不久前，世界首套地區(qū)級“智能電網(wǎng)動態(tài)防雷系統(tǒng)”在國網(wǎng)江蘇蘇州供電公司成功上線運行。作為“國際人工智能防雷科學(xué)委員會” 重點示范項目、國網(wǎng)江蘇省電力公司“十三五” 重點科技項目，本次投運的智能電網(wǎng)動態(tài)防雷系統(tǒng)是目前世界上覆蓋面積最廣、控制功能最強、性能指標最高的“動態(tài)防雷系統(tǒng)”。
在全球雷電防護研究和實踐領(lǐng)域，該系統(tǒng)首次系統(tǒng)地實現(xiàn)了適應(yīng)于未來氣候變化的智能動態(tài)防雷模式，使雷電防護從傳統(tǒng)的“靜態(tài)被動模式”步入“智能動態(tài)模式”，在雷電防護研究和實踐領(lǐng)域具有劃時代的意義。項目整個開發(fā)過程共歷經(jīng)了十二年的理論沉淀和技術(shù)研發(fā)，以“十年磨一劍”形容不為過。
氣候變化，全球防雷新挑戰(zhàn)
雷電一直是危害電網(wǎng)安全、造成局部或較大范圍停電的重大自然因素。我國沿海地區(qū)一半以上的電網(wǎng)事故因雷電導(dǎo)致。傳統(tǒng)的防雷模式，如避雷針、避雷線、避雷器、防浪涌設(shè)備等靜態(tài)措施可以使雷害最小化，但難以將其完全消除，這也是電力領(lǐng)域的一個世界性難題。
近年來，全球氣候變化明顯，極端天氣增多，雷電活動更加頻繁劇烈。據(jù)美國麻省理工學(xué)院等機構(gòu)發(fā)布的研究結(jié)果，在可預(yù)見的未來 10 ～ 20 年，全球雷暴活動將大幅增加。而蘇州地處江蘇南部，區(qū)域內(nèi)水網(wǎng)縱橫，又是每年受臺風(fēng)影響較頻繁的地區(qū)。統(tǒng)計顯示，隨著暖濕空氣勢力逐漸增強，蘇州每年六、七、八月間的雷電天氣逐月增多，又恰與迎峰度夏重疊，在夏日用電高峰期，極易對電網(wǎng)造成沖擊和波動，給蘇州電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來極大困擾。
勇于開拓，潛心探索新模式
目前常規(guī)的防雷模式，是通過保護系統(tǒng)某單個設(shè)備或部分，來確保整個電網(wǎng)的正常運行，其主要原理是將雷電的破壞性能量導(dǎo)入大地，或提高防護級別(絕緣強度)。這種模式主要側(cè)重設(shè)計安裝階段，保護目標為單個設(shè)備、部件或設(shè)施，如線路、變壓器、電子設(shè)備、變電站等，采用的是相對固定的防護措施，如架空避雷線、避雷針、SPD 防浪涌設(shè)備等。
根據(jù)實際經(jīng)驗及統(tǒng)計分析，單一的雷擊跳閘事故不一定會造成大范圍的停電，往往是一些其它因素的綜合疊加，例如某一開關(guān)的閉鎖，某一繼保裝置的異常，或系統(tǒng)某部分的重載狀態(tài)等造成事故范圍的擴大。而由于整個電網(wǎng)設(shè)備數(shù)以百萬計，在龐大的基數(shù)下，很難保證每個設(shè)備或原件始終處于最佳狀態(tài)。
雖然雷擊本身不受控，但雷電活動可以被監(jiān)測和跟蹤。雷擊的發(fā)生在時間和空間上可以通過雷電探測系統(tǒng)進行預(yù)判。因此也可以據(jù)此對電網(wǎng)系統(tǒng)進行動態(tài)的調(diào)整和控制，從而提高電網(wǎng)的整體防雷性能。
早在 2006 年，蘇州供電公司項目組就認識到電網(wǎng)的防雷性能不能僅取決于單個設(shè)備或部件的防雷性能，并創(chuàng)造性地將“電網(wǎng)控制”引入防雷研究領(lǐng)域，提出了動態(tài)防雷的思路。
智能浪潮，動態(tài)防雷初出廬
項目組順應(yīng)電網(wǎng)動態(tài)平衡的運行本質(zhì)、利用大禹治水“疏而非堵”的控制機理，正式提出智能電網(wǎng)“動態(tài)防雷”的概念。
“動態(tài)防雷”是一種系統(tǒng)級防雷模式。基于實時高精度雷電跟蹤及電網(wǎng)全局穩(wěn)定性計算，強調(diào)在潛在雷害發(fā)生之前，對電網(wǎng)進行有效的動態(tài)調(diào)整及非線性協(xié)調(diào)控制，從而提高電網(wǎng)抵御雷電災(zāi)害的能力，并大幅改善雷電氣候下電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。這類似于“大禹治水”的原理，傳統(tǒng)的電網(wǎng)防雷模式的整體思路相當(dāng)于堵，加強絕緣強度、對各個設(shè)備加裝各種防雷設(shè)備。而“動態(tài)防雷”模式的思路相當(dāng)于疏，將電網(wǎng)的負荷進行疏導(dǎo)和優(yōu)化平衡：當(dāng)雷電威脅到某電力線路或者電網(wǎng)的某一部分，就轉(zhuǎn)移該線路或調(diào)整該部分電網(wǎng)的負荷，優(yōu)化平衡整個電網(wǎng)的負荷分布。當(dāng)雷電威脅解除，則從安全運行模式切換回原來的經(jīng)濟運行模式。
此后，項目組分別在基于動態(tài)防雷的智能電網(wǎng)動態(tài)拓撲調(diào)節(jié)技術(shù)、潮流優(yōu)化控制技術(shù)、支撐節(jié)點抗擾動協(xié)調(diào)控制技術(shù)、基于廣譜微分時域鑒別的雷電傳感技術(shù)等方面取得了一系列進展。系統(tǒng)每一次“進階”或看似“微調(diào)”，其實都是牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)工程，核心項目組成員童充曾經(jīng)有過連續(xù)兩天三夜，接線 800 次，調(diào)端口 900 次，改代碼 1000 次的體驗。辛勤的付出取得了豐碩回報，2016 年 10 月，在葡萄牙第 33 屆國際防雷大會(ICLP)上，項目組邀請了來自全球的八位國際頂級科學(xué)家，組織召開了項目國際鑒定會。最終鑒定結(jié)論為：“達到世界領(lǐng)先水平”，這在同類項目中尚屬首次。
2017 年 5 月 24 日 18 時 30 分，當(dāng)蘇州供電公司電力調(diào)度控制大廳大屏幕上顯示出“智能電網(wǎng)動態(tài)防雷系統(tǒng)”正式上線運行的實時圖像時，正在現(xiàn)場密切監(jiān)控的項目組成員一片歡呼。系統(tǒng)顯示，雷電探測范圍超 10000 平方公里，有效保護范圍可達 1000 平方公里，綜合性能指標大幅領(lǐng)先于國內(nèi)外現(xiàn)有水準。系統(tǒng)項目負責(zé)人、蘇州供電公司高級工程師蔡云峰介紹：“動態(tài)防雷系統(tǒng)能夠降低雷電氣候條件下的電網(wǎng)運行風(fēng)險，全面應(yīng)用后將大幅度提高電網(wǎng)抵御雷電災(zāi)害的能力，從而提高供電可靠率，預(yù)計可減少當(dāng)前 80% 由雷電而造成的停電損失。”