□ 吳 彪

國網(wǎng)河南電科院項目團隊深入討論電網(wǎng)連鎖故障機理問題

“電，陰陽激耀也，從雨從申”，《說文解字》中曾用這樣的語言來描述電。從閃電開始，人類逐漸觀察到更多與電相關(guān)的自然現(xiàn)象，并不斷地深入思考、研究，直至了解并掌握了產(chǎn)生電的機理，逐步開啟了電氣時代。以電的發(fā)明和應用為主要標志的第二次科技革命極大地促進了社會發(fā)展的進程，而電也日益成為現(xiàn)代社會中不可或缺的重要能源之一。如何確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就成為影響國家發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

隨著特/超高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)步建設(shè)，我國目前已建成世界上電壓等級和直流輸電比例最高、同步機群規(guī)模最大和結(jié)構(gòu)最復雜的交直流電力系統(tǒng)。然而，此類系統(tǒng)的連鎖故障存在著誘因多、特性雜、耦合強的特點，一旦發(fā)生，極易引發(fā)大規(guī)模停電事故，繼而會導致社會經(jīng)濟蒙受巨大損失，迄今為止，約70%的大停電事故均由連鎖故障引發(fā)。

為了破解這一難題，國網(wǎng)河南省電力公司電力科學研究院（以下簡稱“國網(wǎng)河南電科院”）電網(wǎng)技術(shù)中心，在近10年的時間里，夜以繼日地緊密圍繞交直流電力系統(tǒng)連鎖故障風險防范的重大工程需求，通過產(chǎn)學研協(xié)同攻關(guān)，針對連鎖故障特點，突破了連鎖故障整體動力學建模、連鎖故障危險路徑辨識等多項關(guān)鍵技術(shù)，最終形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的交直流電力系統(tǒng)連鎖故障主動防御技術(shù)體系。為我國供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行筑起了一道強有力的防線，實現(xiàn)了“電從遠方來”的我國能源資源優(yōu)化配置。

屢次創(chuàng)新保安全

隨著我國大型特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的一體化特征愈加明顯，電網(wǎng)運行的局部問題更易通過連鎖反應傳播蔓延至整個聯(lián)合電網(wǎng)。此前發(fā)生的一次大規(guī)模停電事故就為人們敲響了警鐘。2006年7月1日，華中電網(wǎng)兩條并列運行的500千伏線路誤動跳閘，負荷全部轉(zhuǎn)到220千伏線路上，造成多臺發(fā)電機組跳閘，導致河南省5市停電，湖北、湖南、江西等鄰近省份也受到影響，華中全網(wǎng)失穩(wěn)振蕩，共計損失負荷380萬千瓦。顯而易見，連鎖故障已經(jīng)成為威脅電力系統(tǒng)安全的重要因素之一。

交直流電力系統(tǒng)主要由同步機群、交直流混聯(lián)電網(wǎng)和負荷組成，這就決定了其連鎖故障通常伴隨著初始故障、故障擴散和振蕩崩潰3個階段。國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院副院長余曉鵬，國網(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心張振安、饒宇飛及其團隊成員在此領(lǐng)域深耕多年，屢次創(chuàng)新，最終在交直流電力系統(tǒng)連鎖故障整體建模、主動預防及主動阻斷方面取得多項創(chuàng)新成果與關(guān)鍵技術(shù)突破。他們創(chuàng)建了“微觀宏觀”協(xié)同的交直流電力系統(tǒng)連鎖故障整體動力學建模及分析技術(shù)，揭示了連鎖故障的自組織臨界發(fā)生機理，利用這一成果可實現(xiàn)暫態(tài)失穩(wěn)及直流閉鎖等主要連鎖故障傳播方式準確高效的模擬。

與此同時，他們還創(chuàng)建了交直流電力系統(tǒng)危險故障路徑快速辨識和連鎖故障風險主動預防技術(shù)，從而實現(xiàn)了“風險源定位→危險傳播路徑辨識→系統(tǒng)總體風險評估→風險預控”的連鎖故障主動預防。此外，他們直面交直流電力系統(tǒng)連鎖故障阻斷由被動型向主動型轉(zhuǎn)變的技術(shù)瓶頸，通過多方合作協(xié)同創(chuàng)新，最終建立了交直流電力系統(tǒng)連鎖故障在線主動阻斷技術(shù)，研發(fā)了“全局協(xié)防→化整為零→分體存活”的主動阻斷技術(shù)體系，實現(xiàn)了技術(shù)突破。

“豐碩的成果來源于項目團隊多年來在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面的技術(shù)積累?！闭劶绊椖磕軌蝽樌七M并取得一系列重大突破時，余曉鵬介紹說。多年來，該團隊一直為河南電網(wǎng)特高壓建設(shè)落地建言獻策，不僅提出了安全域理論，還建立了天中直流投運后短路電流控制等策略。同時依托“電力系統(tǒng)運行與安全防御實驗室”有關(guān)特高壓交直流耦合特性的研究成果，相關(guān)人員多次參加國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)聯(lián)合計算分析工作，深度把握了特高壓交直流耦合特性。除此之外，團隊持續(xù)開展河南電網(wǎng)滾動校核、安全事故風險評估、檢修方式風險校核、年度運行方式計算等工作，筑牢全方位電網(wǎng)運行安全風險防控。這都為科研成果的取得奠定了基礎(chǔ)。

截至日前，項目研發(fā)的交直流電力系統(tǒng)連鎖故障仿真平臺、電網(wǎng)災害風險評估及安全預警系統(tǒng)以及連鎖故障在線主動阻斷系統(tǒng)，已廣泛應用于河南、上海、四川、廣東、新疆5個?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）的特/超高壓交直流電力系統(tǒng)、20多家省市電力公司及100多個電力工程項目，并取得了巨大的社會和經(jīng)濟效益?；趪W(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心研發(fā)團隊的科研成果在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的突出貢獻，其研發(fā)項目“交直流電力系統(tǒng)連鎖故障主動防御關(guān)鍵技術(shù)與應用”榮獲了2018年度國家科學技術(shù)進步獎二等獎。

項目科研成果榮獲2018年度國家科學技術(shù)進步獎二等獎

精誠合作結(jié)碩果

“能用眾力，則無敵于天下矣；能用眾智，則無畏于圣人矣?！笨蒲谐晒强蒲泄ぷ髡邆兗w智慧的結(jié)晶，更是團隊精誠合作所結(jié)的碩果。“交直流電力系統(tǒng)連鎖故障主動防御關(guān)鍵技術(shù)與應用”項目的順利完成，離不開團隊成員的努力，也離不開合作單位的有力支持。

優(yōu)秀團隊是取得科研成果的有效保證，團隊的集體智慧和奉獻精神共同鋪就了取得成果的科研之路。國網(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心的項目團隊正是一支富有朝氣且人才層次高的年輕團隊?！拔覀儓F隊有16名固定人員，平均年齡為35歲，其中高級工程師及以上占比50%，博士、碩士高學歷人才比例90%以上?！庇鄷赠i介紹說。與此同時，為了進一步提升團隊的科研實力，國網(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心在2013年時與中國電力科學研究院簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。同時依照“開放、聯(lián)合、創(chuàng)新、競爭”的運行機制，針對電力系統(tǒng)連鎖故障領(lǐng)域前沿性的重大科學問題，與清華大學、西安交通大學、中國電力科學研究院等多家高等院校、科研單位建立了良好的科研合作關(guān)系。而聯(lián)合培養(yǎng)機制的確立也進一步保障了科研人才的實力。譬如國網(wǎng)河南省電力公司博士后工作站掛靠國網(wǎng)河南電科院，同時國網(wǎng)河南電科院也與華北電力大學、重慶大學等建立了碩士研究生聯(lián)合培養(yǎng)機制。此外，除固定人員外，公司還通過走訪、來訪、會議等多種形式與國網(wǎng)江蘇電科院、國網(wǎng)湖南電科院等20余家同行開展技術(shù)交流?？梢哉f正是這些有效舉措，為團隊人才的培養(yǎng)提供了一個共享開放的技術(shù)交流平臺，為科研工作提供了源源不斷的智力支持。

一分耕耘一分收獲，每一項科研成果的取得都凝結(jié)著科研人員的心血和付出。多年以來，國網(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心研發(fā)團隊始終將科研工作放在首位，時時刻刻踐行著“舍小家為大家”的敬業(yè)精神。在國網(wǎng)河南電科院主任張振安做完手術(shù)不久，還未完全康復的他就迫不及待地趕往工作一線，和大家共同攻堅克難；在項目研發(fā)的關(guān)鍵時期，國網(wǎng)河南電科院電網(wǎng)技術(shù)中心副主任饒宇飛生怕耽誤項目的進度，在愛人生病時依舊選擇堅守崗位……可以說團隊每一位成員的拼搏與堅守，都在為項目的順利進行保駕護航。

尺有所短，寸有所長。想要有效地破解科研難題，除了依靠自身過硬的本領(lǐng)，還需要與相關(guān)單位的緊密配合。譬如在連鎖故障發(fā)生時，需要從排列組合達10萬多種可能性的線路組合中確定故障發(fā)生的路徑，這對實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富但理論研究相對薄弱的國網(wǎng)河南電科院來說是一道解起來既費時又費力的難題。為了能在最短的時間內(nèi)破解該難題，他們積極與該領(lǐng)域內(nèi)處于國際頂尖水平的研究團隊——清華大學教授梅生偉所率領(lǐng)的團隊通力合作，最終以最優(yōu)方式確定了最危險的路徑，成功實現(xiàn)了連鎖故障發(fā)生的提前阻斷。

長期以來，在張振安等科研領(lǐng)頭人的帶領(lǐng)下，團隊一直致力于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行及大停電事故防控方面的研究，緊扣特高壓聯(lián)網(wǎng)背景，立足河南電網(wǎng)實際，面向運行和規(guī)劃，以“保障河南電網(wǎng)乃至特高壓聯(lián)網(wǎng)的安全”為目標，以“解決影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的實際問題”為出發(fā)點，堅持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，強化成果轉(zhuǎn)化支撐，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供堅強的技術(shù)保障。

憑借團隊出色的科研能力，國網(wǎng)河南省電力公司此次作為“交直流電力系統(tǒng)連鎖故障主動防御關(guān)鍵技術(shù)與應用”項目負責單位，全面組織、管理和監(jiān)督了項目實施，并在其領(lǐng)銜下與合作單位一同在確保項目研究與應用順利完成的同時，形成了一批發(fā)明專利、軟件著作權(quán)和科技論文等科技創(chuàng)新成果。譬如，他們結(jié)合調(diào)度員實際操作和直流輸電系統(tǒng)故障特性，提出和完善了交直流系統(tǒng)連鎖故障模型，共同研發(fā)了交直流系統(tǒng)連鎖故障仿真平臺；提出了交直流系統(tǒng)連鎖故障的關(guān)鍵路徑辨識方法，共同研發(fā)了電網(wǎng)災害風險評估及安全預警系統(tǒng)；參與構(gòu)建了交直流系統(tǒng)的連鎖故障阻斷策略，主持研發(fā)了交直流系統(tǒng)連鎖故障在線主動阻斷系統(tǒng)?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，目前該項目的相關(guān)科研成果已成功應用于河南、廣東等電網(wǎng)，并取得顯著的社會、經(jīng)濟效益。

項目團隊研究開發(fā)“大電網(wǎng)安全穩(wěn)定自動診斷系統(tǒng)”平臺

大海航行靠舵手

正如大海航行靠舵手，一支優(yōu)秀團隊的持久發(fā)展和快速成長同樣離不開團隊領(lǐng)導的正確引導。作為團隊的引路人，國網(wǎng)河南省電力公司副總經(jīng)理安軍和余曉鵬等人就是團隊其他成員的榜樣，他們不僅能夠準確把握科研方向，緊跟前沿科技，并且?guī)ьI(lǐng)團隊在科研之路上穩(wěn)步向前，不斷攀登一個又一個的科研高峰。

畢業(yè)于福州大學電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的余曉鵬，作為國家電網(wǎng)公司優(yōu)秀專家人才和科技信息領(lǐng)軍人才，項目研究期間擔任著國家電網(wǎng)公司“電力諧波特性分析評估技術(shù)”實驗室負責人。他曾主持完成“特高壓聯(lián)網(wǎng)背景下大電網(wǎng)安全穩(wěn)定自動診斷系統(tǒng)研發(fā)及應用”“特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)測量技術(shù)研究”“河南電網(wǎng)數(shù)字仿真實驗室建設(shè)與應用研究”“特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行風險安全防御體系研究與示范”等國家電網(wǎng)公司科技項目10余項，獲得省部級科技進步獎8項，發(fā)明專利14項，在電力系統(tǒng)自動化、電網(wǎng)技術(shù)等雜志發(fā)表論文20余篇。

正是在余曉鵬等人的帶領(lǐng)下，國網(wǎng)河南電科院科研團隊在科研上不斷攻堅克難，取得了一次又一次的突破創(chuàng)新，取得了多項具有代表性的成果。譬如，項目團隊長期在連鎖故障防控領(lǐng)域開展深入研究，建設(shè)成了河南電力公司“電力系統(tǒng)運行與安全防御實驗室”。實驗室負責人張振安介紹說：“該實驗室是國家電網(wǎng)河南省電力公司的重點實驗室，裝備有一套全數(shù)字實時仿真平臺(ADPSS)和‘電力系統(tǒng)仿真云計算平臺’，并結(jié)合河南電網(wǎng)實際需求定制開發(fā)了‘大電網(wǎng)安全穩(wěn)定自動診斷系統(tǒng)’‘大電網(wǎng)綜合風險評估系統(tǒng)’‘機電—電磁混合仿真系統(tǒng)’等。同時在大電網(wǎng)連鎖故障機理、特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)特性、并行計算等方面也取得了重大突破?！?/p>

依托該實驗室，團隊成員開展了一系列電網(wǎng)安全分析與仿真技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)課題研究，取得了豐碩成果：其中牽頭國網(wǎng)科技項目3項，國網(wǎng)配合項目6項，省公司立項12項；共獲得中國電力科技進步獎1項，國家電網(wǎng)科技進步獎4項，河南省科技進步獎5項；申請發(fā)明專利30余項，發(fā)表論文50余篇，出版專著10余部。特別是在特高壓交直流運行機理方面的相關(guān)成果，已在長南荊示范工程和天中直流輸電工程中得到采納。而團隊率先提出的基于電網(wǎng)三級安全穩(wěn)定導則的大電網(wǎng)安全風險自動診斷技術(shù)也已推廣應用到20多家省級電科院。

基于該平臺，其研發(fā)的多項成果也屢獲嘉獎：“基于預想事故集的省級電網(wǎng)安全風險診斷系統(tǒng)研發(fā)及應用”，獲2012年度國家電網(wǎng)公司科技進步獎三等獎；“南陽特高壓主變投運后區(qū)域電網(wǎng)連鎖故障特性分析及故障阻斷技術(shù)研究”，獲2014年度國家電網(wǎng)公司科技進步獎三等獎；“基于多維目標的技術(shù)改造與技術(shù)創(chuàng)新項目功效的系統(tǒng)評價研究”，獲2014年度河南省科學技術(shù)進步獎三等獎；“哈鄭特高壓直流投運后河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制和公司運營策略研究”，獲2015年度河南省科學技術(shù)進步獎二等獎；“特高壓交直流混聯(lián)受端電網(wǎng)安全風險及防控關(guān)鍵技術(shù)研究與應用”，獲2016年度河南省科技進步獎一等獎。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，交直流電力系統(tǒng)連鎖故障主動預防關(guān)鍵技術(shù)還需要在信息物理系統(tǒng)和多能互補網(wǎng)絡兩方面進一步探索與擴展。“隨著電力電子和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代交直流電力系統(tǒng)可以視為一類超大規(guī)模信息/物理耦合系統(tǒng)，其連鎖故障的發(fā)生機理、發(fā)展過程及其引發(fā)的系統(tǒng)災變模式均有顯著變化。”目前項目組正開展相關(guān)研究，力爭提出一種信息物理相互依存關(guān)系分析方法，構(gòu)建信息物理系統(tǒng)連鎖故障傳播模型，給出惡意網(wǎng)絡攻擊下連鎖故障預防、阻斷及恢復策略。

在多能互補網(wǎng)絡方面，余曉鵬介紹說：“多能互補網(wǎng)絡是一類典型的綜合能源系統(tǒng)，通過電—氣—熱等不同形式能源物理系統(tǒng)的互聯(lián)互濟，實現(xiàn)能量的高效、靈活及可靠利用。較電力系統(tǒng)而言，多能互補網(wǎng)絡連鎖故障誘因更為復雜，后果更為嚴重，例如2017年臺灣因供氣中斷引起的全島大停電事故?！被诖耍椖拷M目前正致力于在多能互補網(wǎng)絡連鎖故障整體動力學建模、機理分析及其高效阻斷技術(shù)方面有所突破。

未來，他們將根據(jù)電網(wǎng)實際運行情況進一步深化研究，繼續(xù)密切關(guān)注青海直流工程進度，深化研究電網(wǎng)運行關(guān)鍵問題；同時力爭構(gòu)建安全防御策略閉環(huán)驗證環(huán)境，為事件分析、事故回放、故障推演、控制策略驗證提供實時運行場景，實現(xiàn)離線、在線多場景數(shù)據(jù)融合；并且緊跟新能源發(fā)展步伐，為大規(guī)模新能源電量有效消納提供有力支撐。

項目團隊召開大電網(wǎng)連鎖故障阻斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)討論會

國網(wǎng)河南電科院項目科研團隊全體成員合影