中國特大電網(wǎng)已形成領(lǐng)先歐美電網(wǎng)三五年

“這是中國電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域取得的重大成就，項目的創(chuàng)新成果達到國際領(lǐng)先水平，增強了中國在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域的國際話語權(quán)。”這是國際電工技術(shù)委員會主席克勞斯˙烏赫勒對中國自主研發(fā)的“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”的評價。

2014年1月，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)模化應(yīng)用獲得2013年度國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎。項目已經(jīng)成功應(yīng)用于國家電網(wǎng)32個省級以上主調(diào)、9個省級獨立備調(diào)和57個地級調(diào)度，覆蓋了全部等級保護四級系統(tǒng)，實現(xiàn)了特大電網(wǎng)多級調(diào)度控制業(yè)務(wù)一體化協(xié)同運作，促進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)已成為特大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的技術(shù)手段。

電力是國民經(jīng)濟的命脈，服務(wù)千家萬戶。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，不易儲存，發(fā)電、輸電、用電瞬時完成，且須保持實時平衡，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行高度依賴電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)，它已成為電網(wǎng)運行控制的重要工具。

中國特大電網(wǎng)已形成

國際特大電網(wǎng)運行組織(VLPGO)將裝機容量超過6000萬千瓦的電網(wǎng)稱為特大電網(wǎng)。

目前，中國電網(wǎng)已成為世界上運行電壓等級最高、用電量最大、可再生能源裝機最多、交直流混聯(lián)的特大電網(wǎng)，截至2012年年底，全國裝機容量達到11.45億千瓦，其中，風(fēng)電裝機達7600萬千瓦。中國電網(wǎng)與美國、歐洲電網(wǎng)一起，成為全球最大的三大電網(wǎng)。

特大電網(wǎng)的特點是覆蓋多個區(qū)域，由多個調(diào)度機構(gòu)共同完成運行控制，系統(tǒng)運行呈現(xiàn)緊密化特征，全網(wǎng)調(diào)度控制協(xié)同運行。

作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)安全直接關(guān)系國家安全。特大電網(wǎng)的上述特性要求中國采用一體化調(diào)度控制系統(tǒng)。

可再生能源并網(wǎng)電量逐年增長

截至2013年年底，國家電網(wǎng)風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機量已分別達到7037萬千瓦和1546萬千瓦，同比增長24%和360%，國家電網(wǎng)已成為世界風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模最大、光伏發(fā)電增長最快的電網(wǎng)。

近年來，中國風(fēng)電、水電等可再生能源并網(wǎng)電量逐年增長，尤其是2013年，分布式光伏發(fā)電項目如雨后春筍般在全國出現(xiàn)。來自江蘇省能源局的數(shù)據(jù)顯示，至2013年年底，江蘇省分布式光伏累計安裝容量達65萬千瓦，居全國第一。

中國能源資源與負荷中心呈逆向分布，風(fēng)電、水電等可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，客觀上需要通過大電網(wǎng)的調(diào)度來實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。這就對電網(wǎng)的分析、預(yù)測和控制能力以及自動化水平提出了更高要求：電網(wǎng)不僅要采用一體化調(diào)度控制技術(shù)手段，保障自身安全經(jīng)濟運行，還需要攻克全網(wǎng)實時工況共享與聯(lián)合運行控制、重大電網(wǎng)事故的多控制中心協(xié)調(diào)、大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)運行及消納等世界級技術(shù)難題。中國電網(wǎng)迫切需要研發(fā)新一代電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多級調(diào)度協(xié)同運作和大電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。

為破解特大電網(wǎng)遇到的技術(shù)難題，項目采用一體化和標(biāo)準化的技術(shù)原則，立足自主創(chuàng)新，在國際上率先研發(fā)出特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)，首次研發(fā)了適應(yīng)大電網(wǎng)調(diào)度控制業(yè)務(wù)“橫向集成、縱向貫通”的一體化支撐平臺，攻克了多項技術(shù)難題，形成國內(nèi)外多項技術(shù)標(biāo)準。

攻克四大難題

2004年5月，由國網(wǎng)公司、國網(wǎng)電科院、中國電科院等聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研等40多家單位，組成團隊聯(lián)合攻關(guān)。項目累計投入科研經(jīng)費1.1億元，并得到國家“核高基”項目支持。立項之初，研發(fā)團隊就深知，要想實現(xiàn)多級調(diào)度協(xié)同運作和大電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制等目標(biāo)，必須同時解決四大難題：

復(fù)雜大電網(wǎng)的安全運行。從國際上看，近十年來，美加“8˙14”、歐洲“11˙4”等大停電事故給社會造成了巨大損失。事故分析表明，全網(wǎng)故障信息共享、在線跟蹤分析、調(diào)度協(xié)調(diào)控制等手段的缺乏，是導(dǎo)致事故逐步發(fā)展擴大的重要原因。因此，復(fù)雜大電網(wǎng)的安全運行難題亟須破解。

大范圍經(jīng)濟與低碳調(diào)度。原有基于局部平衡的發(fā)電調(diào)度方式，已經(jīng)難以適應(yīng)特大電網(wǎng)大容量遠距離輸電、可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)和節(jié)能減排等要求，因此，特大電網(wǎng)需要突破大范圍經(jīng)濟與低碳調(diào)度的技術(shù)難題。

調(diào)度控制的安全防護。網(wǎng)絡(luò)空間如今已成為信息戰(zhàn)場，震網(wǎng)、火焰病毒等定向攻擊國家基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，使原有基于邊界防護的安全體系受到威脅，電網(wǎng)亟須創(chuàng)新內(nèi)部安全防控和備用調(diào)度技術(shù)，解決調(diào)度控制的安全防護難題。

標(biāo)準統(tǒng)一的一體化平臺。特大電網(wǎng)運行需要實時工況全網(wǎng)共享和調(diào)度控制多級協(xié)調(diào)，調(diào)度中心原十余套獨立業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法有效支持，亟須研制一體化支撐平臺，破解電網(wǎng)模型、圖形、實時數(shù)據(jù)全網(wǎng)共享和業(yè)務(wù)高效協(xié)同的技術(shù)難題。

取得五大突破

提出了CIM/E和CIM/G等技術(shù)標(biāo)準，研發(fā)了基于廣域總線技術(shù)、分布式實時數(shù)據(jù)庫和大電網(wǎng)模型統(tǒng)一管理的一體化支撐平臺，解決了特大電網(wǎng)多控制中心實時運行工況共享的重大技術(shù)難題。

研發(fā)了多級調(diào)度協(xié)同的大電網(wǎng)實時監(jiān)控、綜合智能告警和安全控制技術(shù)，實現(xiàn)了國家電網(wǎng)500kV及以上電網(wǎng)故障的全網(wǎng)聯(lián)動實時告警，率先解決了特大電網(wǎng)運行中多級調(diào)度協(xié)調(diào)控制和故障聯(lián)合處置的技術(shù)難題。

首次研發(fā)了基于特大電網(wǎng)實時實測運行工況、事件觸發(fā)、多級調(diào)度互動的在線動態(tài)安全預(yù)警技術(shù)，提高了特大電網(wǎng)安全狀態(tài)評估的實時性，解決了長過程多重連鎖故障預(yù)警處置的重大難題，實現(xiàn)了多調(diào)度中心協(xié)同運行的在線安全預(yù)警。

建立了兼顧經(jīng)濟、節(jié)能、安全的發(fā)電調(diào)度優(yōu)化模型，研發(fā)了多目標(biāo)、多時間尺度、多級協(xié)調(diào)的超大規(guī)模經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。提出日前、日內(nèi)、實時發(fā)電計劃的自適應(yīng)滾動優(yōu)化技術(shù)和精細化安全校核方法，提升了更大范圍電力資源優(yōu)化配置的能力和可再生能源消納能力。

首次研發(fā)了基于國產(chǎn)軟硬設(shè)備的滿足國家等級保護四級安全要求的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，構(gòu)建了省級以上分組分布式備調(diào)體系，基于分層VPN建立了調(diào)度專用數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面，構(gòu)建了更加堅強的電力二次系統(tǒng)縱深安全防護體系，有效提高了電網(wǎng)調(diào)度抵御重大自然災(zāi)害和集團式網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力。

國際上尚未研發(fā)出同類技術(shù)

特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)首次研發(fā)了適應(yīng)大電網(wǎng)調(diào)度控制業(yè)務(wù)“橫向集成、縱向貫通”的一體化支撐平臺，攻克了多級調(diào)度協(xié)同的大電網(wǎng)智能告警和協(xié)調(diào)控制、全網(wǎng)聯(lián)合在線安全穩(wěn)定分析、安全約束機組組合等重大技術(shù)難題，實現(xiàn)了特大電網(wǎng)多級(國網(wǎng)省)調(diào)度控制業(yè)務(wù)的一體化協(xié)同運作，促進了可再生能源有效消納。

最終，項目形成IEC國際標(biāo)準2項、國家標(biāo)準1項、行業(yè)標(biāo)準7項、企業(yè)標(biāo)準24項、國際專利3項，獲授權(quán)發(fā)明專利10項、軟件著作權(quán)4項、發(fā)表論文135篇。項目被評為2013年度國家科技進步二等獎、國家戰(zhàn)略性創(chuàng)新產(chǎn)品，關(guān)鍵技術(shù)獲2011和2012年度中國電力科學(xué)技術(shù)獎一等獎以及第十四屆中國專利獎優(yōu)秀發(fā)明獎。

經(jīng)查閱資料得知，美國、歐洲已于2003年開展特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制技術(shù)研發(fā)，但至今尚未形成成熟的技術(shù)產(chǎn)品。

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)模化應(yīng)用是電力行業(yè)的重大自主創(chuàng)新，實現(xiàn)了國際電網(wǎng)調(diào)度控制領(lǐng)域的中國引領(lǐng)，保障了特大電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保運行，對我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全具有重大意義。

社會效益難以估量

2009年，特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)完成項目研發(fā)并投入運行，隨后在國家電網(wǎng)省級以上調(diào)度控制中心全面推廣應(yīng)用。截至2013年年底，項目成果已成功應(yīng)用于國家電網(wǎng)32個省級以上調(diào)度和57個地級調(diào)度，覆蓋了全部等級保護四級系統(tǒng)，成為特大電網(wǎng)調(diào)度不可或缺的主要技術(shù)手段。

經(jīng)查閱項目應(yīng)用證明書可見，應(yīng)用情況及社會效益顯示：“2010年12月，國調(diào)智能電網(wǎng)試點工程完成現(xiàn)場驗收并投入運行，系統(tǒng)成熟穩(wěn)定、運行安全可靠……一體化電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的建成投運，大大提升了國家電網(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)定運行和可靠供電發(fā)揮了重要作用，社會效益難以估量。”

從2010年到2012年，國家電網(wǎng)消納風(fēng)電電量分別為472、706、939億千瓦時，年均增長率超過30%，風(fēng)電裝機達5549萬千瓦；2012年并網(wǎng)水電發(fā)電量5186億千瓦時，水能利用率提高7.1%。

福建省調(diào)應(yīng)用系統(tǒng)后，年均降低發(fā)電煤耗1%，降損3.6億千瓦時，節(jié)水增發(fā)1.4億千瓦時；江蘇省應(yīng)用系統(tǒng)后，年均降低發(fā)電煤耗1.9%，減少二氧化碳排放392.6萬噸。

一連串的數(shù)字表明，特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)促進了可再生能源的有效消納，對促進清潔能源利用和新能源并網(wǎng)消納發(fā)揮了重要作用，為節(jié)能減排提供了技術(shù)支撐，實現(xiàn)了巨大的社會效益。

安全意義重大

華中電網(wǎng)有限公司系統(tǒng)應(yīng)用情況及社會效益顯示：“通過一體化機制，依托系統(tǒng)實現(xiàn)華中—華北互備調(diào)度功能，健全了電網(wǎng)備用調(diào)度應(yīng)急保障體系，備調(diào)功能投入日常運行，多次成功實戰(zhàn)演練。通過縱深安全防護體系的應(yīng)用，系統(tǒng)安全性、可靠性大大提升，投運以來，運行穩(wěn)定、安全可靠。”

2012年，特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)成功報警了500余次電網(wǎng)故障，成功抵御處置了22次嚴重電網(wǎng)故障沖擊，保障了1.2萬余項主網(wǎng)設(shè)備計劃停電工作的順利實施，實現(xiàn)了220千伏以上348座變電站和1134條線路的安全投運。

案例和數(shù)字證明，系統(tǒng)的應(yīng)用保障了國家電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，保障了特大電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。此外，在電網(wǎng)安全生產(chǎn)、迎峰度夏及迎峰度冬等方面發(fā)揮了重要作用，圓滿完成了十八大、國慶60周年、上海世博會、“兩會”“神九”發(fā)射等國家重大保電任務(wù)。

該項目技術(shù)路線正確，應(yīng)用前景廣泛，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研究成果在基于統(tǒng)一平臺和四大類應(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、多級多時間尺度調(diào)度計劃的一體化決策與安全校核等方面達到國際領(lǐng)先水平。

——中國電機工程學(xué)會組織的“智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”科技成果鑒定會專家組

這是世界級的成果，是中國和世界智能電網(wǎng)領(lǐng)域的巨大進步！

——國際電工技術(shù)委員會(IEC)主席克勞斯烏赫勒

中國國家電網(wǎng)率先實現(xiàn)了VLPGO白皮書提出的新功能，領(lǐng)先歐美電網(wǎng)三到五年。

——國際特大電網(wǎng)運行組織(VLPGO)秘書長阿蘭史蒂文