改革開放40年來,，中國電力在調(diào)度控制方面取得了巨大的發(fā)展成就,。作為著名的自動控制和電力系統(tǒng)動態(tài)學(xué)專家,，中國科學(xué)院院士,、清華大學(xué)電機系教授盧強在電力系統(tǒng)最優(yōu)控制等領(lǐng)域的理念和研究成果，很大程度上推動了我國電力系統(tǒng)調(diào)控自動化水平和理念的提升,。日前,，盧強接受本報記者采訪，講述了對改革開放40年來電力行業(yè)發(fā)展的記憶以及對未來的展望,。
電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)
變革驚艷于世
“改革開放40年來,，中國電力的發(fā)展與中國經(jīng)濟幾乎同步?！北R強認為,，改革開放40年來，中國電力在整體上保持了較為平穩(wěn)的發(fā)展勢頭,，取得了顯著的成就,。他對于電力系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)的進步感觸最深。
上世紀70年代之前,，中國只有一些發(fā)電廠和輸電線路,，還沒有形成電力系統(tǒng)，直到1972年,。
“1972年7月,，從丹江口水電站到武漢的高壓輸電線路，由于人為操作不當(dāng),，發(fā)生了三相短路,，直接造成整條線路跳閘，瞬間切斷了武漢鋼鐵廠的供電,?！北R強回憶此事，仍然心有余悸,，“武鋼沒了電,，冷卻水就中斷了，如果在5分鐘內(nèi)不能供應(yīng)冷卻水,，4臺高爐將會坍塌,，變成一堆廢鐵，整個武鋼也將毀滅,?！?/p>
幸好,，武鋼在長江江心預(yù)留了一個江心水泵，當(dāng)時武漢地區(qū)有一個裝機容量僅1萬千瓦的小型電廠,。電廠果斷切斷了與整個系統(tǒng)的聯(lián)系，獨立向江心水泵供電,，武鋼才得以幸存,。此后，人們意識到建立電力系統(tǒng)的調(diào)度控制管理中心的必要,。
“改革開放初期,，中國電力調(diào)度工作，只能依靠調(diào)度人員的經(jīng)驗手動操控,?！北R強說，當(dāng)時,，中國并沒有具有初步自動化的調(diào)度管控系統(tǒng),，只能引進國外的能量管理系統(tǒng)（EMS：EnergyManagementSystem）?！皬纳鲜兰o80年代初,，我國開始了電力界無人不知的‘四大電網(wǎng)（華北、東北,、華東,、華中）引進’，高價引進歐美發(fā)達國家的EMS軟件,。這其實并非今天我國調(diào)度所用的真正意義上的EMS,，只是一個數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)自動處理單元?！?/p>
在引進的基礎(chǔ)上,，中國電力科研人員開始了對電力調(diào)控技術(shù)的吸收消化，并走上了再創(chuàng)造的道路,。盧強舉例說明,，當(dāng)時引進的EMS系統(tǒng)缺少一個重要的組成部分——狀態(tài)估計單元?！斑@一軟件的主要作用簡單地講就是將接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)去偽存真,，最終依靠準確性較高的數(shù)據(jù)對整個電力系統(tǒng)進行調(diào)度?！北R強說,，當(dāng)時，中國電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)電機系的教授和他們的學(xué)生承擔(dān)了狀態(tài)估計軟件的開發(fā),。到了上世紀90年代初,，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的EMS研發(fā)成功,，并經(jīng)過不斷創(chuàng)新和改進應(yīng)用至今。
“電力系統(tǒng)管控和運行與軍隊打仗是一個道理,。軍隊打仗需要有指揮中心,，根據(jù)戰(zhàn)場瞬息萬變的情況，靈活調(diào)度軍隊,。電力系統(tǒng)也是如此,，有了EMS系統(tǒng)，就有了電力的自動化調(diào)度控制中心?，F(xiàn)在,，我國的EMS處于國際領(lǐng)先水平。世界各大國電力系統(tǒng)均發(fā)生過大范圍長時間停電事故,，獨我國沒有,，這就是明證。從‘四大網(wǎng)引進’到今天具有自主知識產(chǎn)權(quán)并領(lǐng)先于世的EMS,，這種電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域驚艷于世的大變革,，不正是改革開放40年成就的一角嗎？”盧強說,。
電力系統(tǒng)最優(yōu)控制
帶來科技自信的思考
能源技術(shù)革命是“四個革命,、一個合作”能源戰(zhàn)略的重要組成部分?；仡欀袊娏ο到y(tǒng)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展歷程,，盧強深刻體會到科技自信對于能源技術(shù)革命的重要意義。
“這還要提到電力系統(tǒng)的最優(yōu)控制技術(shù),?！北R強說，對于較大型的電力系統(tǒng)而言,，交流遠距離輸電具有一個穩(wěn)定極限,，如果某輸電線路的輸送功率超過極限值就會引起“自發(fā)振蕩”，震蕩幅度漸增,，就會引發(fā)整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞,。上世紀七八十年代，這一度成為國內(nèi)外電力同行亟需攻克的技術(shù)難關(guān),。
“39年前,，美國GE公司的兩位工程師提出了‘電力系統(tǒng)鎮(zhèn)定器’（PSS）的概念。幾乎同時,，清華大學(xué)提出了多輸入量的‘線性最優(yōu)控制’理念,。我也參與了該理念的工程實現(xiàn)研究工作，并在1982年出版了《輸電系統(tǒng)最優(yōu)控制》專著,?！北R強解釋道,，我國所提出的線性最優(yōu)控制器輸入量有電壓、功率,、頻率和勵磁電壓偏差4種輸入變量,，并具有嚴格意義上的最優(yōu)協(xié)同控制能力，比GE公司的PSS足足領(lǐng)先了一代,，至今代差依舊存在,。
但在上世紀八九十年代，我國在電力科技水平方面缺乏自信,，大部分發(fā)電機組安裝的是從美國進口的鎮(zhèn)定器，國產(chǎn)的線性最優(yōu)控制技術(shù)推廣并不順利,?！爸钡缴鲜兰o80年代末期，在當(dāng)時的東北電管局總工程師黃其勵的支持下,，這一技術(shù)才應(yīng)用到東北白山水電站4臺30萬千瓦機組上,。當(dāng)時這是我國單機容量最大的水電機組。此項線性最優(yōu)控制技術(shù)在日后東北和華北聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了決定性的鎮(zhèn)定作用,?！北R強回憶道。
盧強和他的“戰(zhàn)友”及學(xué)生們用5年時間,，為白山水電站安裝的線性最優(yōu)勵磁控制器,。使水電站的對外輸送功率極限提升了15%，也在很大程度上提升了中國電力技術(shù)在電力系統(tǒng)控制方面的影響力,?？刂破鞯淖饔门c美國電力科學(xué)研究院提出的可控電容串聯(lián)補償相當(dāng)，但成本只是后者的1%,。
后來,，在黃其勵的指導(dǎo)下，東北電網(wǎng)又裝上19套新一代的非線性勵磁控制器,。這就使得我國在勵磁控制領(lǐng)域領(lǐng)先美國二代,。這些成就不光推動了我國電力系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展進步，還進一步提升了我國在電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域的技術(shù)自信,。
盧強表示,，推動能源領(lǐng)域的技術(shù)革命，不光需要科技創(chuàng)新,，更重要的是樹立思想上的自信,。有了自信，科研工作者才會擁有不斷進取的動力,，中國能源電力技術(shù)才能實現(xiàn)一次又一次偉大變革,。
數(shù)字電力系統(tǒng)
是未來發(fā)展的一大方向
在盧強看來,，如何實現(xiàn)多目標自趨優(yōu)的電力系統(tǒng)調(diào)度控制，仍是目前需要創(chuàng)新實現(xiàn)的戰(zhàn)略目標之一,。
如何實現(xiàn)我國電力系統(tǒng)完全的自動趨優(yōu)調(diào)度控制,？盧強在10年前呼吁，要構(gòu)造我國的數(shù)字電力系統(tǒng),。10年來,，清華大學(xué)電機系有關(guān)團隊為此耕耘不止。
“這是一個相對于實體電網(wǎng)而言的自動管理控制中心,，實現(xiàn)電力調(diào)度控制的全盤自動化,。”盧強表示,，我國電網(wǎng)應(yīng)利用無處不在的傳感器,、大數(shù)據(jù)平臺和內(nèi)網(wǎng)的“云”（我國電力“云”分內(nèi)外層；內(nèi)層幾乎不可被攻破）,，核心科技還是自主研發(fā)的軟件系統(tǒng),。
實現(xiàn)了“多目標自趨優(yōu)”目標，電力系統(tǒng)就成為廣域機器人調(diào)度控制系統(tǒng),。原有調(diào)度人員運用多年積累的寶貴知識和豐富經(jīng)驗,，能夠從事更高級的工作。今日電力系統(tǒng)運行過程的仿真不僅要達到“實時”,，還應(yīng)達到“超實時”,，使這項科技也能領(lǐng)先于世。盧強說：“今日我國電力系統(tǒng)是世界上最復(fù)雜的,。它具有世界唯一的特高壓交直流混成電網(wǎng),，有多端落地的柔性直流輸電系統(tǒng)，有世界上裝機容量最大的風(fēng),、光綠色能源發(fā)電廠站,，將來還會有如雨后春筍般出現(xiàn)的與光伏融合一體的建筑群，當(dāng)然還會有世界上總?cè)萘孔畲蟮碾娏煌ㄏ到y(tǒng)等,?！?/p>
“智能微能源電網(wǎng)是最貼近負荷側(cè)的能源網(wǎng)，使原來的純負荷變成一個彈性負荷,。比如,，一個小區(qū)就可以構(gòu)建一個智能微電網(wǎng)，有風(fēng)電,、太陽能發(fā)電和儲能,。如何實現(xiàn)整個電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)控？還是需要建立一個具有自趨優(yōu)運行能力的電力系統(tǒng)?！北R強說,。
他認為，“自趨優(yōu)”是未來電力調(diào)控技術(shù)發(fā)展的一大方向,。它要達到的并不是一個單獨的優(yōu)化指標,，而是涉及安全性、經(jīng)濟性,、電能質(zhì)量等方面,。“未來的電力調(diào)度控制,，需要實現(xiàn)這三大指標的最優(yōu)集合,。也只有具有自趨優(yōu)的廣域無人調(diào)度或稱為廣域機器人調(diào)度系統(tǒng)，我們才能建設(shè)真正的智能電力系統(tǒng),，我國電力調(diào)控技術(shù)才能在未來實現(xiàn)進一步質(zhì)的跨越,。”