中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：記“特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)?；瘧?yīng)用”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)
2014年1月，在國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，“特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)?；瘧?yīng)用”項(xiàng)目被授予2013年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)32個(gè)省級(jí)以上調(diào)度中心和57個(gè)地級(jí)調(diào)度中心，覆蓋了國(guó)家電網(wǎng)公司全部等級(jí)保護(hù)四級(jí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了特大電網(wǎng)多級(jí)調(diào)度控制業(yè)務(wù)一體化協(xié)同運(yùn)作，促進(jìn)了大規(guī)模可再生能源有效消納。一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為特大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的技術(shù)手段。
砥礪奮進(jìn)
攻克四大難題
國(guó)際特大電網(wǎng)運(yùn)行組織(VLPGO)將裝機(jī)容量超過(guò)6000萬(wàn)千瓦的電網(wǎng)稱(chēng)為特大電網(wǎng)。目前，中國(guó)電網(wǎng)已成為世界上運(yùn)行電壓等級(jí)最高、用電量最大、可再生能源裝機(jī)最多、交直流混聯(lián)的特大電網(wǎng)。截至2013年年底，全國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到12.47億千瓦，中國(guó)電網(wǎng)與美國(guó)、歐洲電網(wǎng)一起，成為全球最大的三大電網(wǎng)。
特大電網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣，由多個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)共同完成運(yùn)行控制，系統(tǒng)運(yùn)行呈現(xiàn)緊密化特征，全網(wǎng)調(diào)度控制協(xié)同運(yùn)行。而“一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目組之所以能夠贏得殊榮，是因?yàn)樵摮晒苯咏鉀Q了特大電網(wǎng)調(diào)度控制運(yùn)行過(guò)程中的四大難題。
一是復(fù)雜大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。業(yè)內(nèi)人士深知，電網(wǎng)本身的安全穩(wěn)定和實(shí)時(shí)平衡很難維持，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障或造成重大停電事故。世界上出現(xiàn)的多次大停電事故，都與其調(diào)度系統(tǒng)缺乏全網(wǎng)故障信息共享、在線跟蹤分析，以及調(diào)度協(xié)調(diào)控制等技術(shù)手段有關(guān)。在我國(guó)，主要電網(wǎng)分布為五大區(qū)域（華北、華東、華中、東北、西北）電網(wǎng)及南方電網(wǎng)。如此龐大的電網(wǎng)聯(lián)在一起，如果缺乏統(tǒng)一的優(yōu)化調(diào)度和協(xié)調(diào)控制，局面將不可收拾。
二是大范圍經(jīng)濟(jì)調(diào)度與節(jié)能低碳調(diào)度。隨著新能源的發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量和發(fā)電量已居于世界第一位。到2014年3月底，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到7463萬(wàn)千瓦，占我國(guó)總裝機(jī)的6%。在北方某些省區(qū)，風(fēng)電比重已經(jīng)近30%。要想適應(yīng)我國(guó)特大電網(wǎng)大容量遠(yuǎn)距離輸電、可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)和節(jié)能減排等要求，新的特大電網(wǎng)必須要突破大范圍經(jīng)濟(jì)調(diào)度和節(jié)能低碳調(diào)度的重大技術(shù)難題。
三是電網(wǎng)調(diào)度控制的安全防護(hù)。雷電、山火、臺(tái)風(fēng)、大霧等自然災(zāi)害，以及恐怖襲擊、網(wǎng)絡(luò)攻擊等人為破壞對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行皆有損害。尤為值得一提的是，如今，網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為信息戰(zhàn)場(chǎng)，“斯諾登”事件再一次表明，沒(méi)有硝煙的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭(zhēng)一直在進(jìn)行。震網(wǎng)、火焰病毒等定向攻擊國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，基于邊界防護(hù)的安全體系受到威脅，亟須建立完善縱深安全防護(hù)體系，解決電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的安全防護(hù)難題。
四是標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的一體化平臺(tái)。原省級(jí)以上電網(wǎng)調(diào)度中心都配置有十余套各自獨(dú)立的自動(dòng)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如能量管理系統(tǒng)（EMS）、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)，以及調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都有各自的服務(wù)器、傳輸總線、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形界面等，沒(méi)有統(tǒng)一開(kāi)放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，互不兼容。這樣的系統(tǒng)難以支持橫向集成和縱向貫通，難以支持多級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度，難以滿足縱深安全防護(hù)和等級(jí)保護(hù)的要求。因此，迫切需要結(jié)合最新IT技術(shù)，研發(fā)出新一代智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。
這樣的四大難題擺在項(xiàng)目組成員面前，他們沒(méi)有現(xiàn)成的國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，既是艱巨挑戰(zhàn)，同時(shí)也是重大機(jī)遇。正是憑借著一腔科研攻關(guān)的熱血和耐心，他們才砥礪奮進(jìn)，打好了一場(chǎng)又一場(chǎng)的攻堅(jiān)戰(zhàn)。
科技領(lǐng)銜
突破層層瓶頸
科技是改變世界的重要力量，要想取得技術(shù)上的突破，絕非一日之功，堅(jiān)實(shí)持久的積淀才能讓科技研發(fā)之路走得更遠(yuǎn)?？v觀電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)大體經(jīng)歷了3個(gè)階段。第一階段，引進(jìn)了“四大網(wǎng)”能量管理系統(tǒng)（EMS）及開(kāi)發(fā)技術(shù)；第二階段，自主開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)CC-2000和OPEN-3000調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)迅速占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大部分份額；第三階段，通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司專(zhuān)列系列重大科技項(xiàng)目，統(tǒng)一組織開(kāi)發(fā)新一代的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）。
2008年初，我國(guó)大范圍冰災(zāi)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重破壞，“5·12”汶川地震更是對(duì)電力設(shè)施造成毀滅性破壞，但當(dāng)時(shí)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)難以滿足多級(jí)調(diào)度聯(lián)合處置重大電網(wǎng)事故的要求。
地震發(fā)生后，國(guó)家電網(wǎng)公司快速反應(yīng)，立即開(kāi)展了新一代調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)，并成立了由國(guó)家電力調(diào)度控制中心牽頭、以中國(guó)電力科學(xué)研究院和國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院為主、各網(wǎng)省電力公司全面參與、相關(guān)大專(zhuān)院校和設(shè)備制造廠商等聯(lián)合攻關(guān)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，項(xiàng)目也得到了國(guó)家“核高基”和“863”專(zhuān)項(xiàng)的大力支持。
聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目組成立后，各成員日夜兼程地開(kāi)展工作，用近兩個(gè)月的時(shí)間確定了攻關(guān)目標(biāo)：開(kāi)發(fā)一套新一代調(diào)度控制系統(tǒng)，以滿足特大電網(wǎng)多級(jí)調(diào)度一體化運(yùn)作和建立備用調(diào)度體系的業(yè)務(wù)需求。這一全新的控制系統(tǒng)就叫D5000，其中D指調(diào)度（Dispatching），5000意為2000加3000，希望能夠產(chǎn)生大于5000的效果。D5000的原型系統(tǒng)是將CC-2000的優(yōu)勢(shì)模塊（傳輸總線、前置采集等）與OPEN-3000的優(yōu)勢(shì)模塊（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等）各自抽出來(lái)，再結(jié)合最新IT技術(shù)，重新構(gòu)建一套全新的基本原型系統(tǒng)。為解決四川備調(diào)的急需，聯(lián)合開(kāi)發(fā)組用原型系統(tǒng)搭建了四川電網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)投入試運(yùn)行。
其后，這一技術(shù)方案被進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用功能均取得數(shù)量級(jí)的突破和創(chuàng)新。2009年7月，華中測(cè)試小系統(tǒng)順利通過(guò)了工廠驗(yàn)收測(cè)試，基礎(chǔ)平臺(tái)和基本應(yīng)用1.0版正式誕生；同年9月上旬，華北測(cè)試小系統(tǒng)通過(guò)了驗(yàn)收測(cè)試；2010年1月，國(guó)調(diào)與華中、華北和華東網(wǎng)調(diào)測(cè)試小系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，國(guó)調(diào)系統(tǒng)成功進(jìn)入調(diào)度大廳，實(shí)現(xiàn)了 “三華”系統(tǒng)的遠(yuǎn)程瀏覽。
一個(gè)月后，聯(lián)合開(kāi)發(fā)組進(jìn)駐武漢，D5000基礎(chǔ)平臺(tái)和基本應(yīng)用的1.0版也在華中試點(diǎn)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。六個(gè)月后，支撐平臺(tái)的各個(gè)模塊都經(jīng)受了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程環(huán)境的考驗(yàn)和驗(yàn)證，功能、性能都進(jìn)行了完善提升。經(jīng)由各網(wǎng)省調(diào)專(zhuān)家組成的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收組的兩輪測(cè)試驗(yàn)收，華中D5000系統(tǒng)投入試運(yùn)行，D5000的2.0版本也開(kāi)始形成。
在統(tǒng)一的D5000平臺(tái)上，10家單位分別進(jìn)行了各自應(yīng)用功能的試點(diǎn)，華中電網(wǎng)繼續(xù)試點(diǎn)基礎(chǔ)平臺(tái)和基本應(yīng)用，華北電網(wǎng)試點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警功能，華東電網(wǎng)試點(diǎn)調(diào)度計(jì)劃與安全校核功能，四川電網(wǎng)試點(diǎn)備用調(diào)度和水電自動(dòng)化，江蘇電網(wǎng)試點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度管理……國(guó)調(diào)試點(diǎn)整體功能性能并負(fù)責(zé)總體協(xié)調(diào)。
這是D5000應(yīng)用功能的全面上線，經(jīng)過(guò)一年的艱苦奮戰(zhàn)，10個(gè)試點(diǎn)工程全部上線運(yùn)行，一個(gè)平臺(tái)和四大應(yīng)用全面完成，形成了2.3版本，具備全面推廣應(yīng)用的條件。
全面應(yīng)用
彰顯社會(huì)效益
“這是世界級(jí)的成果，是中國(guó)和世界智能電網(wǎng)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步！”國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）主席克勞斯·烏赫勒如此評(píng)價(jià)D5000系統(tǒng)。國(guó)際特大電網(wǎng)運(yùn)行組織（VLPGO）秘書(shū)長(zhǎng)阿蘭·史蒂文率全球15個(gè)最大電網(wǎng)的理事會(huì)成員參觀后評(píng)價(jià)道：“中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)率先實(shí)現(xiàn)了VLPGO白皮書(shū)提出的新功能，領(lǐng)先歐美電網(wǎng)3~5年?！?
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司華中分部的D5000系統(tǒng)應(yīng)用證明書(shū)顯示，該系統(tǒng)為調(diào)控人員提供了全方位的電網(wǎng)運(yùn)行全景感知、實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線分析等技術(shù)手段，能支撐電網(wǎng)故障的“事前預(yù)控、事中告警、事后分析”，確保電網(wǎng)安全“可控、能控、在控”。另一組數(shù)據(jù)或許更能為此作證——僅2012年，D5000系統(tǒng)就成功報(bào)警了500余次電網(wǎng)故障，成功抵御處置了22次嚴(yán)重電網(wǎng)故障沖擊，保障了1.2萬(wàn)余項(xiàng)主網(wǎng)設(shè)備計(jì)劃停電工作的順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了220千伏以上348座變電站和1134條線路的安全投運(yùn)。
此外，D5000系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的新能源監(jiān)測(cè)、發(fā)電預(yù)測(cè)、發(fā)電計(jì)劃、安全校核、日內(nèi)調(diào)度和在線安全分析等功能，對(duì)促進(jìn)清潔能源利用和新能源并網(wǎng)消納也發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2010年到2012年，國(guó)家電網(wǎng)消納風(fēng)電電量分別為472億、706億和939億千瓦時(shí)，年均增長(zhǎng)率超過(guò)30%；2012年并網(wǎng)水電發(fā)電量5186萬(wàn)千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)27.9%，水能利用率提高7.1%；完成跨區(qū)跨省交易電量6054.9億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)14%。
自2009年投入運(yùn)行以來(lái)，D5000在國(guó)家電網(wǎng)省級(jí)以上調(diào)度控制中心得以全面推廣和應(yīng)用。截至2013年年底，D5000系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)32個(gè)省級(jí)以上調(diào)度和57個(gè)地級(jí)調(diào)度，覆蓋了全部等級(jí)保護(hù)四級(jí)系統(tǒng)，大大提升了國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)裝備水平，提高了駕馭大電網(wǎng)能力，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠供電發(fā)揮了重要作用，實(shí)現(xiàn)了巨大的社會(huì)效益。在十八大、國(guó)慶60周年、上海世博會(huì)、“兩會(huì)”、“神九”發(fā)射等國(guó)家重大保電任務(wù)中，D5000也交上了優(yōu)秀的答卷。
在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織召開(kāi)的科技成果鑒定會(huì)上，由清華大學(xué)盧強(qiáng)院士和武漢大學(xué)程時(shí)杰院士任主任的鑒定委員會(huì)對(duì)D5000系統(tǒng)的鑒定意見(jiàn)為，“一體化支撐平臺(tái)的主要成果為國(guó)際首創(chuàng)”；“在基于統(tǒng)一平臺(tái)和四大類(lèi)應(yīng)用的一體化系統(tǒng)體系架構(gòu)、大電網(wǎng)綜合智能分析與告警、面向特高壓同步大電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析和在線穩(wěn)定分析、多級(jí)多時(shí)間尺度調(diào)度計(jì)劃的一體化決策與安全校核等方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！?
當(dāng)D5000逐漸成為焦點(diǎn)，該項(xiàng)目所取得的成績(jī)也受到了關(guān)注。早在2003年，美國(guó)和歐洲已經(jīng)開(kāi)始展開(kāi)新一代電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的研發(fā)，但至今尚未形成成熟的技術(shù)產(chǎn)品。與之相比，D5000系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)家電網(wǎng)全部省級(jí)以上調(diào)度和部分地市調(diào)度上線運(yùn)行，項(xiàng)目形成了IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24項(xiàng)，主要包括《電網(wǎng)通用模型描述規(guī)范》《電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范》《電網(wǎng)設(shè)備通用數(shù)據(jù)模型命名規(guī)范》等。相關(guān)成果獲得國(guó)際專(zhuān)利3項(xiàng)、國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)14項(xiàng)、軟件著作權(quán)4項(xiàng)、發(fā)表論文135篇。除2013年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)外，該項(xiàng)目還被授予國(guó)家戰(zhàn)略性創(chuàng)新產(chǎn)品。其中的關(guān)鍵技術(shù)分別獲得2011和2012年度中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)以及第十四屆中國(guó)專(zhuān)利獎(jiǎng)優(yōu)秀發(fā)明獎(jiǎng)。
電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，服務(wù)千家萬(wàn)戶。電力系統(tǒng)是迄今為止最復(fù)雜的人造系統(tǒng)之一。電以光速傳輸，不易儲(chǔ)存，發(fā)電、輸電、用電瞬時(shí)完成，且須保持實(shí)時(shí)平衡，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行高度依賴電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)，它已成為電網(wǎng)運(yùn)行控制的重要工具。作為國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)安全直接關(guān)系國(guó)家安全。在電網(wǎng)科技的研發(fā)之路上，正是這些項(xiàng)目組成員全身心投入到科學(xué)研究過(guò)程中共同奮進(jìn)，秉持追求卓越、執(zhí)著探尋的科研精神，凝聚了強(qiáng)大的攻關(guān)合力和源源不斷的創(chuàng)新動(dòng)力，才讓中國(guó)的電網(wǎng)科學(xué)技術(shù)不斷向上攀升，以絕對(duì)實(shí)力和信心突破世界級(jí)的重大技術(shù)難題，不僅保障了國(guó)家電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和大規(guī)?？稍偕茉吹挠行{，也贏得國(guó)內(nèi)業(yè)界同仁的尊重，更以國(guó)際領(lǐng)先水準(zhǔn)閃耀全球。
