文/高妍 楊進平

“夏天一到，大家的命都是空調給的?！边@句網絡用語，表面上在說空調有多重要，實際上卻反映出人們對電的高度依賴。用電，已經成為國家的基本保障，家家戶戶的日常需求。

作為世界上容量最大、電壓等級最高、風光水等可再生能源接入最多的巨型電網，我國電網的正常運行本身就是一件了不起的事。

要知道，我國幅員遼闊。電網要覆蓋東西、貫通南北，從極寒到極熱、從濕冷到干熱，從盆地到高原、跨越大江大河，還會不時遭遇強臺風、泥石流等各種自然災害。在這樣復雜的情況下，如何保障大規(guī)模電能安全、高效、經濟地生產、傳輸、分配和使用，是一個巨大的系統(tǒng)工程。

清華大學電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設備安全控制和仿真國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”），就是保障我國電力能源“大動脈”這一系統(tǒng)工程安全、高效運行的杰出機構之一。

無論是國家基礎前沿研究，還是行業(yè)關鍵技術難題攻關，抑或是為國家能源電力發(fā)展建言獻策，他們一直都在，以中流砥柱的姿態(tài)。

創(chuàng)團隊，立格局

1989年，原國家計劃委員會批準清華大學“電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設備安全控制和仿真”國家重點實驗室立項。

學校非常重視國家重點實驗室的建設，由老校長高景德先生親自擔任首屆學術委員會主任。實驗室由清華大學電機系與熱能系共同籌建，1995年10月17日通過國家驗收，正式對外開放運行，是我國電氣工程領域首批國家重點實驗室。

“對于工程類的實驗室，任何一項重大成果的取得，都需要長期堅持不懈地潛心研究，也需要對技術發(fā)展的敏銳分析與判斷?！彼麄兛偨Y自身優(yōu)勢，選擇扎根我國電力系統(tǒng)和能源領域的關鍵方向，以包括電能生產、傳輸、分配、使用、存儲以及與其它形式能源相互轉換在內的廣義電力系統(tǒng)作為研究對象，致力開展“頂天立地”的科學研究與工程應用。

所謂“頂天”，即緊密圍繞國家電力能源領域重大需求，積極承擔國家基礎研究與前沿課題，在前瞻性研究中收獲原創(chuàng)性成果；而“立地”則是扎根一線，著力攻克制約行業(yè)發(fā)展的關鍵技術難題，服務電力、電工行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和技術進步。

面對能源安全與氣候變化的嚴峻挑戰(zhàn)，面對國家建設清潔低碳、安全高效能源體系的宏偉目標，面對電力能源領域的老問題、新挑戰(zhàn)，他們始終保持高昂的斗志。

他們將自己要承擔的任務分成了兩大塊：電網側和電源側。前者重安全高效，保障現(xiàn)有電網的系統(tǒng)安全和設備安全，是實驗室的傳統(tǒng)研究核心及優(yōu)勢；后者以清潔低碳為目標，主要開展可再生能源的并網消納、傳統(tǒng)發(fā)電的清潔轉型，以及多類型能源的互聯(lián)互通，是實驗室的新研究方向。正所謂，一手抓優(yōu)勢，確保當下；一手抓前沿，鎖定未來。

在盧強、韓英鐸、倪維斗三位院士的長期帶領下，在國家973、國家自然科學基金重大項目及企業(yè)橫向項目的幫助下，在學術委員會的指導和依托單位的支持下，實驗室歷經20多年的創(chuàng)新和發(fā)展，取得了多項響當當?shù)膭?chuàng)新型成果并成功應用，為我國清潔低碳、安全高效能源新體系的建立健全作出了突出貢獻。

電網側，安全高效

保障電網系統(tǒng)與設備安全，是一個永恒的難題。遇到中國的巨型復雜電網，任務更加艱巨。

扎實“立地”，圍繞電網的安全高效運行，實驗室所開展的工作都非常實際，成果也特別具有應用價值。

針對我國大區(qū)電網互聯(lián)、能源基地大容量遠距離輸電過程中，容易發(fā)展低頻和次同步等機電振蕩事故的問題，他們研發(fā)了大型互聯(lián)電網機電振蕩分析與控制技術并成功應用。

成果應用于南方電網廣域多回直流控制，將西電東送交流通道輸電能力提升了15%；應用于內蒙古上都電廠，徹底解決振蕩和出力問題，使其年新增電力銷售10億元；相關成果廣泛應用于大部分省級電網，部分關鍵裝備市場占有率超過70%。

值得一提的是，實驗室的成果還實現(xiàn)了國際輸出，在國際競標中戰(zhàn)勝了美國通用電氣，成功在英國Hunder ston核電站應用，隨后還應用到了印度KMPCL電廠。

針對超特高壓線路輸送距離長，易和短路電流混淆，保護區(qū)分難；配電線路單相接地電流微弱，檢測困難等新老難題，他們在繼電保護上下功夫研究。

項目最終實現(xiàn)了電力線路行波保護技術，解決了超特高壓線路和配電線路保護難題。相關成果已由國電南京自動化股份有限公司等實現(xiàn)產業(yè)化，廣泛應用于各省區(qū)涵蓋10kV～1000kV多電壓等級的電力、航天等多行業(yè)領域，近3年正確動作率達100%。

針對輸電線路的污穢閃絡和雷擊閃絡等電網安全運行重大威脅，創(chuàng)新性地提出閃防治關鍵技術，研制出可在污穢地區(qū)長期使用的新一代復合絕緣子；提出雷擊風險分析與防護方法，并主導制定了CIGRE防雷導則；同時首創(chuàng)接地降阻關鍵技術，實現(xiàn)高效降阻。

成果廣泛用于我國全部特高壓工程，其中新一代復合絕緣子用量占全部特高壓絕緣子數(shù)70%以上；接地降阻技術用于28省區(qū)各種電壓等級的200余條交直流線路和1500余個發(fā)電廠站。推廣以來，超/特高壓線路雷擊停運率下降50%，線路污閃跳閘率下降2個數(shù)量級，經濟效益顯著。

同時，實驗室基于這一成果牽頭制訂了CIGRE導則、IEEE標準、國家標準各1項，正牽頭修訂2項IEC標準，為能源電力行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展提供了技術支撐。

電源側，提質增效

實驗室研發(fā)的能源互聯(lián)網云仿真平臺CloudPSS

有數(shù)據顯示，2017年，我國可再生能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的26.4%，全年棄水電量515億千瓦時，水能利用率在96%左右；棄風電量419億千瓦時，棄風率12%，同比下降5.2個百分點。

這已經是在各方努力下有所改觀的數(shù)據?！皸壦畻夛L棄光”問題伴隨可再生能源的大規(guī)模開發(fā)而出現(xiàn)，已成為對清潔能源投資的極大浪費。大規(guī)?？稍偕茉吹目煽肯{，已是我國能源行業(yè)將長期面臨的重大挑戰(zhàn)。

實驗室在這方面開展了深入的基礎理論與關鍵技術研究。

在靈活性資源挖掘方面，提出需求側靈活資源不確定性分析理論，為大規(guī)模靈活性資源參與電網調控提供了理論基礎。提出靈活性資源市場交易理論，解決了電力市場信息不對稱環(huán)境下靈活性資源的精準定價難題。

在電網調度控制方面，提出新能源電力系統(tǒng)工程博弈論，為電力系統(tǒng)不確定性優(yōu)化控制提供了統(tǒng)一研究框架。提出自律協(xié)同有功調度和電壓控制技術，解決了可再生能源高比例接入下的電網運行控制難題。

市場技術支持系統(tǒng)和有功調控系統(tǒng)在東北大區(qū)電網和11個省級電網應用，東北電網年均減少棄風電量14億度。電壓控制技術應用于國內全部13個大型風光基地，閉環(huán)控制了全國一半以上的集中并網風光發(fā)電，三北風電基地電壓波動率平均下降31%，開端良好。

如果能源電力行業(yè)的提質增效是一架馬車，可再生能源消納和傳統(tǒng)電力的清潔轉型就是馬車的兩個車輪。

煤電作為我國電力的主體能源，在接下來很長一段時間很難改變。如何幫助傳統(tǒng)電力實現(xiàn)提質增效、清潔生產，同樣重要。他們將目標鎖定在了循環(huán)流化床技術。

這項近20年才發(fā)展起來的潔凈煤燃燒技術，在燃用低熱值燃料和低成本污染控制上有獨到之處，是近年傳統(tǒng)煤電行業(yè)的重大技術需求之一。提高循環(huán)流化床發(fā)電效率的重要途徑之一，就是大型化及高參數(shù)化，但面臨不少技術挑戰(zhàn)。

為此，實驗室開展了深入細致的研究，最終建立了全工況超臨界循環(huán)流化床動態(tài)數(shù)學模型，研發(fā)出為運行優(yōu)化提供關鍵參數(shù)的測量技術，及基于電站機理數(shù)學模型及運行大數(shù)據的性能監(jiān)測與優(yōu)化模型，解決了現(xiàn)實所需。

目前，應用了這些創(chuàng)新理論與技術的世界首臺600MW超臨界循環(huán)流化床電站仿真機，已經在四川白馬電站運行多年，培訓了多批運行人員；基于該技術研發(fā)的多項設備，在多家電力企業(yè)也得到了推廣和應用。

此外，還實現(xiàn)了LIBS煤質分析設備的出口，這是我國首次以專利許可的方式向國外該領域龍頭企業(yè)實現(xiàn)技術輸出。

善布局，鎖定能源互聯(lián)網

近年，以能源互聯(lián)網為代表的多領域交叉新技術蓬勃興起，多能互補、源荷互動、高效低成本儲能等關鍵技術亟待突破。

在具體內涵和技術框架體系仍在探索與形成的過程中，誰能先人一步實現(xiàn)關鍵技術突破，誰就有可能成為未來“游戲規(guī)則”的制定者。實驗室在這方面，是先行者。

裝置上電試驗

非補燃式壓縮空氣儲能

早在2013年，他們就積極布局，申請相關項目開始研究，至今已批準相關自主研究課題12項、開放課題4項。

2014年，他們發(fā)起組織香山科學會議，旨在引起學術界關注，凝聚共識。

他們積極推進能源互聯(lián)網上升為國家戰(zhàn)略，將能源互聯(lián)網寫入能源“十三五”規(guī)劃，主導編寫了“互聯(lián)網+”智慧能源發(fā)展戰(zhàn)略綱領性文件。

2017年，發(fā)起并主辦首屆IEEE能源互聯(lián)網與能源系統(tǒng)集成會議，推進國際合作。

不要小看這些軟性工作的能量，他們的努力成果都體現(xiàn)在了能源互聯(lián)網、電力體制改革等領域多項政策文件的出臺中，他們已成為影響國家政策制定的團隊。

而在硬核心——重點領域的技術和裝備研發(fā)上，他們同樣沒有懈怠。

在關鍵設備的研發(fā)方面，已在電熱耦合、能量路由器、非補燃式壓縮空氣儲能、高溫電制氣系統(tǒng)等多能協(xié)同的能量存儲和轉化設備方面取得了可喜的進展和突破。

在支撐平臺開發(fā)方面，也已成功開發(fā)了區(qū)域/園區(qū)能量管理云平臺IEMS、能源大數(shù)據分析云平臺，以及云端能源互聯(lián)網仿真云平臺、在線集中競價的電力交易平臺等，并開始試點應用。

同時，他們也在積極推動示范工程建設，深度參與雄安新區(qū)、四川天府、廣州開發(fā)區(qū)等能源互聯(lián)網規(guī)劃設計，讓能源互聯(lián)網研究成果及時落地。

初心不忘，西東已明

負責國家自然科學基金重大項目2項、牽頭國家科技部973計劃項目3項；承擔橫向項目416項，服務對象覆蓋全國各大電網和五大發(fā)電集團，多項關鍵技術在電力電工行業(yè)廣泛應用，獲得國家科技進步特等獎1項、一等獎1項、二等獎9項，省部級一等獎33項。

負責或參與“十二五”智能電網重點專項、“十三五”智能電網重點研發(fā)計劃的專項規(guī)劃、實施方案、申報指南及國家2030智能電網重大項目可行性論證和實施方案等重要文件的編制工作和項目管理，全程主導編寫國家能源互聯(lián)網綱領性文件《關于推進“互聯(lián)網+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，深度參與《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》的制定和討論……

以基礎前沿研究或需求導向技術為基礎，或為企業(yè)提供關鍵技術支持，或為國家重大戰(zhàn)略決策提供智力支撐，近30年的持續(xù)投入，穩(wěn)固了清華大學電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設備安全控制和仿真國家重點實驗室高水平研究基地的地位。

而在多元化人才培養(yǎng)基地與國際化學術交流基地的建設方面，實驗室同樣取得了不俗的成績。

實驗室在科技部評估中兩次獲得優(yōu)秀，所依托的清華大學電氣工程學科、動力工程與工程熱物理學科也在全國學科評估中屢獲第一，并在2017年獲得A+。

他們積極探索基于互聯(lián)網思維的學科交叉和人才培養(yǎng)新模式，持續(xù)引領學科發(fā)展和教學改革，開拓能源互聯(lián)網學科新方向。

他們打造了以IEEE Fellow、IET Fellow和兩院院士、國外院士、長江學者、杰青等為核心研究力量的，結構匹配、梯隊合理的高水平研究隊伍，以40歲以下研究骨干為核心技術負責人，承擔60%以上國家級任務。

他們形成了“價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”的三位一體培養(yǎng)模式，培養(yǎng)出大批優(yōu)秀青年人才。

近5年來，他們承擔國際合作項目87項，舉辦重要國際會議18場，邀請國際及境外專家來訪年均超過100人次，使實驗室成為國內外實質性科研合作、學術交流、聯(lián)合人才培養(yǎng)的平臺。同時，他們與IET、中國電科院合作創(chuàng)辦了全球首本高電壓英文期刊《High Voltage》，另有66人次在國際刊物擔任主編、編委等職，實現(xiàn)了國際學術話語權的提升。

“緊扣國際學術前沿與國家電力行業(yè)的重大需求，打造電力能源領域的高水平研究基地、多元化人才培養(yǎng)基地、國家化學術交流基地，引領我國電力能源相關學科領域的發(fā)展方向?！边@一籌建之初就確立的總體目標，正慢慢實現(xiàn)。

不忘初心，因初心自在；無問西東，因西東已明。