尋求電網(wǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求的更佳方案——訪中國(guó)工程院院士,、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)薛禹勝
12月18日早上,，和往常一樣，薛禹勝早早地來到辦公室,，準(zhǔn)備在手機(jī)上收看慶祝改革開放40周年大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)直播,。
改革開放40年,，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域中“中國(guó)奇跡”全面迸發(fā)的40年,，更是電力行業(yè)取得卓越成就,、為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)的40年。中國(guó)電力行業(yè)蓬勃發(fā)展,，技術(shù)水平不斷邁上新臺(tái)階，人民用電更加便捷,。對(duì)薛禹勝來說,，這40年也是非同一般的經(jīng)歷。
“我是云貴高原上一塊被困住的小石頭,，40年前的那個(gè)春雷把我震出困境,，開始了至今40年的電網(wǎng)安全探索旅程?！?/p>
1978年是薛禹勝在貴州遵義一機(jī)部第二設(shè)計(jì)院的第8個(gè)年頭,，那年他37歲。有一天,，從廣播里聽到首屆研究生招生的年齡放寬到38歲的消息,，他抓住了這次機(jī)會(huì)。他說：“就這樣,，被困在云貴高原上的小石頭被改革開放的春雷震了出來,，與電力緊密相連,。”
“當(dāng)時(shí),，人類對(duì)電的駕馭能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。”薛禹勝回憶,，世界各國(guó)的科學(xué)家從20世紀(jì)70年代起就在尋求快速定量評(píng)估電網(wǎng)穩(wěn)定性的事故隱患的方法,，到了1978年，這一世界性的難題——電網(wǎng)實(shí)行暫態(tài)安全分析仍未攻破,。
20世紀(jì)80年代,，這個(gè)難題逐漸被破解。薛禹勝介紹：“那時(shí)好多都是定性方法,，就像盲人的探路棍,，無法覺察臨近的風(fēng)險(xiǎn)。而擴(kuò)展等面積法（EEAC）的量化功能使電網(wǎng)人員能直接估計(jì)系統(tǒng)在擾動(dòng)下離崩潰狀態(tài)還有多遠(yuǎn),，猶如導(dǎo)盲犬對(duì)盲人的指引,，掌握離開障礙物的距離并及時(shí)調(diào)整行走路線。這正是可以幫助電網(wǎng)人員規(guī)避大停電的最關(guān)鍵信息,?！?/p>
EEAC是一套快速的量化算法，為構(gòu)建現(xiàn)代大電網(wǎng)的防御體系奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),，扭轉(zhuǎn)了災(zāi)變防御工作的被動(dòng)局面,。這意味著對(duì)傳統(tǒng)方法的革命。1994年,，EEAC在東北電網(wǎng)中心在線應(yīng)用通過了工程應(yīng)用鑒定,，大大提高了我國(guó)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
與電網(wǎng)安全水平同步提高的,，還有輸電的電壓等級(jí),。
2005年，中國(guó)工程院的咨詢報(bào)告明確提出,，有必要加快特高壓輸電研究和工程應(yīng)用的步伐,，建議加大對(duì)超高壓/特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)的研究的支持力度，并將這些關(guān)鍵技術(shù)納入國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃,。
薛禹勝認(rèn)為,，新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，建設(shè)好特高壓是中國(guó)電力學(xué)術(shù)界和工程界攀登技術(shù)高峰難得的機(jī)遇,。但也要看到,，特高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行同樣是極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此,，解決“超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障”這一難題,，便擺在了科研工作者的面前,。
改進(jìn)的方法在于尋找控制手段中風(fēng)險(xiǎn)最小的組合，并以風(fēng)險(xiǎn)的大小來判定故障的嚴(yán)重程度,。過去由于無法在機(jī)理,、算法方面找到綜合最優(yōu)的對(duì)策，難以做到經(jīng)濟(jì)性與安全性上的協(xié)調(diào),，往往為保障安全性過度地犧牲經(jīng)濟(jì)性,。所以隨著電網(wǎng)的發(fā)展，控制手段也要改進(jìn),。
薛禹勝提出的“時(shí)空協(xié)調(diào)的大停電防御體系”就是這樣的一種改進(jìn),。
該體系立足于動(dòng)態(tài)、定量,、優(yōu)化,、在線、自適應(yīng),、風(fēng)險(xiǎn)和協(xié)調(diào)的觀點(diǎn),，有機(jī)協(xié)調(diào)預(yù)防控制、繼電保護(hù),、緊急控制,、校正控制等防線，并為這些防線提供在線決策支持,。
如何在技術(shù)上實(shí)現(xiàn),？薛禹勝研究開發(fā)了“廣域監(jiān)測(cè)分析保護(hù)控制（WARMAP）”系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)時(shí)空協(xié)調(diào)的大停電防御體系,，為更復(fù)雜電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)支撐,。他表示：“中國(guó)有能力在世界上建好特高壓輸電工程，也有能力保證它的安全穩(wěn)定運(yùn)行,?！?/p>
與改革開放以來中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展相適應(yīng)，中國(guó)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展,，且是世界上近20年唯一沒發(fā)生大停電事故的國(guó)家。薛禹勝認(rèn)為,，這不是偶然,。大電網(wǎng)安全投入就好像一個(gè)人的保險(xiǎn)費(fèi)用。國(guó)外電網(wǎng)“身體”強(qiáng)壯,，這可以減少生病概率,，但不能避免車禍等意外事故的發(fā)生；而我國(guó)電網(wǎng)在強(qiáng)筋鍛骨的基礎(chǔ)上,，還在計(jì)算投入多少“保險(xiǎn)”費(fèi)用,，才能夠得到最佳的安全控制,，以保證大電網(wǎng)安全。
40年間,，我國(guó)電力事業(yè)乘著改革的春風(fēng)砥礪前行,，發(fā)生改變的是規(guī)模、技術(shù)水平等方方面面,，不變的是安全,。薛禹勝認(rèn)為，尋找到新時(shí)代電網(wǎng)如何適應(yīng)能源發(fā)展需求的更佳方案,，成為我國(guó)電網(wǎng)未來發(fā)展的方向,。
“電能是連接一次能源與終端能源的橋梁，是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié),。要利用仿真平臺(tái),，研究電力轉(zhuǎn)型對(duì)能源轉(zhuǎn)型的主動(dòng)支撐?！?/p>
改革開放40年能源發(fā)展報(bào)告顯示,，40年來，我國(guó)的能源發(fā)展取得了舉世矚目的歷史性成就,，但長(zhǎng)期累積下來的發(fā)展不平衡,、不協(xié)調(diào)等問題也不斷加劇。
前不久,，薛禹勝參加了在波蘭舉行的聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì),。他又一次深刻地意識(shí)到，人類面臨著能源危機(jī),、氣候變化,、環(huán)境安全等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，能源的清潔替代成為全球的共識(shí),。3年前在第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上達(dá)成的《巴黎協(xié)定》中,，各國(guó)同意將全球氣溫相對(duì)于工業(yè)化前水平的升幅控制在2攝氏度內(nèi)，并努力控制在1.5攝氏度內(nèi),。但是按照目前各國(guó)的自主減排方案,，至本世紀(jì)末升溫幅度將達(dá)到2.7攝氏度，難以達(dá)到2攝氏度的目標(biāo),。
薛禹勝說,，人類的發(fā)展會(huì)影響到生存的環(huán)境。如果發(fā)展超過環(huán)境自修復(fù)能力的話,，就是用長(zhǎng)期利益換取短期利益,。這顯然是不可取的。那么,，如何在發(fā)展的速度和保護(hù)環(huán)境的程度之間找到最佳的解決方案,？他在思考,，電力系統(tǒng)應(yīng)該如何更好地在發(fā)電側(cè)支撐清潔能源替代，而在能源的消費(fèi)端支撐電能替代,。
目標(biāo)和方案都指向能源轉(zhuǎn)型,。在薛禹勝看來，能源轉(zhuǎn)型的要點(diǎn)是大力開發(fā)利用可再生能源,，提升能源利用效率降低排放,，但可再生能源要經(jīng)過二次能源轉(zhuǎn)化，二次能源又要通過電網(wǎng)輸送到終端,，所以電網(wǎng)是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的樞紐和中心環(huán)節(jié),。為此，要以電力和電網(wǎng)作為核心支撐,，使一次能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源替代,，終端能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能替代，構(gòu)建多種能源資源互補(bǔ)互濟(jì),、協(xié)同發(fā)展的新一代能源系統(tǒng),。
在此背景下，薛禹勝提出電網(wǎng)要主動(dòng)支撐能源轉(zhuǎn)型,。他認(rèn)為,，我們要優(yōu)化一次能源的轉(zhuǎn)型目標(biāo)及路徑，要正確預(yù)計(jì)在能源轉(zhuǎn)型中,，需要我們電力系統(tǒng)起到什么“量”的支撐作用,，要分析我國(guó)在不同轉(zhuǎn)型目標(biāo)及轉(zhuǎn)型路徑下，可以獲得的環(huán)境與發(fā)展效果以及付出的代價(jià),。比如,，我們制定的2030年和2050年能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)及其路徑，如何才能更優(yōu)化,？
這就需要用到能源轉(zhuǎn)型的科學(xué)決策法,。薛禹勝表示，我們一直在研究仿真模型平臺(tái),，把經(jīng)濟(jì)模型,、政策模型、物理模型,、數(shù)學(xué)模型等放在一起,，進(jìn)行多領(lǐng)域交叉的復(fù)雜問題的建模與參數(shù)設(shè)置。
薛禹勝補(bǔ)充道：“能源轉(zhuǎn)型離不開政策與參與者的行為,。”他以電動(dòng)汽車為例——目前對(duì)于電動(dòng)汽車的研究都是建立在一個(gè)假設(shè)的前提下,，即汽車停在充放電站時(shí),，電池就可以被服務(wù)商或者調(diào)度人員調(diào)用,。這是一個(gè)脫離市場(chǎng)環(huán)境的假設(shè)。但現(xiàn)實(shí)因素是如何取得車主的認(rèn)可,、包括充放電之間的電量損失及電池壽命如何補(bǔ)償?shù)鹊?。比如，用戶臨時(shí)改變行程出行,，但發(fā)現(xiàn)電池電量不足的補(bǔ)償問題,。要解決這個(gè)問題，一定要充分考慮電動(dòng)汽車發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié),，包括購(gòu)買,、出行、充電和備用服務(wù)等不同場(chǎng)景下,，人們的行為怎樣參與博弈,。
薛禹勝認(rèn)為，必須要發(fā)揮電網(wǎng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的主動(dòng)支撐作用,，將能源轉(zhuǎn)型的研究置于社會(huì),、物理、經(jīng)濟(jì),、政策,、行為等多種框架之中，通過混合仿真來幫助宏觀決策,，將基于主觀經(jīng)驗(yàn)的決策方法提升到更為科學(xué)的水平,。