我國(guó)特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)，始終在爭(zhēng)議聲中前行。爭(zhēng)議的中心之一，是特高壓技術(shù)的安全性。
國(guó)家電網(wǎng)目前累計(jì)建成“六交五直”、在建“三交六直”特高壓工程，我國(guó)在世界上率先進(jìn)入特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)時(shí)代。特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，其實(shí)超出當(dāng)年反對(duì)者的想象;但我國(guó)在電力系統(tǒng)控制和電工技術(shù)、裝備研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的突破，更超出大多數(shù)人的預(yù)期。27日在京舉行的第五屆中國(guó)電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇上，中國(guó)電力科學(xué)研究院總工程師湯涌對(duì)此作了迄今最為系統(tǒng)的解讀。
基本格局：交直流互聯(lián)與新能源占比增大疊加
作為2016年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)“互聯(lián)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程安全防御關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”首席科學(xué)家，湯涌在技術(shù)上如此定位國(guó)家電網(wǎng)——“世界上唯一同時(shí)運(yùn)行特高壓交直流的電網(wǎng)”。他介紹，其中，直流輸電容量占世界總?cè)萘康?6%，跨區(qū)跨省輸電能力超過(guò)1.6億千瓦，“特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)、電力大規(guī)?？鐓^(qū)輸送已成國(guó)家電網(wǎng)典型特征”。
同時(shí)，“十二五”期間，風(fēng)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)33%，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)178%，我國(guó)已是世界第一風(fēng)電和太陽(yáng)能裝機(jī)大國(guó)。“三北”(東北、華北、西北)地區(qū)，風(fēng)電裝機(jī)比例超過(guò)15%，已成為這些地區(qū)的第二大電源;其中從西北的甘肅、青海、寧夏，新能源發(fā)電已超過(guò)50%。
交直流互聯(lián)與新能源占比增大疊加，這就是當(dāng)前電網(wǎng)與電源結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的基本格局。
三大挑戰(zhàn)：局部故障轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)性連鎖故障
由此，“電網(wǎng)特性發(fā)生了深刻而復(fù)雜的變化”，局部故障逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)性連鎖故障，系統(tǒng)性安全(大停電)風(fēng)險(xiǎn)顯著增大。非當(dāng)初特高壓反對(duì)者基于超高壓電網(wǎng)所能想象。
湯涌歸納電網(wǎng)安全面臨“前所未有的挑戰(zhàn)”，主要有三點(diǎn)：電力電子特征凸顯，連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)增加，多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)過(guò)程相互影響，穩(wěn)定形態(tài)更加復(fù)雜，仿真分析難度加大;故障對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的沖擊日趨嚴(yán)重，功率波動(dòng)引發(fā)全網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)顯著增大;受電源結(jié)構(gòu)深刻變化影響，受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題日益突出。
他解釋?zhuān)蕴魬?zhàn)二為例，故障對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)——聯(lián)絡(luò)線的功率沖擊日趨嚴(yán)重。如四川到華東的賓金直流，發(fā)生閉鎖同時(shí)換相失敗，會(huì)產(chǎn)生800萬(wàn)千瓦功率沖擊，是常規(guī)直流的3—4倍;直流換相失敗還要多次再啟動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生2100萬(wàn)千瓦瞬時(shí)功率沖擊和800萬(wàn)千瓦反復(fù)功率沖擊，對(duì)華東電網(wǎng)造成很大風(fēng)險(xiǎn)。
超算仿真：重現(xiàn)過(guò)程還要解決“為什么”和“怎么辦”
如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)?湯涌給出三大技術(shù)措施：掌握電網(wǎng)特性的仿真分析技術(shù)，互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率分析與控制，受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估與控制技術(shù)。
湯涌表示，現(xiàn)代電網(wǎng)可說(shuō)是最復(fù)雜的人造系統(tǒng)，“比登月還要復(fù)雜”。要掌握這么復(fù)雜的東西，光靠經(jīng)驗(yàn)是不夠的，“不能把未來(lái)電網(wǎng)安全構(gòu)建在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，而是要去驗(yàn)證它”。所謂驗(yàn)證，就是仿真，“因?yàn)殡娋W(wǎng)是一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)，是不能停的”，只能仿真驗(yàn)證。
為此，建立了國(guó)家電網(wǎng)仿真中心，由數(shù)模混合仿真實(shí)驗(yàn)室、超級(jí)計(jì)算中心、多時(shí)間尺度仿真軟件、國(guó)家電網(wǎng)仿真計(jì)算數(shù)據(jù)中心四部分組成。其中的超級(jí)計(jì)算中心，核心設(shè)備是曙光超算機(jī)群，共有810臺(tái)服務(wù)器，近24000個(gè)計(jì)算核心，理論峰值計(jì)算能力超過(guò)每秒900萬(wàn)億次，是世界首個(gè)電力系統(tǒng)專(zhuān)用的超算中心，具備海量的電網(wǎng)仿真計(jì)算能力。比如，使用國(guó)家電網(wǎng)2016年方式計(jì)算數(shù)據(jù)，9000個(gè)仿真作業(yè)只需30分鐘就能完成全部計(jì)算，和臺(tái)式機(jī)相比計(jì)算速度提升3000倍以上。
但他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，仿真只是重現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并不能解決“為什么會(huì)這樣”和“應(yīng)該怎么辦”的問(wèn)題。目前，這些還要靠專(zhuān)家“人工經(jīng)驗(yàn)”來(lái)決策，這就有賴(lài)于智能仿真分析，即仿真算得準(zhǔn)算得快之外，還要對(duì)計(jì)算結(jié)果作智能分析，做到運(yùn)行方式智能生成，穩(wěn)定特性智能分析，安全穩(wěn)定措施智能決策，避免安全穩(wěn)定控制措施失效的風(fēng)險(xiǎn)，防止大面積停電。
