我國(guó)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)首次輸出美國(guó)
來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng) 2016-1-16 林莉君
280萬(wàn)條源代碼、5500個(gè)復(fù)雜預(yù)想故障的成功解決、三年零四個(gè)月的信息安全審查。
我國(guó)自主研發(fā)的電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)首次輸出美國(guó)的背后有著怎么扣人心弦的故事？15日，在京召開(kāi)的“復(fù)雜電網(wǎng)自律——協(xié)同無(wú)功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”科研成果鑒定會(huì)上，記者采訪了項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)電機(jī)系孫宏斌教授。
自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)引起美國(guó)關(guān)注
北美電網(wǎng)PJM曾是全球最大的區(qū)域電網(wǎng)公司，負(fù)責(zé)美國(guó)華盛頓區(qū)和東部13個(gè)州的電網(wǎng)安全運(yùn)行和電力市場(chǎng)服務(wù)，總用電占全美的六分之一。2008年，孫宏斌意外地收到來(lái)自PJM尋求合作的電子郵件。
“引入自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)是PJM實(shí)施智能電網(wǎng)的關(guān)鍵項(xiàng)目，他們?cè)c美國(guó)一流大學(xué)展開(kāi)了長(zhǎng)期合作，但是效果并不理想。”孫宏斌說(shuō)。電的質(zhì)量如何關(guān)鍵之一在電壓質(zhì)量。對(duì)電力系統(tǒng)而言，負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生變化，故障不可避免，要維持系統(tǒng)的電壓安全，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以前各國(guó)都采取的是依靠人工分散控制的方法，不僅耗費(fèi)巨大人力，還不利于從全局的角度協(xié)調(diào)整個(gè)電網(wǎng)的安全。國(guó)際上的美加大停電、希臘大停電等事故，都反映出電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓安全是世界性難題。
早在1995年，攻讀博士研究生的孫宏斌就參與到相關(guān)國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目中，開(kāi)始了在該領(lǐng)域的不懈探索。2002年，團(tuán)隊(duì)成果在江蘇電網(wǎng)成功運(yùn)行，隨后不斷改進(jìn)升級(jí)。
國(guó)內(nèi)的成功也引來(lái)了國(guó)際的關(guān)注。為了讓該成果成功走出國(guó)門(mén)，孫宏斌做了充分準(zhǔn)備。2008年大年初一，孫宏斌第一次來(lái)到PJM總部，與那里的專(zhuān)家進(jìn)行面對(duì)面交流。但是交流一開(kāi)始，孫宏斌就明顯感覺(jué)到對(duì)方的忽視，“基本沒(méi)人認(rèn)真在聽(tīng)，他們大概認(rèn)為中國(guó)人不可能解決這個(gè)世界性難題。”
但隨著講解的深入，一個(gè)個(gè)有說(shuō)服力的、來(lái)自中國(guó)工程應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的案例展示出來(lái)，孫宏斌漸漸感覺(jué)現(xiàn)場(chǎng)氣氛明顯變化，對(duì)方開(kāi)始針對(duì)他的介紹展開(kāi)了熱烈討論。當(dāng)交流結(jié)束時(shí)，PJM的主管經(jīng)理仍激動(dòng)不已，立刻就帶著他去參觀了控制室，而這原本是需要提前一個(gè)月預(yù)約并經(jīng)過(guò)安全審核才能進(jìn)入的地方。
“闖關(guān)”5500個(gè)復(fù)雜預(yù)想故障
進(jìn)入實(shí)際合作的階段，孫宏斌和他的團(tuán)隊(duì)立刻發(fā)現(xiàn)了難住美國(guó)教授的問(wèn)題所在：PJM電網(wǎng)是擁有13000個(gè)節(jié)點(diǎn)、19000條支路的復(fù)雜大電網(wǎng)，按照美國(guó)電力市場(chǎng)機(jī)制的要求，引入自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)后，不僅初始基態(tài)運(yùn)行方式要更優(yōu)，還要保證在5500個(gè)復(fù)雜預(yù)想故障發(fā)生后的運(yùn)行仍然安全合格。5500個(gè)故障乘以13000個(gè)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模，需要系統(tǒng)快速計(jì)算出來(lái)并用于決策和控制，如果完整建模這個(gè)非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題，根本無(wú)法直接求解，更談不上用于實(shí)時(shí)控制。
“那段時(shí)間里，我們課題組每個(gè)人的腦袋里縈繞的都是這個(gè)問(wèn)題，大家基本都是工作到凌晨，每當(dāng)有點(diǎn)進(jìn)展都會(huì)非常興奮，經(jīng)常通宵進(jìn)行測(cè)試。”孫宏斌說(shuō)。幸運(yùn)的是，面對(duì)這個(gè)巨大的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題，大家最終想到了用博弈的方法。這需要有強(qiáng)大的優(yōu)化計(jì)算和安全評(píng)估的計(jì)算能力，而這兩點(diǎn)正是孫宏斌團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)他們都在從事這兩個(gè)領(lǐng)域的研究工作。當(dāng)這個(gè)全新的思路確立之后，團(tuán)隊(duì)很快就將之實(shí)現(xiàn)了，并在此后申請(qǐng)了一系列美國(guó)和中國(guó)的專(zhuān)利。對(duì)此，PJM電網(wǎng)高級(jí)戰(zhàn)略師Jianzhong Tong博士評(píng)價(jià)道：“美國(guó)一流大學(xué)的著名教授沒(méi)有做到，清華教授做到了。”
三年零四個(gè)月的信息安全挑戰(zhàn)
盡管在接下來(lái)的在線不間斷測(cè)試中，孫宏斌團(tuán)隊(duì)也成功“闖關(guān)”，但是美國(guó)的大門(mén)并沒(méi)那么容易打開(kāi)，各種非技術(shù)因素的困擾還在持續(xù)。
由于PJM電網(wǎng)規(guī)模巨大，更涉及到美國(guó)首都電網(wǎng)的安全。孫宏斌的團(tuán)隊(duì)又面臨著信息安全的挑戰(zhàn)。美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）提出了對(duì)系統(tǒng)源代碼進(jìn)行安全掃描的不公平要求。經(jīng)過(guò)4個(gè)月的第一輪掃描后，他們向?qū)O宏斌團(tuán)隊(duì)提出了3000多個(gè)信息安全方面的問(wèn)題，采用的軟件安全標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)苛。盡管對(duì)拿到掃描結(jié)果感覺(jué)“崩潰和震驚”，但團(tuán)隊(duì)成員還是全力以赴，花了3個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行答復(fù)并做出適應(yīng)性修改。“這樣的安全檢查共進(jìn)行了三輪，總共歷時(shí)三年零四個(gè)月，最終得以通過(guò)。”回憶當(dāng)時(shí)的情況，孫宏斌仍難掩內(nèi)心激動(dòng)， 這一系列努力不僅使孫宏斌團(tuán)隊(duì)研發(fā)的成果成為美國(guó)電網(wǎng)第一個(gè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，也成為我國(guó)先進(jìn)電網(wǎng)控制系統(tǒng)對(duì)美國(guó)的首例輸出。隨后，相關(guān)技術(shù)成果進(jìn)一步推廣到馬來(lái)西亞國(guó)家電網(wǎng)和加拿大BC Hydro電網(wǎng)。
編輯：苑苑
