特高压电网：风险超出想象 安全尽在掌握
来源：科技日报 | 0评论 | 3946查看 | 2017-05-01 20:02:11
我国特高压交直流电网建设，始终在争议声中前行。争议的中心之一，是特高压技术的安全性。
国家电网目前累计建成“六交五直”、在建“三交六直”特高压工程，我国在世界上率先进入特高压交直流互联电网时代。特高压交直流互联电网的技术风险，其实超出当年反对者的想象；但我国在电力系统控制和电工技术、装备研究开发领域的突破，更超出大多数人的预期。4月27日在京举行的第五届中国电力发展和技术创新院士论坛上，中国电力科学研究院总工程师汤涌对此作了迄今最为系统的解读。
基本格局：交直流互联与新能源占比增大叠加
作为2016年度国家科技进步一等奖“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”首席科学家，汤涌在技术上如此定位国家电网——“世界上唯一同时运行特高压交直流的电网”。他介绍，其中，直流输电容量占世界总容量的46%，跨区跨省输电能力超过1.6亿千瓦，“特高压交直流互联电网、电力大规模跨区输送已成国家电网典型特征”。
同时，“十二五”期间，风电装机年均增长33%，太阳能发电装机年均增长178%，我国已是世界第一风电和太阳能装机大国。“三北”（东北、华北、西北）地区，风电装机比例超过15%，已成为这些地区的第二大电源；其中从西北的甘肃、青海、宁夏，新能源发电已超过50%。
交直流互联与新能源占比增大叠加，这就是当前电网与电源结构不断调整的基本格局。
三大挑战：局部故障转变为系统性连锁故障
由此，“电网特性发生了深刻而复杂的变化”，局部故障逐渐转变为系统性连锁故障，系统性安全（大停电）风险显著增大。非当初特高压反对者基于超高压电网所能想象。
汤涌归纳电网安全面临“前所未有的挑战”，主要有三点：电力电子特征凸显，连锁故障风险增加，多时间尺度动态过程相互影响，稳定形态更加复杂，仿真分析难度加大；故障对互联电网联络线的冲击日趋严重，功率波动引发全网连锁故障风险显著增大；受电源结构深刻变化影响，受端电网电压稳定问题日益突出。
他解释，以挑战二为例，故障对互联电网的薄弱环节——联络线的功率冲击日趋严重。如四川到华东的宾金直流，发生闭锁同时换相失败，会产生800万千瓦功率冲击，是常规直流的3—4倍；直流换相失败还要多次再启动，会产生2100万千瓦瞬时功率冲击和800万千瓦反复功率冲击，对华东电网造成很大风险。
超算仿真：重现过程还要解决“为什么”和“怎么办”
如何应对挑战？汤涌给出三大技术措施：掌握电网特性的仿真分析技术，互联电网联络线功率分析与控制，受端电网电压稳定评估与控制技术。
汤涌表示，现代电网可说是最复杂的人造系统，“比登月还要复杂”。要掌握这么复杂的东西，光靠经验是不够的，“不能把未来电网安全构建在经验基础上，而是要去验证它”。所谓验证，就是仿真，“因为电网是一个实时运行系统，是不能停的”，只能仿真验证。
为此，建立了国家电网仿真中心，由数模混合仿真实验室、超级计算中心、多时间尺度仿真软件、国家电网仿真计算数据中心四部分组成。其中的超级计算中心，核心设备是曙光超算机群，共有810台服务器，近24000个计算核心，理论峰值计算能力超过每秒900万亿次，是世界首个电力系统专用的超算中心，具备海量的电网仿真计算能力。比如，使用国家电网2016年方式计算数据，9000个仿真作业只需30分钟就能完成全部计算，和台式机相比计算速度提升3000倍以上。
但他同时强调，仿真只是重现系统的动态过程，并不能解决“为什么会这样”和“应该怎么办”的问题。目前，这些还要靠专家“人工经验”来决策，这就有赖于智能仿真分析，即仿真算得准算得快之外，还要对计算结果作智能分析，做到运行方式智能生成，稳定特性智能分析，安全稳定措施智能决策，避免安全稳定控制措施失效的风险，防止大面积停电。
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