建多指標、自趨優的智能電力系統

2020-11-29 科學網
中國科學院院士、清華大學教授盧強:
建多指標、自趨優的智能電力系統

 

一個新概念的提出,宜先作周密的理性分析,然後得出自己的符合科學的理念和方法論,對當前的智能電網就應該如此。

 

中國有時對自己的科學成就研究理解不夠,當國外特別是美國提出一個新概念,我們有時會盲目跟風,但往往沒有落實到我國的支撐產業和支柱技術上,造成與國情不符、多走彎路的結果。我國電力系統最優控制領域的開拓者,中國科學院院士、清華大學教授盧強表示,這是他擔心出現的局面。

 

「美國總統歐巴馬提出建設美國的智能電網(Smart Grid),他強調的是『網』而不是 『系統』。美國廠網截然分開,競爭大於合作,這種模式本身存在缺陷。」盧強指出,廠網分開在技術上是講不通的。需要端正這個概念,「廠網分營,統一調度」的表述才比較全面,中國發展智能電網也應遵此理念。

 

清華大學在10年前就提出建設中國的數字電力系統(DPS,Digital Power Systems),當時已有明確定義及研發方向。盧強認為,如果照此建設,就是一個包括發電廠、電網和用戶的智能電力系統。

 

中國更應該建設智能電力系統(Smart Power Systems),而不是局限在智能電網上。盧強持此明確的觀點,他對《科學時報》記者闡述了智能電力系統的概念和內涵。

 

他強調,我們應該從更高層面即國家層面考慮我國電力系統的未來發展方向,出發點是國家和人民利益的極大化。

 

多指標、自趨優的智能電力系統

 

盧強給出一個簡潔的定義:一個具有多指標自趨優(自動趨於優化)能力的電力系統或電網即可稱之為智能電力系統或智能電網。

 

我國電網運行實行統一調度、分級管理,調度機構分為五級:即國家調度中心;跨省、自治區、直轄市的區域調度中心;省級調度,地區調度(地調)和縣級調度,分別對應名稱為國調、網調、省調、地調和縣調。

 

盧強介紹,各級調度機構對管轄範圍內的電網進行調度時,其欲優化的指標體系及其側重點各有不同。而智能電力系統的定義則適合於所有電壓等級和每一層級的調度。

 

比如網調,以華東電網調度為例,其首先考慮的是安全穩定性。2003年美國「8·14」大停電導致其東北部、中西部和加拿大南部電網整體崩潰,華東電網所轄的長三角地區如果出現類似事故將不堪設想。

 

其次是電能質量的達標,涉及各節點電壓、電網頻率、諧波含量達標等方面。

 

還有,同樣重要的是經濟運行,主要是電網線路損耗最小化,以利於節能減排,對環境友好。

 

他指出,多指標的集合是個開放式的集合,主要包含安全、質量、經濟三個要素,還可以增添其他。只有這些指標綜合自動趨於優化才能夠稱之為智能電力系統或智能電網。

 

如何實現自趨優?必須依據IT技術和新的控制理論。信息科學技術的範圍很廣,其中包括精確的量測系統和快速的信息傳遞系統以及計算機科學和技術。稍仔細一點來講,各級調度控制機,接收來自物理電力系統的海量信息並快速進行分析、形成控制決策、下達並實現控制決策,從而改善系統狀態,直至實現多指標綜合優化之目的。而這一切都應是通過計算機系統自動閉環進行的。

 

混成控制理論的應用

 

然而,達到自趨優的目標並不容易。在基礎研究方面,如何實現多指標的綜合優化,目前在數學界仍是一個難題。於是,我國科學家開始自己摸索、創新,並形成一套新的控制理論——混成控制理論。

 

此名稱借用了軍事上混成建制的概念,是清華大學在科技部「973」項目支持下歷時5年研究完成的。而這一創新的源頭正是盧強院士。

 

盧強認為,混成控制理論能夠使智能電力系統的理想變為現實。混成控制主要內涵是電力系統最高層接收和分析來自物理電力系統的數據和信息,並實時判斷物理電力系統有無不滿足指標的事件(Events)發生,並通過混成控制使得系統回至無事件運行狀態,即多指標趨優態。

 

這其實是一個趨優控制系統,並最早在「數字南方電網」的建設書中得到闡述。

 

據介紹,目前,該系統已在東北無功、電壓自趨優控制試點成功,一期試點工程(包括兩個電廠和兩個變電站)運行效果良好。東北電力公司對實現全東北無功、電壓自動優化調控的積極性很高,二期工程正報國家電網公司批准實施,如果順利獲批,有望在東北三省實現電網電壓和無功功率的自趨優控制。

 

此外,在國家電網公司支持下,上海在此方面也進行了試點並收效顯著。福建、海南兩省正積極準備,福建提出「建設福建智能電網」的計劃,趨優控制系統將是技術層面優先考慮的對象。

 

國家電網公司和南方電網公司對以上兩個項目也給予了大力支持。

 

而這一切,無論是遠景還是現實,在盧院士的設想中卻變得越來越清晰,那就是依靠IT技術,計算機科學和技術以及混成控制理論,把一個覆蓋幾千、幾萬甚至幾十萬平方公裡的電力系統協控得如同一部廣域智慧機器人一般。這是一種人類至今聞所未聞的多目標自趨優廣域機器人。

 

《科學時報》 (2009-8-10 B1 區域周刊)

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