改革開放40年來，中國電力在調度控制方面取得了巨大的發展成就。作為著名的自動控制和電力系統動態學專家，中國科學院院士、清華大學電機系教授盧強在電力系統最優控制等領域的理念和研究成果，很大程度上推動了我國電力系統調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年來電力行業發展的記憶以及對未來的展望。
電力系統調度技術
變革驚艷于世
“改革開放40年來，中國電力的發展與中國經濟幾乎同步。”盧強認為，改革開放40年來，中國電力在整體上保持了較為平穩的發展勢頭，取得了顯著的成就。他對于電力系統調控技術的進步感觸最深。
上世紀70年代之前，中國只有一些發電廠和輸電線路，還沒有形成電力系統，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，發生了三相短路，直接造成整條線路跳閘，瞬間切斷了武漢鋼鐵廠的供電。”盧強回憶此事，仍然心有余悸，“武鋼沒了電，冷卻水就中斷了，如果在5分鐘內不能供應冷卻水，4臺高爐將會坍塌，變成一堆廢鐵，整個武鋼也將毀滅。”
幸好，武鋼在長江江心預留了一個江心水泵，當時武漢地區有一個裝機容量僅1萬千瓦的小型電廠。電廠果斷切斷了與整個系統的聯系，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的調度控制管理中心的必要。
“改革開放初期，中國電力調度工作，只能依靠調度人員的經驗手動操控。”盧強說，當時，中國并沒有具有初步自動化的調度管控系統，只能引進國外的能量管理系統（EMS：EnergyManagementSystem）。“從上世紀80年代初，我國開始了電力界無人不知的‘四大電網（華北、東北、華東、華中）引進’，高價引進歐美發達國家的EMS軟件。這其實并非今天我國調度所用的真正意義上的EMS，只是一個數據接收和數據自動處理單元。”
在引進的基礎上，中國電力科研人員開始了對電力調控技術的吸收消化，并走上了再創造的道路。盧強舉例說明，當時引進的EMS系統缺少一個重要的組成部分——狀態估計單元。“這一軟件的主要作用簡單地講就是將接收到的狀態數據去偽存真，最終依靠準確性較高的數據對整個電力系統進行調度。”盧強說，當時，中國電力科學研究院和清華大學電機系的教授和他們的學生承擔了狀態估計軟件的開發。到了上世紀90年代初，具有完全自主知識產權的EMS研發成功，并經過不斷創新和改進應用至今。
“電力系統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，根據戰場瞬息萬變的情況，靈活調度軍隊。電力系統也是如此，有了EMS系統，就有了電力的自動化調度控制中心。現在，我國的EMS處于國際領先水平。世界各大國電力系統均發生過大范圍長時間停電事故，獨我國沒有，這就是明證。從‘四大網引進’到今天具有自主知識產權并領先于世的EMS，這種電力系統自動化領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。
電力系統最優控制
帶來科技自信的思考
能源技術革命是“四個革命、一個合作”能源戰略的重要組成部分。回顧中國電力系統調控技術的發展歷程，盧強深刻體會到科技自信對于能源技術革命的重要意義。
“這還要提到電力系統的最優控制技術。”盧強說，對于較大型的電力系統而言，交流遠距離輸電具有一個穩定極限，如果某輸電線路的輸送功率超過極限值就會引起“自發振蕩”，震蕩幅度漸增，就會引發整個電力系統的穩定破壞。上世紀七八十年代，這一度成為國內外電力同行亟需攻克的技術難關。
“39年前，美國GE公司的兩位工程師提出了‘電力系統鎮定器’（PSS）的概念。幾乎同時，清華大學提出了多輸入量的‘線性最優控制’理念。我也參與了該理念的工程實現研究工作，并在1982年出版了《輸電系統最優控制》專著。”盧強解釋道，我國所提出的線性最優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協同控制能力，比GE公司的PSS足足領先了一代，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，大部分發電機組安裝的是從美國進口的鎮定器，國產的線性最優控制技術推廣并不順利。“直到上世紀80年代末期，在當時的東北電管局總工程師黃其勵的支持下，這一技術才應用到東北白山水電站4臺30萬千瓦機組上。當時這是我國單機容量最大的水電機組。此項線性最優控制技術在日后東北和華北聯網中發揮了決定性的鎮定作用。”盧強回憶道。
盧強和他的“戰友”及學生們用5年時間，為白山水電站安裝的線性最優勵磁控制器。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在電力系統控制方面的影響力。控制器的作用與美國電力科學研究院提出的可控電容串聯補償相當，但成本只是后者的1%。
后來，在黃其勵的指導下，東北電網又裝上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域領先美國二代。這些成就不光推動了我國電力系統控制技術的發展進步，還進一步提升了我國在電力系統控制領域的技術自信。
盧強表示，推動能源領域的技術革命，不光需要科技創新，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，中國能源電力技術才能實現一次又一次偉大變革。
數字電力系統
是未來發展的一大方向
在盧強看來，如何實現多目標自趨優的電力系統調度控制，仍是目前需要創新實現的戰略目標之一。
如何實現我國電力系統完全的自動趨優調度控制？盧強在10年前呼吁，要構造我國的數字電力系統。10年來，清華大學電機系有關團隊為此耕耘不止。
“這是一個相對于實體電網而言的自動管理控制中心，實現電力調度控制的全盤自動化。”盧強表示，我國電網應利用無處不在的傳感器、大數據平臺和內網的“云”（我國電力“云”分內外層；內層幾乎不可被攻破），核心科技還是自主研發的軟件系統。
實現了“多目標自趨優”目標，電力系統就成為廣域機器人調度控制系統。原有調度人員運用多年積累的寶貴知識和豐富經驗，能夠從事更高級的工作。今日電力系統運行過程的仿真不僅要達到“實時”，還應達到“超實時”，使這項科技也能領先于世。盧強說：“今日我國電力系統是世界上最復雜的。它具有世界唯一的特高壓交直流混成電網，有多端落地的柔性直流輸電系統，有世界上裝機容量最大的風、光綠色能源發電廠站，將來還會有如雨后春筍般出現的與光伏融合一體的建筑群，當然還會有世界上總容量最大的電力交通系統等。”
“智能微能源電網是最貼近負荷側的能源網，使原來的純負荷變成一個彈性負荷。比如，一個小區就可以構建一個智能微電網，有風電、太陽能發電和儲能。如何實現整個電網的最優調控？還是需要建立一個具有自趨優運行能力的電力系統。”盧強說。
他認為，“自趨優”是未來電力調控技術發展的一大方向。它要達到的并不是一個單獨的優化指標，而是涉及安全性、經濟性、電能質量等方面。“未來的電力調度控制，需要實現這三大指標的最優集合。也只有具有自趨優的廣域無人調度或稱為廣域機器人調度系統，我們才能建設真正的智能電力系統，我國電力調控技術才能在未來實現進一步質的跨越。”