人国网江苏省电力公司副总经理陈庆自豪地说。

如今，项目成果已成为保障电网安全运行不可或缺的技术手段，实现了调度控制技术的引领，节省投资、减少停电损失等超过15亿元，经济和社会效益十分显著。今后，成果将更有力地保障未来电网的安全运行，为我国经济发展与社会稳定发挥重要作用。